Hobbi Elektronika. A digitális elektronika alapjai: Sorrendi logikai áramkörök 1. rész

Hasonló dokumentumok
Hobbi Elektronika. A digitális elektronika alapjai: További logikai műveletek

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

Hobbi Elektronika. A digitális elektronika alapjai: Sorrendi logikai áramkörök 2. rész

Hobbi Elektronika. A digitális elektronika alapjai: Kombinációs logikai hálózatok 1. rész

Hobbi Elektronika. A digitális elektronika alapjai: Sorrendi logikai áramkörök 4. rész

Hobbi Elektronika. A digitális elektronika alapjai: Kombinációs logikai hálózatok 2. rész

Hobbi Elektronika. Bevezetés az elektronikába: Boole algebra, logikai kapuáramkörök

DIGITÁLIS TECHNIKA 7. Előadó: Dr. Oniga István

6. hét: A sorrendi hálózatok elemei és tervezése

10. Digitális tároló áramkörök

Irányítástechnika Elıadás. A logikai hálózatok építıelemei

Szekvenciális hálózatok Állapotdiagram

Dr. Oniga István DIGITÁLIS TECHNIKA 8

DIGITÁLIS TECHNIKA II

DIGITÁLIS TECHNIKA 8 Dr Oniga. I stván István

EB134 Komplex digitális áramkörök vizsgálata

Dr. Oniga István DIGITÁLIS TECHNIKA 9

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

Dr. Oniga István DIGITÁLIS TECHNIKA 9

DIGITÁLIS TECHNIKA II

3.6. HAGYOMÁNYOS SZEKVENCIÁLIS FUNKCIONÁLIS EGYSÉGEK

XI. DIGITÁLIS RENDSZEREK FIZIKAI MEGVALÓSÍTÁSÁNAK KÉRDÉSEI Ebben a fejezetben a digitális rendszerek analóg viselkedésével kapcsolatos témákat

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

30.B 30.B. Szekvenciális hálózatok (aszinkron és szinkron hálózatok)

Laborgyakorlat Logikai áramkörök számítógéppel segített tervezése (CAD)

F1301 Bevezetés az elektronikába Digitális elektronika alapjai Szekvenciális hálózatok

DIGITÁLIS TECHNIKA Dr. Lovassy Rita Dr. Pődör Bálint

Előadó: Nagy István (A65)

Dr. Oniga István DIGITÁLIS TECHNIKA 4

Szekvenciális hálózatok és automaták

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

Digitális Rendszerek (BSc)

Hobbi Elektronika. Bevezetés az elektronikába: Boole algebra, logikai kifejezések

Standard cellás tervezés

Digitális technika VIMIAA02

Digitális technika VIMIAA02

Kiegészítő segédlet szinkron sorrendi hálózatok tervezéséhez

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

SZÁMÍTÓGÉPES ARCHITEKTÚRÁK

SZÁMÍTÓGÉPES ARCHITEKTÚRÁK

DIGITÁLIS TECHNIKA 7-ik előadás

Bevezetés az elektronikába

6. hét Szinkron hálózatok tervezése és viszgálata

Hobbi Elektronika. Bevezetés az elektronikába: Scmitt-trigger kapcsolások

Újrakonfigurálható eszközök

Billenőkörök. Mindezeket összefoglalva a bistabil multivibrátor az alábbi igazságtáblázattal jellemezhető: nem megen

5. Hét Sorrendi hálózatok

1. Kombinációs hálózatok mérési gyakorlatai

ELEKTROTECHNIKA-ELEKTRONIKA ELEKTROTECHNIKA

Számítógép architektúrák 2. tétel

Logikai áramkörök. Informatika alapjai-5 Logikai áramkörök 1/6

DIGITÁLIS TECHNIKA II

Vegyes témakörök. A KAT120B kijelző vezérlése Arduinoval

Hobbi Elektronika. Bevezetés az elektronikába: Logikai kapuáramkörök

Gépészmérnöki és Informatikai Kar Automatizálási és Kommunikáció- Technológiai Tanszék

Elektronikai technikus Elektronikai technikus

DIGITÁLIS TECHNIKA I

Újrakonfigurálható eszközök

DIGITÁLIS TECHNIKA II

DIGITÁLIS TECHNIKA feladatgyűjtemény

Kombinációs hálózatok Adatszelektorok, multiplexer

7.hét: A sorrendi hálózatok elemei II.

Digitális technika házi feladat III. Megoldások

Digitális technika (VIMIAA01) Laboratórium 4

DIGITÁLIS TECHNIKA Dr. Lovassy Rita Dr. Pődör Bálint

Kombinációs hálózatok és sorrendi hálózatok realizálása félvezető kapuáramkörökkel

Jelformáló áramkörök vizsgálata Billenő áramkörök vizsgálata (Időkeret: 5óra) Név:

DIGITÁLIS TECHNIKA II

11.2. A FESZÜLTSÉGLOGIKA

Földzaj. Földzaj problémák a nagy meghajtó képességű IC-knél

Kombinációs áramkörök modelezése Laborgyakorlat. Dr. Oniga István

Digitális technika II. (vimia111) 5. gyakorlat: Tervezés adatstruktúra-vezérlés szétválasztással, vezérlőegység generációk

Billenőkörök. Billenő körök

Alapkapuk és alkalmazásaik

Hardver leíró nyelvek (HDL)

Kapuáramkörök működése, felépítése, gyártása

Versenyző kódja: 28 27/2012. (VIII. 27.) NGM rendelet MAGYAR KERESKEDELMI ÉS IPARKAMARA. Országos Szakmai Tanulmányi Verseny.

