DIGITÁLIS TECHNIKA I

Átírás

1 DIGITÁLIS TECHNIKA I Dr. Kovács Balázs Dr. Lovassy Rita Dr. Pődör Bálint Óbudai Egyetem KVK Mikroelektronikai és Technológia Intézet 11. ELŐADÁS 1

2 PÉLDA: 3 A 8 KÖZÜL DEKÓDÓLÓ A B C E 1 E 2 3/8 O 0 O 1 O 7 Háromból nyolcvonalas dekódoló engedélyező bemenettel. A kimeneti kapuk négy bemenetűek, három fogadja a bemeneti kódot, az engedélyező jel a kimeneti kapuk negyedik bemenetére kerül. 2

3 HOGYAN HASZNÁLHATÓ EGY 4/16-OS DEKÓDER 3/8-AS DEKÓDERKÉNT? A 2 0 B 2 1 C 2 2 D D bemenetet földre kötjük A, B, C vezérlő bemenetek A kimeneteket 8 15-ig nem használjuk.

4 MSI 16-vonalas dekóder logikai rajza, csatlakozások elrendezése ( lábkiosztás ),

5 MSI 16-vonalas dekóder igazság/működési tábla,

6 DEKÓDER BŐVÍTÉS Dekóder bővítés, funkcionális szint 6

7 DECODER EXPANSION: GATE LEVEL

8 ALKALMAZÁSOK: BCD(BIN)/DECIMÁLIS DEKÓDOLÓ BCD/DEC A 2 0 B 2 1 C 2 2 D bin 5 dec Gyakori alkalmazás a BCD/DEC átalakító. A bemenetek száma 4, a kimeneteké pedig 10. Az aktív kimenet lehet akár H szintű (1) akár L szintű (1) a realizálástól függően. 8

9 BCD(BIN)/DECIMÁLIS DEKÓDOLÓ A B C D X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X 9

10 BINÁRIS/OKTÁLIS DEKÓDÓLÓ Oktális rendszerben három bites kódot kell nyolc vezetékre átkódolni. Megoldható BCD/DEC dekódolóval! A bemenet első három bitjét használjuk a negyediket (MSB) 0 logikai szintre (gyakorlatban 0 volt) kötjük. Ez a bemenet engedélyező bemenetként is használható. 10

11 A 2 0 B 2 1 C 2 2 D BCD/DEC DEKÓDOLÓ MINT BIN/OKTÁLIS DEKÓDOLÓ BCD/DEC Engedélyező bemenetként 1 tilt 0 engedélyez A BCD/DEC dekódolót bináris/oktális dekódolónak használva csak a kimenetek lényegesek, a 8 és 9 kimeneteket nem használják. 11

12 BCD/7-SZEGMENSES KIJELZŐ DEKÓDOLÓ Bemenet : 4 bit BCD digit (A, B, C, D) Kimenet : 7 szegmens vezérlőjele (C0-C6) c5 c4 c0 c6 c3 c1 c2 c0 c1 c2 c3 c4 c5 c6 BCD to 7 segment control signal decoder A B C D 12

13 7 SZEGMENSŰ KIJELZŐ VEZÉRLÉSE Az integrált áramköri dekódoló-meghajtók egy külön csoportja a 7 szegmenses kijelzők vezérlésére használható. A dekóder-meghajtó BCD súlyozású kódból állítja elő a 7 szegmensű kijelző vezérlésére alkalmas jeleket az a, b, c, d, e, f, g jelű kimenetein. 13

14 LOGIKAI FÜGGVÉNYEK REALIZÁLÁSA DEKÓDERREL Tetszőleges kombinációs hálózat realizálható dekóder(ek) és kapuk felhasználásával! P X Q 0 A B C f(q, X, P) P X Q 0 A B C f(q, X, P) (a) (b) Realize f (Q,X,P) = å (0,1,4,6,7) 14

15 LOGIKAI FÜGGVÉNYEK REALIZÁLÁSA DEKÓDERREL P X Q 0 A B C f(q, X, P) P X Q A B C f(q, X, P) (c) (d) 15

16 LOGIKAI FÜGGVÉNYEK REALIZÁLÁSA DEKÓDERREL Tetszőleges kombinációs hálózat realizálható dekóder(ek) és VAGY kapuk felhasználásával! Példa: Teljes összeadó (TÖ) megvalósítása egy dekóderrel és két VAGY kapuval. A TÖ logikai összefüggései (a bemenetek X, Y, és Z): S(X,Y,Z) = S3(1, 2, 4, 7) C (X,Y,Z) = S3(3, 5, 6, 7). Mivel 3 bemenet és összesen 8 minterm van, egy 3-to-8 dekóderre van szükség. 16

