DIGITÁLIS TECHNIKA II

Átírás

1 IGIÁLIS ECHNIA II r Lovassy Rita r Pődör Bálint Óbudai Egyetem V Mikroelektronikai és echnológia Intézet 3 ELŐAÁS 3 ELŐAÁS ELEMI SORRENI HÁLÓZAO: FLIP-FLOPO (2 RÉSZ) 2 AZ ELŐAÁS ÉS A ANANYAG Az előadások Arató Péter: Logikai rendszerek tervezése (7-89 old) ieze U, Schenk Ch: Analóg és digitális áramkörök (74-75 old) Zsom Gyula: igitális technika I és II Rőmer Mária: igitális rendszerek áramkörei Gál ibor: igitális rendszerek I és II ovács Cs igitális elektronika 6-67 old c könyvein alapulnak 3 S-R FLIP-FLOP: ÁLLAPOÁBLA ÉS ÁLLAPOGRÁF n+ = S + R n a működés mind szinkron, mind aszinkron módon értelmezhető, és ugyanaz Azon kimeneti állapotok stabilak, melyeknél a bejegyzett köv kimeneti állapot megegyezik az aktuális kimeneti állapottal 4 S-R FLIP-FLOP SZINRON MEGVALÓSÍÁSA A visszacsatoló ágban egy órajelvezérlésű kapcsoló és tárolóelem van APUZO SAIUS ÁROLÓ A kimenet logikai értéke, a bemenetre kapcsolt jelkombináción kívül egy kapuzó jel (órajel) értékétől is függ n+ = S + R n 6

2 APUZO/ÓRAELVEZÉREL S-R ÁROLÓ APUZO S-R ÁROLÓ A kapubemenet órajel (CLOC) fogadására is használható: szinkron üzemmód 7 8 ÓRAEL ÉS ÖZVELEN VEZÉRLÉSŰ S-R ÁROLÓ - FLIP-FLOP: ÁLLAPOÁBLA ÉS ÁLLAPOGRÁF 9 A = sorban nem jelölhető ki stabil állapot Így a FF csakis szinkron sorrendi hálózat lehet apuzóvagy órajel nélkül nem használható n+ = n + n FF IALAÍÁSA S-R FF-BÓL A flip-flop a kapuzott SR tárolóból alakítható ki ha a kimenettel az R bemenetet kapuzzuk a negált kimenettel pedig az S bemenetet - FF MŰÖÉSE A működés a karakterisztikus egyenlettel igazolható Az eredeti SR flip-flop n+ = S + R n A visszacsatolás miatt S = n és R = n A visszacsatolás biztosítja, hogy az S = R = állapot ne fordulhasson elő! n+ = S + R n = n + ( + n ) n = = n + n E 2 2

3 APUZO - FLIP FLOP APUZO - FLIP FLOP Ebben a megoldásban, a kapuzott SR flip-flophoz hasonlóan a bemenetek csak a kapuzójel állapotában befolyásolják az FF állapotát Ha a G bementre adott kapuzó impulzus szélessége kisebb mint a jelterjedési idő a két kapun keresztül, akkor a = = esetén a flipflop egy kapuzó impulzus hatására csak egyszer fog billenni és komplementálni a kimenetét 3 A túl rövid kapuzó impulzus viszont bizonytalan működést okozhat, a túl rövid ideig fennálló jelek esetleg nem tudják helyes állapotba billenteni a kimeneti tárolót 4 - FLIP-FLOP MEGVALÓSÍÁSA FLIP-FLOP MŰÖÉSE: ÁLLAPOÁBLA ÉS ÁLLAPOGRÁF n+ = n + n + A = sorban természetszerűleg nem jelölhető ki stabil állapot Így a FF is csak szinkron sorrendi hálózat lehet 6 FLIP-FLOP: ARAERISZIUS EGYENLE FLIP-FLOP SZINRON MEGVALÓSÍÁSA n+ = n + n = n n+ = n + n = n 7 3

