funkcionális elemek regiszter latch számláló shiftregiszter multiplexer dekóder komparátor összeadó ALU BCD/7szegmenses dekóder stb...

Hasonló dokumentumok
Dr. Oniga István DIGITÁLIS TECHNIKA 8

7.hét: A sorrendi hálózatok elemei II.

DIGITÁLIS TECHNIKA 8 Dr Oniga. I stván István

Kapuk, flip-flopok helyett ill. mellett a funkcionális elemeket használjuk a tervezés során.

Dr. Oniga István DIGITÁLIS TECHNIKA 9

A fealdatot két részre osztjuk: adatstruktúrára és vezérlőre

Dr. Oniga István DIGITÁLIS TECHNIKA 9

3.6. HAGYOMÁNYOS SZEKVENCIÁLIS FUNKCIONÁLIS EGYSÉGEK

DIGITÁLIS TECHNIKA 7. Előadó: Dr. Oniga István

Laborgyakorlat Logikai áramkörök számítógéppel segített tervezése (CAD)

Digitális technika VIMIAA01 5. hét

DIGITÁLIS TECHNIKA NORMÁL BCD KÓD PSZEUDOTETRÁDOK AZONOSÍTÁSA A KARNAUGH TÁBLÁN BCD (8421) ÖSSZEADÁS BCD ÖSSZEADÁS: +6 KORREKCIÓ

2) Tervezzen Stibitz kód szerint működő, aszinkron decimális előre számlálót! A megvalósításához

A feladatokat önállóan, meg nem engedett segédeszközök használata nélkül oldottam meg: Olvasható aláírás:...

A feladatokat önállóan, meg nem engedett segédeszközök használata nélkül oldottam meg: Olvasható aláírás:...

DIGITÁLIS TECHNIKA II

DIGITÁLIS TECHNIKA I

A feladatokat önállóan, meg nem engedett segédeszközök használata nélkül oldottam meg. Olvasható aláírás:...minta VIZSGA...

Digitális technika VIMIAA01 5. hét Fehér Béla BME MIT

Digitális technika (VIMIAA02) Laboratórium 5

Digitális technika (VIMIAA02) Laboratórium 5

EB134 Komplex digitális áramkörök vizsgálata

1. Kombinációs hálózatok mérési gyakorlatai

4. hét: Ideális és valódi építőelemek. Steiner Henriette Egészségügyi mérnök

DIGITÁLIS TECHNIKA Dr. Lovassy Rita Dr. Pődör Bálint

Digitális technika - Ellenőrző feladatok

10. Digitális tároló áramkörök

DIGITÁLIS TECHNIKA II

DIGITÁLIS TECHNIKA feladatgyűjtemény

DIGITÁLIS TECHNIKA II

Az integrált áramkörök kimenetének kialakítása

Dr. Oniga István DIGITÁLIS TECHNIKA 4

A tervfeladat sorszáma: 1 A tervfeladat címe: ALU egység 8 regiszterrel és 8 utasítással

Funkcionális áramkörök vizsgálata

A gyakorlatokhoz kidolgozott DW példák a gyakorlathoz tartozó Segédlet könyvtárban találhatók.

Hobbi Elektronika. A digitális elektronika alapjai: Sorrendi logikai áramkörök 3. rész

F1301 Bevezetés az elektronikába Digitális elektronika alapjai Szekvenciális hálózatok

Digitális technika VIMIAA02 6. EA

Szekvenciális hálózatok és automaták

Digitális technika VIMIAA02 6. EA Fehér Béla BME MIT

DIGITÁLIS TECHNIKA II

Előadó: Nagy István (A65)

Kiegészítő segédlet szinkron sorrendi hálózatok tervezéséhez

Digitális technika VIMIAA01 6. hét Fehér Béla BME MIT

Integrált áramkörök/4 Digitális áramkörök/3 CMOS megvalósítások Rencz Márta

Számítógépek felépítése, alapfogalmak

Összeadás BCD számokkal

Irányítástechnika Elıadás. A logikai hálózatok építıelemei

Ellenőrző mérés mintafeladatok Mérés laboratórium 1., 2011 őszi félév

DIGITÁLIS TECHNIKA II

Aszinkron sorrendi hálózatok

DIGITÁLIS TECHNIKA I BINÁRIS SZÁMRENDSZER BEVEZETŐ ÁTTEKINTÉS BINÁRIS SZÁMRENDSZER HELYÉRTÉK. Dr. Lovassy Rita Dr.

