ELEMANIA
Digitale - Diagrammi temporali
Diagrammi temporali (cronogrammi)

Finora abbiamo analizzato il funzionamento statico delle porte logiche, ovvero il loro comportamento quando ad esse vengono applicati ingressi costanti nel tempo. Il comportamento dinamico invece riguarda al funzionamento delle porte logiche in presenza di ingressi variabili nel tempo.

Per studiare il comportamento dinamico di una porta si usano dei grafici, detti diagrammi temporali (o cronogrammi), nei quali il tempo è rappresentato in ascisse, mentre in ordinate sono rappresentati i valori assunti dagli ingressi e dalle uscite della porta.

Consideriamo il caso più semplice, cioè la porta NOT. Per tracciare i cronogrammi si parte dall'ipotizzare (piuttosto arbitrariamente) un andamento nel tempo degli ingressi della porta. Tale andamento sarà in generale formato da una successione di livelli bassi e alti e da una serie di fronti di commutazione, cioè di istanti temporali in cui il valore dell'ingresso cambia (commuta) da livello L a livello H o viceversa.

Solo in corrispondenza di tali fronti anche l'uscita potrà cambiare valore. Pertanto per tracciare il cronogramma dell'uscita bisogna considerare essenzialmente ciò che avviene in tali istanti di tempo, basandosi sulla tabella di verità del componente. La figura seguente dovrebbe chiarire il procedimento:

Cronogramma porta NOT

Ribadiamo il fatto che l'andamento dell'ingresso è stato scelto più o meno "a caso" o meglio in modo tale da rappresentare ampiamente tutti i casi possibili. Quello che conta, in un diagramma temporale, non sono tanto gli andamenti specifici di ingresso e uscita nel particolare esempio considerato, quanto piuttosto il legame, la relazione che c'è fra la variazione del segnale di ingresso e la variazione del segnale di uscita.

A questo proposito notiamo che i precedenti diagrammi ipotizzino che ingresso e uscita commutino istantaneamente e contemporaneamente. Come si vedrà meglio in seguito, ciò non è vero per le porte "reali" che presentano sempre ritardi di commutazioni e commutazioni non perfettamente "ripide".

AND in modo gating

Consideriamo ora il cronogramma di una porta AND:

AND in modo gating

La scelta dell'andamento dei due ingressi A e B non è casuale. Infatti B nel nostro caso potrebbe rappresentare un ipotetico segnale logico (una linea di dati, per esempio), ad andamento variabile nel tempo. A invece svolge il ruolo di segnale di controllo e la porta funziona come una sorta di interruttore logico: quando l'ingresso di controllo (A) è a livello alto (H), l'uscita U è uguale all'ingresso di segnale B (interruttore chiuso); quando invece A è a livello basso, l'uscita U rimane sempre a livello basso, qualsiasi andamento abbia il segnale B (interruttore aperto).

Quando la porta AND è usata come interruttore logico si dice che è usata in modo gating (cioè, in sostanza, è usata... come porta: questo spiega la ragione del nome). In tale modalità uno dei due ingressi (qualsiasi) funge da controllo e comanda l'apertura oppure la chiusura della porta.

Altre porte in modo gating

Anche la porta OR può essere usata in modo grating, ma in questo caso il controllo è abilitato sul livello L; quando il segnale di controllo è a livello H, l'uscita mantiene un valore H fisso, indipendentemente dall'andamento dell'ingresso di segnale.

Anche il NAND e il NOR possono essere usate in modo gating, solo che in questi casi il segnale di uscita risulta invertito rispetto al segnale di dati. Per esempio:

Or in modo gating

Un altro esempio interessante è costituito dalla porta EX-OR usata in modo gating. In questo caso l'ingresso di controllo non interrompe il flusso dei dati, ma funziona così: se il controllo è L, l'uscita è uguale all'ingresso di segnale; se invece il controllo è H, l'uscita risulta invertita:

Exor in modo gatingProgetto di un circuito di gating

In alcuni casi è necessario realizzare funzioni di gating più complesse, per le quali non è sufficiente l'uso di una singola porta logica, ma occorre progettare un intero circuito logico. Facciamo un esempio.

Supponiamo di voler realizzare un circuito logico che consenta il trasferimento dei dati in ingresso sull'uscita solo quando uno (ma non entrambi) di due segnali di ingresso di controllo è a livello H; in caso contrario, l'uscita deve rimanere fissa a livello H. Possiamo rappresentare tutto queso con una tabella di verità:

A B Dati U
L L L H
L L H H
L H L L
L H H H
H L L L
H L H H
H H L H
H H H H

La sintesi della tabella di verità procede nel solito modo (o con le forme canoniche e successive semplificazioni o ragionando semplicemente sul funzionamento del circuito) e il risultato è il seguente:

U = Dati +

Tale espressione corrisponde al seguente circuito logico:

Circuito logico di gating

La figura seguente mostra invece i diagrammi temporali del circuito (per chiarezza viene indicato anche l'andamento dell'uscita intermedia U1 :

 

precedente - successiva

Sito realizzato in base al template offerto da

http://www.graphixmania.it