4 APUZO ÉS ÁROLÓ FLIP-FLOP: ÁLLAPOÁBLA ÉS ÁLLAPOGRÁF 9 arakterisztikus egyenlet: n+ = A -tároló egybemenetű flip-flop A kimenet (állapot) minden egyes órajelimpulzus hatására azt az értéket veszi fel, amely a bemeneten az órajelimpulzus fellépésekor fennáll 20 FLIP-FLOP SZIMBOLIUS VÁZLAA GAE FLIP-FLOP n+ = A (ELAY) flip-flop működése szinkron, órajellel vezérelt Ha nincs órajel (G = 0) a kimenet nem változik ( n+ = n ), ha van órajel a kimenet felveszi a bemenet aktuális értékét, azaz n = 22 GAE FLIP-FLOP FLIP-FLOP: MEMÓRIAELEM n+ = G + G n + n 3 tag: hazárdmentesítés Memóriaépítéshez alkalmas áramkör, de a ( negált) kimenetre nincs szükség A memóriacellához felhasznált elem be- és kimenetei: Adat be () Órajel (clock) Adat ki () Aszinkron működés lehetséges Stabil állapotok 24 4

5 7474-es FLIP-FLOP ASZINRON BEMENEEEL ÁÉRÉS ÁROLÓ ÖZÖ Az előzőleg tárgyalt flip-flopok bármelyikével az összes többi típus megvalósítható Rendszertechnikai vázlat: a megvalósítandó flip-flop bemeneti kombinációiból egy kombinációs hálózat állítja elő a megvalósító flip-flop bemeneti kombinációit Ez érzékeli a megvalósító flip-flop állapotát is, amit egy visszavezetés biztosít 26 RENSZERECHNIAI VÁZLA FLIP-FLOP MEGVALÓSÍÁSAI ombinációs hálózat X y Megvalósítandó flip-flop Megvalósító flip-flop Órajel y Z n S R S R n he control excludes the occurrence of R=S= excitation FLIP-FLOP MEGVALÓSÍÁSAI FLIP-FLOPO VEZÉRLÉSI ÁBLÁZAA S R n n n 2 lépés lépés n S R n x x n n+ S R x 0 x x 0 0 x 0 x 0 x 0 0 A flip-flopokból felépített szinkron és aszinkron sorrendi hálózatok tervezése a vezérlési táblázatok alapján végezhető el 30 5

6 FLIP-FLOP SR FLIP-FLOP-BÓL: A VISSZACSAOLÁS ERVEZÉSE n+ S R x 0 n - -0 n x 0 n 0 S = n R = n Egyszerű példa a next-state táblán alapuló tervezési módszerre FLIP-FLOP ILAÍÁSA FLIP-FLOP-BÓL Clock n n n 0 = n + n flip-flop nincsen a CMOS és a L logikai áramkörcsaládok kínálatában! 0 IMPLEMENAION OF FLIP-FLOP WIH FLIP-FLOP Clock Note that flip-flops are available in some PLA circuits 2 lépés lépés n n n 0 0 = n + n FLIP-FLOP BUIL WIH SR FLIP-FLOP Clock S R S = n R = n he feedback ensures that the not allowed S=R= condition can not occur n S R n x x x x S 0 0 n x 0 0 x S = n R x x 0 0 n 0 0 R = n 6

7 SUMMARY OF FLIP-FLOP YPES FLIP-FLOPO ÁLLAPOIAGRAMA S=R= nem megengedett Legsokoldalúbb típus Legegyszerűbb Gated (G) Copies input to output omplementál 38 FLIP-FLOPO: ÖSSZEFOGLALÓ SR n+ = S + R n n+ = n + n + n+ = n + n = n n+ = n -G n+ = G +G n + n A és -G flip-flopok esetében a harmadik tag a hazárdmentesítést szolgálja ÖSSZEFOGLALÁS () A szinkron sorrendi hálózatokban a tárolóelemeket (flipflopokat) mind egy közös órajel (szinkron jel) billenti Az órajel periódusa olyan hosszú legyen, hogy az idő alatt minden tranziens befejeződjön Ha ez a feltétel teljesül, akkor a szinkron sorrendi hálózat is leírható statikus modellel Egy szinkron hálózatban a tárolási (emlékezési) funkciót szinkronizált bináris tárolóelemek, szinkron üzemű flip-flopok valósítják meg A vezérlési lehetőségektől függően többféle flip-flop van, közülük részletesebben az SR és a flip-flopokat vizsgáltuk 40 ÖSSZEFOGLALÁS (2) A, illetve a flip-flop a leggyakrabban használt Bármelyik szinkron flip-flop ún előkészítő (vezérlő) bemenetein csak előkészítjük a tárolt bit megváltozását A tényleges változást (ill annak tranziens folyamatát) az órajel indítja el Egy szinkron flip-flop vezérlésének és működésének jellegét az ún karakterisztikus egyenlet írja le Ebben független változók az előkészítő logikai bemenetek és (általában) a flip-flop megelőző állapota is Ebből a szempontból a flip-flop kivétel 4 7