Az interrupt Benesóczky Zoltán 2004

Áramkörök elmélete és számítása Elektromos és biológiai áramkörök. 3. heti gyakorlat anyaga. Összeállította:

Számítógép felépítése

5. KOMBINÁCIÓS HÁLÓZATOK LEÍRÁSÁNAK SZABÁLYAI

Digitális technika házi feladat III. Megoldások

Kombinációs áramkörök modelezése Laborgyakorlat. Dr. Oniga István

DIGITÁLIS TECHNIKA 7-ik előadás

DIGITÁLIS TECHNIKA I PÉLDA: 3 A 8 KÖZÜL DEKÓDÓLÓ HOGYAN HASZNÁLHATÓ EGY 4/16-OS DEKÓDER 3/8-AS DEKÓDERKÉNT? D 2 3 DEKÓDER BŐVÍTÉS

DIGITÁLIS TECHNIKA Dr. Lovassy Rita Dr. Pődör Bálint

Bevezetés az informatikába

6. hét: A sorrendi hálózatok elemei és tervezése

A mikroszámítógép felépítése.

Hardver leíró nyelvek (HDL)

hét Sorrendi hálózatok tervezési lépései: szinkron aszinkron sorrendi hálózatok esetén

Járműfedélzeti rendszerek I. 4. előadás Dr. Bécsi Tamás

A feladatokat önállóan, meg nem engedett segédeszközök használata nélkül oldottam meg: Olvasható aláírás:...

Digitális technika (VIMIAA02) Laboratórium 4

Máté: Számítógép architektúrák

Laborgyakorlat Logikai áramkörök számítógéppel segített tervezése (CAD)

Számítógépek felépítése, alapfogalmak

Periféria kezelési módszerek. programozott megszakításos DMA-s - közvetlen szoftver ütemezés - lekérdezéses ütemezés

Közlekedés gépjárművek elektronikája, diagnosztikája. Mikroprocesszoros technika. Memóriák, címek, alapáramkörök. A programozás alapjai

VEZÉRLŐEGYSÉGEK. Tartalom

Analóg-digitális átalakítás. Rencz Márta/ Ress S. Elektronikus Eszközök Tanszék

5. Hét Sorrendi hálózatok

A/D és D/A konverterek vezérlése számítógéppel

Digitális technika (VIMIAA02) Laboratórium 4

Megoldás Digitális technika I. (vimia102) 4. gyakorlat: Sorrendi hálózatok alapjai, állapot gráf, állapottábla

Digitális technika (VIMIAA02) Laboratórium 5.5

SZORGALMI FELADAT. 17. Oktober

Véges állapotú gépek (FSM) tervezése

Szekvenciális hálózatok Állapotdiagram

Mérési jegyzőkönyv. az ötödik méréshez

Laborgyakorlat Logikai áramkörök számítógéppel segített tervezése (CAD)

Verilog HDL ismertető 4. hét : hét dia

Dr. Oniga István. DIGITÁLIS TECHNIKA 10 Memóriák

Állapot minimalizálás

Digitális technika VIMIAA02

Digitális technika VIMIAA02

Digitális technika (VIMIAA02) Laboratórium 3

PAL és GAL áramkörök. Programozható logikai áramkörök. Előadó: Nagy István

Digitális technika (VIMIAA02) Laboratórium 3

Digitális technika (VIMIAA01) Laboratórium 4

8.3. AZ ASIC TESZTELÉSE

1. Kombinációs hálózatok mérési gyakorlatai

Verilog HDL ismertető 2. hét : 1. hét dia

DIGITÁLIS TECHNIKA II

IRÁNYÍTÁSTECHNIKA I.

Átírás:

Funkcionális elemek Benesóczky Zoltán 24 A jegyzetet a szerzői jog védi. Azt a BM hallgatói használhatják, nyomtathatják tanulás céljából. Minden egyéb felhasználáshoz a szerző belegyezése szükséges.

funkcionális elemek kombinációs sorrendi multiplexer dekóder komparátor összeadó ALU BCD/7szegmenses dekóder regiszter latch számláló shiftregiszter stb... 3 állapotú meghajtó stb... 2

Rajzele: MSB cím bemenetek s s Multiplexer kimenet y MPX 2 3 Működése: s s adat bemenetek a) b) Belső felépítése: Y & & & & S S S S S S S S D D D2 D3 3

Csatorna számának növelése: s3 s2 s s y MPX 2 3 s s y MPX y MPX y MPX y MPX s s s 2 3 s 2 3 s 2 3 s 2 3 s s.... 5 Csatorna szélességének bővítése: s s A2- B2- C2- D2- s s y y y2 y MPX y MPX y MPX s s 2 3 s 2 3 s 2 3 Multiplexer mint univerzális KH: MPX 2 Y 3 S S f=a B + A B MPX f=a B C + A B C + A B 2 Y 3 S S B A C B A a.) b.) 4

