F1301 Bevezetés az elektronikába Digitális elektronika alapjai Szekvenciális hálózatok

Átírás

1 F3 Bevezetés az elektronikába Digitális elektronika alapjai Szekvenciális hálózatok

2 F3 Bev. az elektronikába SZEKVENIÁLIS LOGIKAI HÁLÓZATOK A kimenetek állapota nem csak a bemenetek állapotainak kombinációjától függ, hanem a kimenetek előző állapotától is. Emiatt hagyományos igazságtáblázattal nem írható le a működés. Tárolók (flip-flop-ok = bistabil billenőkörök) RS tároló (RS flip-flop): bit tárolására alkalmas R RESET S S S R - - S SET R S R - - R R () () S () ()

3 F3 Bev. az elektronikába RST tároló (RST flip-flop), órajelvezérelt RS tároló: T S R S T R S T R D tároló (D flip-flop): () () D D D D

4 F3 Bev. az elektronikába Közbenső tárolású tárolók: sak az állapot beállítása és reteszelődése után adják ki az adatot a kimeneten. Felépítés: két tároló (mester-szolga), pl. két sorba kötött RST flip-flop komplemens órajellel Működés: az órajel felfutó élénél ( ) a mester billen, a lefutó élénél ( ) a szolga tároló billen, miközben a másik flip-flop reteszelve marad. Élvezérelt D tároló (master-slave D flip-flop): Amíg a =, addig a D bemeneti adat beíródik a mester flip-flopba ( -be), ugyanekkor a kimenet őrzi előző állapotát. Amikor az órajel -ról -re vált (felfutó él) a mester flip-flop reteszelődik és adat a szolga tárolóba íródva megjelenik a kimeneten. D mester szolga D

5 F3 Bev. az elektronikába Példa: Élvezérelt D flip-flop alkalmazása golyós egérben a résekkel ellátott tárcsa forgásirányának meghatározására. A jobbra balra B B D A = Két fénysorompót (A és B) használnak minden tárcsához, a résekhez képest más-más helyzetben. Jobb és bal forgásiránynál különböző lesz az A és B impulzussorozatok fel- és lefutó éleinek egymáshoz viszonyított helyzete. Az egyik impulzussorozatot az órajelbemenetre, a másikat adatbemenetre kötve a D tároló kimenete a forgásirányt jelzi. balra A t jobbra A t B B

6 F3 Bev. az elektronikába Mester-szolga RS tároló (master-slave RS flip-flop): Először az órajel felfutó élénél billenhet a mester tároló. Amíg az órajel, a pillanatnyi R és S állapotoknak megfelelő állapotba billen a mester flip-flop ( ), ugyanekkor a () kimenetek őrzik előző állapotukat, vagyis a szolga tároló reteszelt. Amikor az órajel -ről -ra vált (lefutó él) a mester flip-flop reteszelődik és az utolsó állapotnak megfelelő új állapotba billenhet azonnal a szolga flip-flop. mester szolga S S T T R R Az S=, R= bemeneti kombináció továbbra sem megengedett.

7 F3 Bev. az elektronikába Mester-szolga JK tároló (master-slave JK flip-flop): A mester-szolga RS tároló átalakított változata. A bemeneti NEM-ÉS kapukra visszavezetett (különböző) kimeneti állapotok a J=, K= bemeneti kombinációnál megakadályozzák, hogy a mester tároló mindkét kimenetén -et állítson elő a szolga flip-flop számára. A keresztirányú visszavezetéssel ilyen esetben a szolga (RS) tároló aktuális állapotával ellentétes állapotát eredményező kombinációt ad tovább a mester tároló, vagyis a lefutó órajelnél a kimenet ellentétes állapotba billen át. J K mester T szolga J K J K - ( - ) A JK flip-flop a J=K= bemenetek esetén az órajel frekvenciáját képes felezni:

8 F3 Bev. az elektronikába Számlálók A bemenetre beérkezett impulzusok számát jelenítik meg a kimenetek. Bináris számlálók A kimenetek kettes számrendszerbeli (bináris) számokat jelenítenek meg. Aszinkron bináris előreszámláló 3 2 DE = = =2 =3 J K J K J 2 K 2 J 3 K 3 =4 =5 =6 =7 =8 =9 = = =2 2 =3 =4 3 =5

9 F3 Bev. az elektronikába Aszinkron bináris hátraszámláló 3 2 DE =5 J J J 2 J 3 =4 =3 K K K 2 K 3 =2 = = =9 =8 =7 =6 2 =5 3 =3 =4 =2 = =

10 F3 Bev. az elektronikába Szinkron bináris előreszámláló Közös órajellel vezérelve a flip-flopokat a billenésük egyszerre következik be. 3 2 DE átv. = J J J 2 J 3 = =2 K K K 2 K 3 =3 =4 =5 2 3 =6 =7 =8 =9 = = =2 =3 =4 =5

11 F3 Bev. az elektronikába BD számlálók (pl. 749) A kimenetek BD (binárisan kódolt decimális) számokat jelenítenek meg. Aszinkron BD előreszámláló A BD számlálónak a. órajelimpulzusra újra -ra kell visszaállnia. A. impulzusra egyrészt nem válthat -re, másrészt 3 -nak vissza kell váltani -ra. A B D J J J 2 LK K K K 2 LK A B D J 3 K 3 D B A DE = = =2 =3 =4 =5 =6 =7 =8 =