17 Implementing a Binary Adder Using a Decoder S(X,Y,Z) = SUM m(1,2,4,7) C(X,Y,Z) = SUM m(3,5,6,7) 17

18 TIPIKUS FELADATOK, TIPIKUS ÁRAMKÖRÖK Bemeneti kód Kimeneti kód n-bites bináris kódszó 1 a 2 n -ből BCD (számjegy) tiszta decimális számjegy (1 a 10-ből) 3-többletes tiszta decimális számjegy (1 a 10-ből) BCD 7-szegmenses kijelző tiszta bináris (szám) BCD BCD tiszta bináris 18

19 MULTIPLEXEREK ÉS DEMULTIPLEXEREK 19

20 FUNKCIÓK A multiplexerek és demultiplexerek olyan kiválasztó áramkörök, amelyek alkalmasak mind a bemenet, mind a kimenet kiválasztására. Kétfajta kiválasztó áramkör - több bemenet közül egyet kapcsol a közös kimenetre (multiplexer) - egy bemenetet kapcsol több kimenet valamelyikére (demultiplexer); 20

21 MULTIPLEXER Feladata több bemenő jel közül egy kiválasztása 2 n adatbemenet, egy adatkimenet, n db vezérlőbemenet, melyek kiválasztanak egy adatbemenetet. Felhasználható még: párhuzamos soros adatkonverter. A B C D Multiplexer 4-1 Q S 1 S 0 21

22 MULTIPLEXER ELVI VÁZLATA Bemenetek I o I 1 Kimenet I n-1 Kiválasztó bemenetek (adat kiválasztó, data selector) 22

23 MULTIPLEXEREK Engedélyező bemenet ENABLE D 0 D 1 D 2 Y=D 10 2n ADAT bemenetek 2 n DATA E MX CÍMZŐ bemenetek n ADDRESS A DAT kimenet Y OUT D n X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 A B C INH VDD VEE X 3 Adat bemenetek száma 8/3/1 MPX Kimenetek száma Címző bemenetek száma. 23

24 MULTIPLEXER: MŰKÖDÉS ÉS BELSŐ FELÉPÍTÉS 24

25 4/2/1 MULTIPLEXER: BELSŐ FELÉPÍTÉS D 0 D 1 D 2 4-to-1 Multiplexer Y D 3 B A Y B A Selection code D 0 D 1 D 2 D 3 (a) (b) D 0 D 0 D 1 D 1 Y Y D 2 D 2 D 3 D to-4 Decoder 25 B A (c) B A (d)

26 4/2/1 MULTIPLEXER 26

27 27 MULTIPLEXEREK BŐVÍTÉSE D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 A2 A1 A0 8/3/1 MX Y E D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 A0 8/3/1 MX Y E D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 A2 A1 A0 8/3/1 MX Y E D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 D15 D14 D13 D12 D11 D10 D 9 D 8 A2 A1 A0 A1 A2 E Y A3 A3 A3

28 MULTIPLEXER: CSATORNA SZÁMÁNAK NÖVELÉSE 16 adatbemenetet fogadó multiplexer kialakítása 4-bemenetű multiplexerekből. 28

29 MULTIPLEXER: CSATORNA SZÉLESSÉG BŐVÍTÉSE 3 kimenteti csatornás,csatornánként 4-4 adatvonalat kezelő multiplexer kialakítása 4/1 multiplexererekből. 29

30 MULTIPLEXER MINT KOMBINÁCIÓS LOGIKAI HÁLÓZAT A kimenet szempontjából a multiplexer egyszintű kombinációs hálózatnak tekinthető. Jó tulajdonság: gyors működés. A kiválasztott bement szempontjából a késleltetés egységnyi. 30

31 A & Logikai egyenlet: _ Y = S B + S A S B & & 1 Hazárd! (kritikus: S váltása, ha A=B=1) Hazárdmentesítés: _ Y = S B + S A + A B Az AB kapu nélküli hálózatoz 4 NAND (74LS00, t pd =9,5 ns) kapuval labor panelen megépítve a hazárdos működés észlelhető volt. 31

