Szinkron sorrendi hálózatok tervezése

Átírás

1 Szinkron sorrendi hálózaok ervezése Benesóczky Zolán 24 A jegyzee a szerzői jog védi. Az a BME hallgaói használhaják, nyomahaják anulás céljából. Minden egyéb felhasználáshoz a szerző belegyezése szükséges.

2 digiális auomaák kombinációs hálózaok sorrendi hálózaok (SH) szinkron SH aszinkron SH ombinációs auomaa A kimene csak az akuális bemeneől függ. Y=f() f() Y Megvalósíása kombinációs hálózaal. 2

3 Sorrendi auomaa A kimene az előző bemeneekől is függ. Emlékező ulajdonsága van, melye az állapookkal () reprezenálunk. Az állapoo az ún. szekunder válozók kombinációja valósíja meg. A kövekező állapo az akuális ( időponbeli) állapo és az akuális bemene függvénye. + =g(, ), A szinkron sorrendi hálóza (SSH) állapoai memória ulajdonságú alkarészek (flip-flopok, állapo regiszer) árolják, egy órajellel üemeze időponokban. A kimene az akuális állapo és az akuális bemene függvénye ún. Mealy modell szerini működésnél. Y=f(, ) A kimene csak az akuális állpoól függ ún. Moore modell szerini működés eseén. Y=f( ) 3

4 A szinkron sorrendi hálóza felépíése visszacsaolás (szekunder válozók) kombinációs hálóza regiszer + g kombinációs hálóza Y Y Melay modell eseén clock Mivel az akuális állapo a előző állapoól és a bemeneől függ, így az a hálózao előzőleg ér sorozaól függ. Ugyanígy a kimene is. A működés szemléleése idődiagrammon CLOC x x x2 x3 Y Mealy Y Moore 4

5 A sorrendi hálóza leírási módjai b / / d / / állapográf a / / e / / a / c f / / / állapoábla x= x= a b/ c/ b d/ e/ c e/ f/ d a/ a/ e a/ a/ f a/ a/ irányío gráf állapo -> gráfpon állapo ámene ->él élre írva: bemenei komb./kimene áblázaos forma ak. állapo->sor bemenei kombináció-> oszlop rubrika: köv. áll./kimene 5

6 Legegyszerűbb állapoároló a flip-flop. felfuó él érzékeny flip-flop lefuó él érzékeny flip-flop Az órajel akív élére árolja a bemeneen levő éréke. + = A működés szemléleő idődiagram: CLOC Aszinkron örlő és prese bemenee is lehe: Cl Cl Pr Pr Alacsony (Low) akív Cl és Pr Magas (Hi) akív Cl és Pr Aszinkron Pr és Cl eseén kimene az órajelől függelenül lesz Pr, lesz Cl haására. 6

7 észísünk olyan áramkör, mely megjegyzi az x bemeneére az órajellel szinkronban juó uolsó 3 éréke és azoka kiadja a kimeneein x -,x -2,x -3 sorrendben. Ez az áramkör shifregiszernek nevezik. Állapográf: kezdõ állapo Moore modell szerini működés, a kimene csak az állapoól függ. A kimene i maga az állapokód. ódol állapoábla: x= x= 7

8 A sorrendi auomaa állapoai kódolva reprezenálja a megvalósío hálóza. Az állapohoz rendel kód az állapokód. Egy-egy állapo kódja az állaporegiszer (flipflopok) kimeneének egy meghaározo kombinációja. n állapoú auomaa megvalósíásához legalább log 2 ( n) darab flip-flop szükséges. (Pl. 7 állapohoz 3.) Megvalósíás szemléle alapján: Órajel gen. clock a b c Cl Cl Cl RESET bekapcsolási és nyomógomb RESET RESET áramkör Az órageneráor állíja elő az órajele. A RESET áramkör bekapcsoláskor vagy a nyomógomb megnyomásakor impulzus ad ki, melye a sorrendi hálóza kezdő állapoának beállíására használunk. (A ovábbiakban nem rajzoljuk le külön.) 8

9 SSH ervezése sziszemaikusan Felada: Egy sorrendi hálóza egyelen bemeneére sorosan érkeznek 3 bies számok, az órajellel szinkronban. A megervezendő auomaának fel kell ismerni, ha a 3 bies számokban ponosan 2db -es van, és jelezni a 3. bi beérkezésekor. Pl: x: y:. Szöveg alapján előzees állapográf megrajzolása. a / / b c / / / / d e f g / / / / / / / / a 9

10 2. Állapominimalizálás Az előbbi e és f állapook egyelen állapoal helyeesíheők, mivel csak az kell megjegyezni, hogy hány -es jö. Az állapominimalizálásra sziszemaikus módszerek léeznek (lsd. később). Ezek kiindulóponja az előzees állapoábla, ez alapján készíik el a minimalizál állapoáblá. Minimalizál állapográf: A / / B C / / / / / / E F 2 / / a / / Az állapookba beíruk, hogy mi jegyeznek meg (eddig hány -es jö).