12 F3 Bev. az elektronikába Léptetőregiszter (Shift-register) pl. A léptetőregiszterben a flip-flopok által tárolt információ az órajelimpulzus hatására flip-floppal ( helyiértékkel/bittel) jobbra vagy balra tolódik el. Alkalmasak soros párhuzamos és párhuzamos soros átalakításra illetve késleltetésre. párhuzamos kimeneti vonalak D in soros bemenet J K J K J 2 K 2 J 3 K 3 D out soros kimenet Állandó -es állapotú bemenet esetén 4. lépésben a 4 bites a fenti léptetőregiszter négy -sel lesz feltöltve: D in lépés D D D D 2 D 2 D D D 2 D 3 D 4 3

13 F3 Bev. az elektronikába FÉLVEZETŐ TÁRAK Többfajta gyártástechnológiájú (MOSFET, bipoláris), tárolási módszerű (sztatikus, dinamikus, végleges) és címelérésű tároló típus létezik. Az elemi tárolócellák felépítésétől függően különböző típusokba sorolják a tárolókat: Félvezető tárak RAM ROM sztatikus dinamikus PROM EPROM EEPROM PLA - RAM írható-olvasható tároló (Random Acces Memory) - sztatikus (nincs szüksége frissítésre), pl. flip-flop-os tárolók - dinamikus (periodikus időközönként frissíteni kell a tartalmát), töltéstároló elem a tároló - ROM (Read Only Memory)= csak olvasható tár - PROM (Programable ROM)= (csak egyszer) programozható tár - EPROM (Electronically PROM)= elektronikusan programozható és UV fénnyel törölhető - EEPROM (Ereasable EPROM) = elektronikusan programozható és törölhető - PLA (Programmed Logic Array) = (átkötések beiktatásával csak egyszer) programozható kombinációs logikai hálózat

14 F3 Bev. az elektronikába Leggyakrabban a tárolócellákat mátrix alakban rendezik el, de a cellák címzése (kiválasztása) folyamatossá tehető sor- és oszlopcímdekódolók alkalmazásával. pl. 64 bites tárolómátrix címzése: x a 5 a 4 a 3 a 2 a a x a a a 2 sorcímdekódoló (8-ból dekódoló) x 2 x 3 x 4 x x 6 x 7 A kiválasztott sor és oszlopvezeték kereszteződési pontjában levő cella adata írható be vagy olvasható ki. A cellák adatkimeneteinek VAGY kapcsolata adja a kimeneti adatot. y y y 2 y 3 y 4 y 5 y 6 y 7 oszlopcímdekódoló (8-ból dekódoló) a 3 a 4 a 5

15 F3 Bev. az elektronikába A tárolócellák helyén több bites tárolók is elhelyezhetők, ekkor egy címmel egyszerre érhető el a mátrixpozícióban tárolt több bites adat. Nagyszámú címvonal esetén csökkenthető a vonalak száma, ha demultiplexert alkalmaznak a címdekódolók előtt, de ekkor viszont csak 2 lépésben (sorcím, oszlopcím) címezhető we d in meg egy cella. a x a x a x2 Példa: multiplexelt címzésű 6384 bit a x3 tárolómátrix 6k bites tároló: a x4 a x5 a x6 a 6 a 5 a 4 a 3 a 2 a a oszlopcím sorcím oszlopcím sorcím a a a 2 a 3 a 4 a 5 a 6 RAS/AS demultiplexer sorcímdekódoló (28-ból dekódoló) x,,x 27 y,,y 27 oszlopcímdekódoló (28-ból dekódoló) a y a y a y2 a y3 a y4 a y5 a y6 d out

16 F3 Bev. az elektronikába Digitális rendszerekben egyszerre több tároló integrált áramkör is alkalmazható, ha további címvonalakat az I-k kiválasztására használják fel. pl. 4 db 6k bites tároló I címzése: a 8 a 7 a 6 a 5 a 4 a 3 a 2 a a. I legelső tárrekesze. I legelső tárrekesze 2. I legelső tárrekesze 3. I legelső tárrekesze d R/W a a a2 a3 a4 a5 a6 a 7 a 8 címvonalak I kiválasztás (4-ból dekódoló) I I I 2 I 3 S S S S

17 F3 Bev. az elektronikába A közös adatvonalra csak speciális 3 állapotú kimenettel ellátott áramkör köthető. pl. háromállapotú NEM-KAPU (inverter) felépítése és rajzjele: EN x +5V T 2 y EN EN y x T EN x y nagyimp. nagyimp. Az EN engedélyező vonal állapotánál a kimenet nagyimpedanciás (3.) állapotba kerül és így leválik a további áramkörökről.

18 F3 Bev. az elektronikába PLA (Programmed Logic Array) felépítése: A ROM teljes tartalmát leíró (cím-tárolt adat) lista igazságtáblázatként is tekinthető. Ha ebben az igazságtáblázatban a kimeneti oldalon csak kevés -es van, akkor egyszerű a logikai függvény diszjunktív normálalakja is. Ekkor gazdaságosabb a logikai függvény megépítése, mint az összes adatot tárolómátrixban tárolni. A logikai függvény az előre kialakított alapon átkötésekkel megvalósítható. pl.: x 2 x x y x Általánosan: x Az áramkör megvalósításához n db bemeneti változó és N db kimeneti x 2 -es esetén, N db n bemenetű ÉS kapu és egy N bemenetű VAGY kapura van szükség. y