Дискретний логічний дизайн

Мені доручено створити простий тривожний пристрій. Просто потрібно виміряти кілька входів, і результати відповідатимуть відповідно (простіше кажучи!). Мені здавалося, що за допомогою декількох дискретних логічних воріт можна буде виконати роботу, але колега (який працював над цим зі мною) вирішив, що ми повинні використовувати програмовану логіку замість цього. Його справа перемогла, тому що, по-перше, він старший за мене, по-друге, його головним аргументом було те, що програмовані пристрої - це майбутнє, і ми хочемо робити майбутні продукти, що підтверджують доказ.

Моє запитання: якщо у вас є дизайн, який можна було б легко реалізувати за допомогою декількох дискретних логічних воріт, чи варто більше проектувати з дискретною логікою? Чи є якась перевага використовувати їх над програмованими? Або це повільно буде повністю припинено програмованою логікою? Щоб було зрозуміло, я не хочу відповідей "я вважаю, що це так" або "особисто я думаю, що це, але ..." Я хотів би знати, чи є якісь фактичні переваги для проектування з дискретністю над програмованим і чи варто розробити з ними в наші дні вироби побутової електроніки?

Дискретна логічна конструкція не буде повністю припинена. Завжди знайдуться програми, де краще використовувати дискретний логічний ІМС. Як було зазначено, швидкість є великою перевагою, хоча у багатьох програмах різниця швидкостей просто не така важлива.

Що стосується фази проектування, якщо ви проектуєте схему, якій потрібно виконувати лише 2 або 3 прості логічні функції в різних точках ланцюга, то краще буде використовувати дискретні ворота, просто щоб заощадити час проектування на необхідність також писати програма теж.

Для систем, яким потрібно виконувати більш складні логічні функції, було б нерозумно витрачати весь час на розробку таблиці істинності, а потім з'ясовувати, які логічні ворота куди і т. Д., Коли ви могли просто написати невелику програму. Зазвичай, чим більше входів означають, скільки більше воріт потрібно і тим довше потрібно, щоб розробити дискретно.

Місце, де дискретна логіка дійсно має перевагу, хоча в навчанні. Коли ви вперше дізнаєтесь про логічне проектування і про те, як працюють ворота тощо, саме тут чудово дістатися до фактичних логічних воріт та проектувати різні функції з дискретними частинами. Завжди гарна ідея, щоб зрозуміти основи. Отже, через це дискретна логіка завжди матиме місце у цьому світі. Що стосується побутової електроніки? Майбутнє, безумовно, програмоване.

Я взагалі не професійний інженер з електроніки (насправді лише початківець), але мої кілька центів полягають у тому, що виділені дискретні логічні ІМС повинні використовуватися лише в тому випадку, якщо важливий час, або якщо це вимога не використовувати програмовану логіку.

За допомогою мікроконтролера ви можете реалізувати набагато складнішу логіку і вона більш гнучка. Крім того, його можна перепрограмувати, не змінюючи обладнання.

Крім того, коли потрібні дуже швидкі терміни, що програмне забезпечення не може бути в курсі, можна використовувати спеціальні логічні ІМС. Але для сигналізації це здається непотрібним (їй не потрібен час відгуку наносекунд).

Нижче моє тлумачення переваг / недоліків:

                          Discrete logic (ICs)      Programmable logic/
                                                    (Microcontrollers)
 Nanosecond speed                  x                         -
 Just a few 'operators' needed     x                         -
 No tool chain needed              x                         -
 Cost Efficiency *                 -                         x
 PCB / proto size                  -                         x
 Flexibility for changing          -                         x
 Production cost                   -                         x
 Possibility to extend features    -                         x

* Assuming more than a few (different) logic functions needed

Якщо ви збираєтеся створити комерційний продукт, ви дійсно не повинні вибирати дизайн, оскільки "це програмується" або тому, що запропонував його старший колега. Натомість слід оцінити ризики та витрати, пов’язані з кожним дизайном, та вибрати той, який має найменшу вартість та прийнятний рівень ризику. Для початку:

• ціна окремих компонентів додає до собівартості
• необхідний розмір і складність друкованої плати збільшує вартість
• необхідні зусилля на розробці та інструменти збільшують витрати
• необхідне тестування та сертифікація збільшує вартість

• відсутність гнучкості (наприклад, зміна дискретної логіки, що вимагає нової друкованої плати) - це ризик
• відсутність досвіду роботи з певною технологією у вашій команді - це ризик
• неможливість задовольнити проектні вимоги (наприклад, цільове споживання електроенергії) є ризиком

Якщо джерела дискретних логічних ІС для вашого конкретного проекту дешевші, ваша команда має досвід роботи з таким дизайном, і ви вважаєте, що відсутність гнучкості не є критичною, немає причин не використовувати дискретні логіки.

Один аспект, на який інші забувають відповіді - це безпека. Дискретні логічні схеми набагато надійніші, ніж значно складніші конструкції мікроконтролерів. Я допоміг побудувати автомобіль-прототип водневого типу, всі схеми безпеки були сконструйовані з використанням дискретної логіки. Безпека та надійність - це аспект, який ви можете розглянути при проектуванні сигналізації.

Я маю визнати, щоразу, коли мені доводиться робити якусь складну комбінаторну логіку плюс деякі таймери, я взагалі не переймаюся дискретною логікою, але завжди кодую програму мінімального асемблера для ATtiny (використовуйте PIC, якщо вам це більше подобається).

Комбінаторна логіка - це максимум 20 рядків асемблера (кілька таблиць пошуку). Кожен програмний таймер додає ще 10 рядків. Апаратні таймери ще менше. Ви навіть отримаєте перевагу в наявності на борту A / D перетворювача, компаратора, генерації ШІМ, якщо вони потрібні.

Єдиний недолік - вам довелося спалахнути цю частину. Іноді це стоп-шоу, але це рідко. Велика перевага полягає в тому, що вам потрібно набагато менше місця на дошці, маршрутизація набагато простіша, і ви можете легко змінити логічні функції, якщо потрібно.

Залишився варіант використання для окремих логічних ІМС - це коли робота повинна працювати швидше, ніж 1 мкс.

У кінцевому продукті - напевно, не так багато переваг для дискретної логіки, якщо ми говоримо про споживчий пристрій. Винятки становлять те, що потрібно дуже сильно захистити від несприятливих умов, або дуже легко повністю охарактеризувати (фактична складність та потенціал для прихованих помилок набагато вище, якщо щось засноване на прошивці), або те, що ви хочете мати можливість створити заново з дуже подібні частини протягом наступних десятиліть (сліди 74xx змінюються дуже повільно, навіть якщо букви технології змінюються :)).

Те, що ти можеш зробити краще з дискретністю, - це автоматична синхронізація, асинхронна логіка (завершення однієї речі негайно запускає іншу річ). Легітимність таких конструкцій - це священна війна. Не хвилюйтеся, синхронні люди захочуть вас побити, але вам просто доведеться забрати їх годинник, вони безглуздо чекатимуть його вічно.

Що стосується методології дизайну, я б сказав, що це залежить від бажаного стилю дизайнера - пристрою CPLD, який ви могли б буквально перемотати в прямому ефірі ("давайте торкнемося цього дроту до шпильок, поки щось не натисне"), в ратстнесті, і під живленням хост-ПК (із імітованими іскорками, коли ви торкаєтесь дроту до штифта, бажано, просто для атмосфери), безумовно, сподобалося б людям, які віддають перевагу дискретній логіці :)