11 A ovábbi eljárások kiindulóponja a minimalizál állapoábla. A / / B C / / / / / / E F 2 / / a / / Az állapoáblá az állapográf alapján öljük ki: x= x= A B/ C/ B / E/ C E/ F/ A/ A/ E A/ A/ F A/ A/

12 3. Állapokódolás Az állapookhoz kódoka kell rendelni. Erre szinén vannak sziszemaikus módszerek (lsd. később). I ad hoc módszerrel ( hasraüésre ) rendelünk kódo az állapookhoz. Az állapoo a szekunder válozók (2) egy kombinációja reprezenálja. 2 x= x= A / / B / / C / / / / E / / F / / A maradék állapokódokhoz is ki kell öleni az állapoáblá. 2 x= x= / / / / / / / / / / / / ---/--/- ---/--/- 2

13 Ha a öbbi (normál működésnél nem használ) állapokódhoz közömbös bejegyzés eszünk, öbb egyszerűsíési leheőség adódha a kombinációs hálózarész ervezésénél. Ha megbízhaóbb működésre örekszünk, akkor célszerű előírnunk, hogy a normál működésnél nem használ állapokódokból is a használakba vezessen a hálóza. (Normál működésnél nem használ állapokódba kerülhe a hálóza külső zavar haására. özömbös kiölésnél szerencsélen eseben i ragadha az auomaa, ha a kövekező állapook kódja szinén nem használ állapokódba veze!) 3

14 4. Szekunder válozók és a kimene függvényeinek meghaározása A megervezendő auomaa srukúrája: 2() clk 2 + állapo reg. 2 () + Z() Z x () + Megervezendők a szekunder válozók 2 + (2,,,x), + (2,,,x), + (2,,,x), és a kimene Z(2,,,x) függvényei. Igazságáblájuka egyszerre aralmazza a kódol állapoábla. Ez alapján lehe az egyes függvények arnaugh áblái kiöleni. 4

15 Mi csinál az auomaa RESET uán az = bemenei soroza haására? B C / / / / E F 2 / / RESET A / / / / / / x= 2() () () clk állapo reg. 2 cl cl cl Z() Z= a RESET A / / B C / / / / E F 2 / / / / / / x= 2() () () clk állapo reg. 2 cl cl cl Z() Z= a RESET A / / B C / / / / E F 2 / / / / / / x= 2() () () clk állapo reg. 2 cl cl cl Z() Z= a RESET 5

16 2,,, Z igazságáblájá egyszerre aralmazza a kódol állapoábla. Ez alapján lehe az egyes függvények arnaugh áblái kiöleni. 2 x= x= A / / B / / C / / / / E / / F / / ---/--/- ---/--/ Z

17 5. Flip-flop válaszás Az állaporegiszer különféle flip-flopokkal lehe megvalósíani (, -, T). A flip-flop válaszás befolyásolja a kombinációs hálózarész bonyolulságá. 6. Flip-flop vezérlő függvények meghaározása Szinkron sorrendi hálóza flip-flop vezérlő függvényei nem kell hazárdmenesíeni! (é órajel közöi időben lezajlanak a hazárdok.) Ha flip-flopo válaszunk, akkor a flip-flop vezérlő függvénye a megfelelő szekunder válozó függvénnyel megegyezik, mivel + = Egszerűsíés uán: = x.. + x kapu bemene = x x... 2 bemene 3 =. + x bemene Összesen 26 kapu bemene 7 2

18 A - flip-flop és működése == + = marad =, = + = -be ír =, = + = -ba ír == + =/ inverálódik Állapoáblája + Függvénye: + = + Hogyan kell vezérelni a - flip-flopo, hogy a szekunder válozójának függvénye álal előír legyen a kövekező állapoa? Yi() i() i + clk i i + i i i i i() clk 8

19 + i i i i = + = + = = + = = + = + Egyszerű szabály: + i = i = i és = - i = i = - + és = / i A felada szekunder válozóinak függvényei alapján a és vezérlőfüggvények:

20 =. + /././2 7 kapu bemene = bemene =././2 + /../2 8 bemene = bemene 2=/. +../ 7 bemene 2= bemene Összesen 25 kapu bemene. (-vel 26 vol.) 2

21 A T flip-flop és működése T T= + = marad T= + =/ inverálódik Állapoáblája + Függvénye: + = T + T T Hogyan kell vezérelni a T flip-flopo, hogy a szekunder válozójának függvénye álal előír legyen a kövekező állapoa? Yi() Ti() clk T i i T i + i i clk + = T + T = : + = T T = + = : + = T T = + Egyszerű szabály: + i = T i = i + i = T i = / i 2

22 2 T 2 T 2 T T=/./././ T= +././2 + /../2 T2=/ /../ 8 2 Összesen 32 kapu bemene. 22

23 7. apcsolási rajz A - flip-flopos megvalósíás a legolcsóbb. = x. + /././2 = +2 + =././2 + /../2 = 2 = /. +../ 2 = Z = /..2 +./.2 Z /x x RESET 2 Cl Cl Cl clk x 2 x /x /2 x / /2 / /x /2 / x / 23

24 Flip-flopok egymásba alakíása A különféle flip-floppok megvalósíhaók egymással. Amely flip-floppo meg akarjuk valósíani, annak az állapoáblája lesz a kiinduló kódol állapoábla. Amely flip-floppo felhasználjuk a megvalósíásra, annka a vezérlő függvényei kell a megvalósíandó flip-flop állapoáblája alapján megerveznünk. -ből T Ha flip-flopo használunk a megvalósíásra, akkor egyszerűen a megvalósíandó flip-flop állapoáblája a vezérlőfüggvény. + T T CL = T + T T -ből + CL = + 24

25 T-ből + T T CL T = + T-ből + T T CL T = + -ból + = = x x clk x x 25

26 -ból T + T = T = T x x T clk x x T T Gyakorló felada Tervezzen konfigurálhaó flip-flopo, -ból. A speciális flip-flop bemeneei: V2,Vkonfiguráló bemenek T,, a flip-flop bemeneek. Viselkedése: V2 V - flip-flop: =T, = flip-flop: =T T flip-flop: T=T A megvalósíáshoz ÉS, VAGY, EOR kapuka használha. Törekedjen az egyszerűségre! 26