Dekóder/demultiplexer A dekóder rajzjele: Működése: kimenetek cím bemenetek s s 2 3 DMPX In s s adat bemenet a.) b.) A dekóder belső felépítése: Y Y Y2 Y3 & & & & S S S S S S S S In A dekóder bővítése:.... 5 s s 2 3 2 3 2 3 2 3 s s s DK DK DK DK n s n s n s n s s s3 s2 s s 2 3 DK n n 5

3 állapotú meghajtó BUFFR a.) b.) & & BUFFR DIR DIR a.) N b.) Uout Uh Ul Uk2 Uk Uin 6

Multiplexer 3 állapotú meghajtóval Centralizált felépítés: IN IN IN2 IN3 BUFFR BUFFR BUFFR BUFFR -RD ADAT -RD -RD2 -RD3 2 3 DK B A -RD A A Decentralizált felépítés: IN IN IN2 IN3 -RD BUFFR -RD BUFFR -RD2 BUFFR -RD3 BUFFR -RD A A ADAT A-A 2 3 -RD ADAT IN IN IN2 IN3 7

Komparátor Rajzjele: < = > A In B A A2 A3 < Out = B B2 B3 >... A A A7 G B B Out = B7... 8

Hagyományos kaszkádosítás A legelső komparátor kaszkádosító bemeneteit úgy kell beállítani, mintha egy előző komparátor egyenlőséget jelezne. MSB A7 A6.. A A LSB A<B < A3 A2 A A < < A3 A2 A A < A=B = Out In = = Out In = A>B > B3 B2 B B > > B3 B2 B B > B7 B6.. B B Komparátorral a 2-es komplemensben ábrázolt számokat az előjel bit invertálása után tudjuk összehasonlítani (offszet kóddá transzformálás). 9

Gyorsított kaszkádosítás A hagyományos kaszkádosítás hátránya, hogy a kaszkádosított egységek késletetési ideje összeadódik. Itt 4 bites komparátorokkal gyors 24 bites komparátor. A kapcsolás olyan komparátort tételez fel, amelynek < és > bementére egyszerre -et kapcsolva, annak < és > kimenete egyforma logikai értéket ad, ha A=B. A>B A=B A<B. > = < A B 3 2 > = < 2 3 2.szint. szint 3. > = < 5. > = < A B A B 3 2 > = < 2 3 3 2 > = < 2 3 A9 A7 A5 B5 B7 B9 A8 A6 L B6 B8 A9 A8 A7 A5 A6 B5 B7 B9 L B6 B8 2. > = < 4. > = < 6. > = < A B A B A B 3 2 > = < 2 3 3 2 > = < 2 3 3 2 > = < 2 3 A24 A22 A2 B2 B22 B24 A23 A2 L B2 B23 A4 A2 A B B2 B4 A3 A L B B3 A4 A3 A2 L A L B2 B4 H B B3

Összeadó Funkciója: Az összeadó két n bites (előjel nélküli abszolútértékes vagy 2-es komplemens ábrázolású) bináris szám összeadása. += C=, +=+= C=, += C= Pl: + -------------- Paramétere: - szószélesség (hány bites): n Bemenetei: - összeadandó számok (A, B) 2 x n bit Ci átvitel bemenet Kimenetei: - eredmény S (SUM) n bit

- Co átvitel Rajzjele: A3 A2 A MSB A S S S2 S3 A3 A2 A A Co B3 B2 B B Ci B3 B2 B B Két 4 bites összeadó kaszkádosítása A legelső összeadó Cin bemenetére -át kell kötni. 2

S8 S A7 A6 A5 MSB A4 A3 A2 A MSB A S S S2 S3 A3 A2 A A S S S2 S3 A3 A2 A A Co B3 B2 B B Ci Co B3 B2 B B Ci B7 B6 B5 B4 B3 B2 B B 3

Sok bit esetén az átvitel soros terjedése nagy késleltetést okoz. lkerülése: átvitel gyorsítással S2 S S B Σ A S C B Σ A S C B Σ A S C C C carry logika carry logika B2 A2 B A B A Cin 4

BCD/7szegmenses dekóder A meghajtandó LD kijelző: a A f g b e d c h a b c d e f g h A dekóder rajzjele: N D C B A BCD/7sz g f e d c b a OC. Alkalmazása: Ut N g OC. R D3 D2 D D D C B A BCD/7sz f e d c b a 5