32 32

33 MULTIPLEXER MINT KOMBINÁCIÓS HÁLÓZAT Q = Σ3(1,2,3,5,7) Közvetlenül a mintermeket állítja elő! 33

34 MULTIPLEXER: PROGRAMOZHATÓ UNIVERZÁLIS ÁRAMKÖR Multiplexer alkalmazás: minterm generátor vagy univerzális kapu funkció! Pl. 8/1-es multiplexerrel (MSI, 1 tok) bármely 3-változós logikai függvény realizálható 1 db IC tokkal. Ez a megoldás egyben programozható! 34

35 MULTIPLEXER MINT UNIVERZÁLIS KOMBINÁCIÓS HÁLÓZAT 35

36 LOGIKAI FÜGGVÉNYEK REALIZÁLÁSA MULTIPLEXERREL A 1 1 B F( A, B, C) = å 3 (0,3,5,6) C 1 F (A,B,C) = A B C + A B C+ A B C + A B C Kapukkal minimum 3 tok 1 D0 D1 D2 D3 D4 D5 E 8/3/1 MX Y F Multiplexerrel egyetlen tok D6 D7 A0 A1 A2 0 C B A 36

37 MULTIPLEXER BASED IMPELEMTATION OF XOR FUNCTION

38 Megvalósítandó: C ALKALMAZÁSI PÉLDA F = A B + B C + A C A 6 4 B A Karnaugh táblából kiolvasva: F = Σ3(3,5,6,7) 38

39 Megvalósítandó: MEGVALÓSÍTÁSI PÉLDA F = A B + B C + A C A B Þ 1 1 x Þ 110 vagy 111, minterm indexek 6, 7 B C Þ x 1 1 Þ 011 vagy 111, minterm indexek 3, 7 C D Þ 1 x 1 Þ 101 vagy 111, minterm indexek 5, 7 F = Σ3(3,5,6,7) Realizálás: MUX címbemenet: A B C MUX adatbemenet: 3,5,6,7 Þ 1 (magas szint) 0,1,2,4 Þ 0 (alacsony szint) 39

40 MEGVALÓSITÁS 2/4 MUX-SZAL i A B C F C C 1 0 C C 1 2/4 MUX A B F 40

41 FULL ADDER: 4/2/1 MUX IMPLEMENTATION Ai Bi Ci-1 Si Ci Si Ci ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾ Ci-1 0 ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾ Ci-1 Ci-1 ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾ Ci-1 Ci-1 ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾ Ci

42 FULL ADDER: 4/2/1 MUX IMPLEMENTATION 0 1 Ci-1 Ci-1 MU MUX MM Si Ai Bi MU MUX X Ci Ai Bi 42

43 Demultiplexer Feladata egy jel kapcsolása választható kimenetre Egy adatbemenet, 2 n adatkimenet, n db vezérlőbemenet, melyek kiválasztanak egy adatkimenetet 43

44 DEMULTIPLEXER ELVI VÁZLATA Adat bemenet O o O 1 Kimenetek O n-1 Kiválasztó bemenetek Feladata egy jel kapcsolása választható kimenetre Egy adatbemenet, 2 n adatkimenet, n db vezérlőbemenet, melyek kiválasztanak egy adatkimenetet 44

45 DEMULTIPLEXEREK A DAT bemenet D DATA IN DMX Y0 Y1 Y2 2 n -1 ADAT KIMENETEK 2 n DATA OUT CÍMZŐ bemenetek n ADDRESS Y0 Y1 D Y2 Yn 45

46 Demultiplexer A Demultiplexer 1-4 S 1 S Q 0 Q Q 1 0 Q 2 A 0 Q 1 Q Q Q 3 S 1 =1 S 0 =0 46

47 DEMULTIPLEXEREK Funkciójuk nagyon hasonló az 1 az N-ből dekódolóéhoz (gyakran helyettesíthetők is egymással). A bementi (bináris) kombináció a demultiplexereben is egy adott kimenetet jelöl ki a többi közül, de ezen felül vannak adatbementei. 47

48 1/4 DEMULTIPLEXER 48

49 1 AZ N-BŐL DEKÓDOLÓ ÉS DEMULTIPLEXER ÖSSZEHASONLÍTÁSA 49

50 (DE-)MULTIPLEXER BŐVÍTÉS 50