Sorrendi funkcionális elemek (tároló tulajdonságú elemek) Regiszter (közös órajelű D flip-flopok) adat kimenet élérzékeny órajel bemenet D 2 D D2 3 D3 adat bemenet Latch (közös G-jű D-G flip-flopok) adat kimenet szintérzékeny órajel bemenet G D 2 D D2 3 D3 adat bemenet 6

ngedélyezhető regiszter adat kimenet i engedélyezõ bemenet 2 3 D D D2 D3 adat bemenet clk D MPX S clk Regiszterek beírása buszról (centralizált felépítés): Di OUT OUT OUT2 OUT3.. 2. 3. RGISZR RGISZR RGISZR RGISZR -WR ADAT -WR -WR -WR2 2 3 DK S S LSB A A (CÍM) -WR3 CÍM 2 ADAT ADAT ADAT ADAT2 -WR -WR -WR -WR2 OUT ADAT OUT ADAT OUT2 ADAT2 7

Decentralizált felépítés: DATA DATA DATA2 DATA3 RG RG RG RG -WR A A ADAT 8

Számlálók A számlálók (számláló üzemmódjára jellemző) állapotgráfja gyűrű alakú. Pl. 6-os számláló állapotgráfja: 5 4 2 3 A számláló az órajeleit számolja. A modulusa, a ciklus hossza. Modulus alapján: bináris, decimális, egyéb (2-es, 6-os stb.) 9

Aszinkron számláló Aszinkron bináris felfele számláló, aszinkron törléssel: 2 T Cl Cl Cl T T clk Cl clk 2 Az egyes kimenetek egyre jobban késnek az órajelhez képest. 2

Aszinkron bináris lefele számláló, aszinkron törléssel: 2 T Cl Cl Cl T T clk Cl clk 2 2

Szinkron számláló Szinkron bináris felfele számláló belső felépítése: 2 T T T clk clk 2 A kimenetek egyszerre váltanak, késleltetésük kicsi az órajelhez képest. 22

Szinkron bináris lefele számláló belső felépítése: 2 T T T clk Szinkron engedélyezhető bináris felfele számláló belső felépítése: 2 T T T clk 23

Szinkron bináris, engedélyezhető és tölthető felfele számláló funkcionális felépítése: 2 D D D clk MPX s MPX s MPX s -LD D2 D2 D2 T2 T T Szinkron bináris, engedélyezhető és tölthető fel-le számláló funkcionális felépítése: 2 D D D clk MPX s MPX s MPX s -LD D2 D2 D2 T2 T T MPX s MPX s DIR (UP/-DOWN) 24

Számlálók vezérlő jelei lehetnek: CL: törlés LD: betöltés n: engedélyezés (csak szinkron esetben) DIR: számlálási irány Számlálók kimeneti jelei lehetnek: CY(carry): felfele számláló végállapota Bináris számlálónál CY =..2. BO(borrow): lefele számláló végállapota BO = /././2. Max/min: fel-le számláló végállapotai Binináris számlálónál M/m=DIR...2..+/DIR./././2.. RCY: ripple carry RCY =.CY RCO: ripple clock RCO =./(CY./CLK) 25

Számlálók kaszkádosítása (modulus növelés) 3db 4 bites bináris számláló működése 3. 2... Aszinkron kaszkádosítások: d c b SZ a d c SZ b a clk RCO CY a b c d a b c d SZ Cl SZ Cl Cl CLK CLOCK SZ 3 4 5 RCO SZ A kaszkádosított számlálók modulusai összeszorzódnak. 26

Szinkron kaszkádosítások: CY a b c d a b c d SZ Cl SZ Cl Cl CLK T CLOCK SZ Carry SZ 3 4 5 t 5 6 t h 27

A carry soros terjesztése: RCY2 RCY RCY CY CY CY CLK CLK CLK Az engedélyezés az MSB felé egyre jobban késik az órajelhez képest. CLK Gyorsított kaszkádosítások A CY párhuzamos előállításával: RCY2 RCY RCY CY CY CY CLK CLK CLK CLK A legelső CY előrecsatolásával: CY CLK CY CLK CY CLK CY CLK clk 28

Moduluscsökkentési eljárások N Clock KOMP = Cy U/DMax/min SZ Down SZ Clk Ld Clk Ld Clock Clock SZ szinkron LD szinkron LD Cl Clk szinkron Cl N _ N MODULUS=N+ MODULUS=N+ MODULUS=N+ N 2 n - N N t t t a.) b.) c.) Mintapéldák: Készítsünk 6-os szinkron tölthető lefele számlálóból 9-es modulusút. A kódolása 8-. Mm U/D d c b a Dd Dc Db Da Ld RST clk 29

Készítsünk 6-os szinkron törlésű, engedélyezhető felfele számlálókból 67- os modulusút. A kódolása legyen -66. 66 D = B Kaszkádosítunk, majd modulust csökkentünk. MSB d c b a Cl d c b a Cl CY CY clk 3

A shiftregiszter gy balra shiftelő SHR belső felépítése: c b a shift output D D D clk clk clk Cl Cl Cl Si clock Cl Állapotgráfja: kezdõ állapot Működésének idődiagramja: T CLK Si t su D2 D3 a/db D t dc D2 D3 b/dc D D D2 3

Tölthető, engedélyezhető, jobbra-balra shiftelő shiftregiszter belső felépítése: d c b a clock D D D D MPX MPX MPX MPX 2 3 2 3 2 3 2 3 S SIR Da a b a Db b c b Dc c d c Dd d SIL S SS jobbra shift (SHR) balra shift (SHL) betölt (LOAD) tart (HOLD) 32

Shiftregiszter mint számláló Gyűrűs számláló: a b c d SI SHR LD/S A B C D RST A számláló kódolása a, b, c, d:,,, N bites SHR esetén a modulusa: N Johnson számláló: a b c d SI SHR LD/S A B C D RST A számláló kódolása a, b, c, d:,,,,,,, Modulusa N bites SHR esetén: 2N 33

Önkorrigáló Johnson számláló a b c d SI SHR LD/S A B C D Néhány órajelen belül tetszőleges állapotból beletalál a normál ciklusba. Pl:,,,, Álvéletlen generátor MOD 2 visszacsatolt shiftregiszterrel SI a b c d SHR LD/S A B C D RST CLK Kódolása:,,,,,,,,,,,,,, Modulusa N bites SHR és maximális ciklushosszú visszacsatolás esetén: 2 N - 34

Memória elemek: MMÓRIÁK ROM (csak olvasható) RAM (írható-olvasható) PROM (egyszer írható, OTP) -mask programozott -felhasználó által programozott PROM (UV-vel törölhetõ) statikus RAM dinamikus RAM PROM (elektromosan szavanként törölhetõ) FLASH (elektromosan szektoronként törölhetõ, nagy sûrûségû) Jellemzők: szószélesség, byte szám, hozzáférési idő ROM dekóder szavak.. An-A An-A Dm-D CS m. RD CS RD & n meghajtó Dm-D a.) Olvasás idődiagramja: b.) CS RD t RD CÍM ADAT STABIL t AA t CA t AO t DF 35

ROM mint iniverzális KH: f 2 f cím D3 D2 D D.. 2. 3. x x x x x x x x A3 A2 A A B 4. 5. x x x x A C f2 6. 7. x x x x A B C 8.... x x x x............ 5. x x x x O CS a.) f2 = AB + AC = ABC + ABC + ABC + ABC b.) A tartalom az igazságtábla. 36

RAM.. szavak An-A DK m. An-A CS RD WR Dm-D a.) RD CS W & & DIR Statikus RAM írási ciklusa: b.) meghajtó n Dm-D CS t CW t WR WR t AS t DS t DH CÍM ADAT t t STABIL WP WC 37

Memóriák szószélességének növelése D D5 A D... D7 RD D RD... D7 CS WR WR CS A A An A A An WR RD An CS Memóriák kapacitásának növelése An-A O WR O RAM O RAM O RAM O RAM CS W CS W CS W CS W Dm-D CS 2 3 DK B A LSB An+2 An+ 38

Példák funkcionális elemekkel felépített logikákra: PWM (változtatható kitöltési tényezőjű jel) előállítása. N B KOMP A A>B OUT SZ clk TOP N t OUT t 39

Időmultiplexált kijelző megvalósítása Vcc MPX ADAT3 D3_3- ADAT2 D2_3- ADAT D_3- MSB ADAT D_3- S S BCD/7sz D C B A a b c d e f g OC. 7sz.adat SZ clk 3 DK B 2 A OC. OC. OC. OC. -N3 -N2 -N -N sz 3 2 7sz. adat ADAT ADAT ADAT2 3 ADAT3 -N -N -N2 -N3 4

Mátrix billentyűzet kezelése Vcc egy billntyû bekötése sor számláló MSB SZ N DK 2 S 3 S CLK RCY SZ N oszlop sz. 2 3 S MPX S Y CLK K J Cl biilentyû kód RADY STRB 4