DIGITÁLIS TECHNIKA A FÉLÉV TEMATIKAI VÁZLATA ÉS ISMERETANYAGA (1) ÁLTALÁNOS BEVEZETÉS A FÉLÉV TEMATIKAI VÁZLATA ÉS ISMERETANYAGA (3)

Joint Test Action Group (JTAG)

Számlálók és frekvenciaosztók Szinkron, aszinkron számlálók

D I G I T Á L I S T E C H N I K A Gyakorló feladatok 3.

MIKROELEKTRONIKA, VIEEA306

DIGITÁLIS TECHNIKA II

Mérési jegyzőkönyv. az ötödik méréshez

A/D és D/A konverterek vezérlése számítógéppel

Máté: Számítógép architektúrák

Újrakonfigurálható eszközök

MSP430 programozás Energia környezetben. Hétszegmenses LED kijelzok

Hobbi Elektronika. A digitális elektronika alapjai: Újrakonfigurálható logikai eszközök

Programozás és digitális technika II. Logikai áramkörök. Pógár István Debrecen, 2016

Digitális ki-bemenetek kezelése, bitszintű műveletek

LOGIKAI TERVEZÉS HARDVERLEÍRÓ NYELVEN. Dr. Oniga István

Máté: Számítógép architektúrák

Elektronika 11. évfolyam

Funkcionális áramkörök vizsgálata

Digitális Technika II. jegyzet

Elektronikus dobókocka

Digitális technika kidolgozott tételek

Számítógépek felépítése, alapfogalmak

Digitális technika (VIMIAA02) Laboratórium 4

Átírás:

Hobbi Elektronika A digitális elektronika alapjai: Sorrendi logikai áramkörök 1. rész 1

Felhasznált anyagok M. Morris Mano and Michael D. Ciletti: Digital Design - With an Introduction to the Verilog HDL, 5th. Edition Electronics-course.com (Sequential Logic) Sequential Logic Circuits The J-K flip-flop The D-type flip-flop Végh János: Ismerkedés a digitális elektronikával Falstad.com: Circuit simulator F-alpha.net: Flip-flop 2

Sorrendi logikai áramkörök A sorrendi (szekvenciális) logikai áramkörök tárolóelemeket is tartalmaznak. Ezek kimeneteinek állapota emiatt nem csupán a bemenetek, hanem a tárolók állapotától is függ, vagyis a bemenetek korábbi állapotainak sorrendjétől. Egy általános sorrendi logikai áramkör blokkvázlata az alábbi ábrán látható. Lehet benne kombinációs logikai hálózat, s visszacsatolást, illetve tárolóelemet is tartalmaz. A kimenetek logikai állapota a bemenetek mellett a tárolóáltal rögzített előző állapot is befolyásolja, másrészt a tároló következő állapota is a pillanatnyi bemenetek és állapot függvénye. Végeredményben tehát a sorrendi logikai áramkör a bemeneti, a kimeneti és a közbenső állapotok időbeli sorrendjével jellemezhető. 3

Sorrendi áramkörök osztályozása A sorrendi logikai áramkörök építőelemei a bistabil billenőkörök, amelyekből komplex áramköröket építhetünk (pl. adatregiszterek, shift regiszterek, számlálók). A sorrendi áramköröket működés szerint az alábbi kategóriákba sorolhatjuk: Eseményvezérelt: aszinkron áramkörök, amelyek az események bekövetkeztekor váltanak állapotot. Órajel vezérelt: szinkron áramkörök, amelyekben az állapotváltozás szinkronizáltan, egy órajel által vezérelten megy végbe. Impulzus vezérelt: a fenti kettő keveréke Szinkron áramköröknél egy szinkronizáló órajelre is szükségünk van az áramkör vezérléséhez. 4

Tároló két inverterrel Két sorbakötött és visszacsatolt inverterrel kialakíthatunk egy egyszerű tárolót. Az alábbi ábrán bemutatott kapcsolásban ezt egy beállító és egy törlő kapcsolóval is elláttuk. A Q kimenet állapotát a LED jelzi. A C1 kondenzátor segítségével gondoskodhatunk róla, hogy bekapcsoláskor ismert állapotban induljon az áramkör. Q Set: záráskor 1 -b állítja a Q kimenetet, Reset: záráskor 0 -b állítja a Q kimenetet 5

Tároló két inverterrel Az előző oldalon bemutatott áramkört egy CD4069 IC felhasználásával építettük meg. Természetesen más elrendezés is elképzelhető. 6

Tároló két inverterrel A kétinverteres tároló nyomógombos logikai jelszintű ki-bekapcsolóként (toggle switch) kereskedelmi fogalomban is kapható. LED latching switch module 7

Az R-S tárolót két NAND kapuból is megépíthetjük. S-R tároló NAND kapukból A kimenetek állapotát a megfelelő bemenet alacsony szintre húzásával billenhetjük át. Az áramkör működése eseményvezérelt,aszinkron. Az R-S tároló hátrányos tulajdonsága, hogy a bemenetek egyidejű lehúzása tilos, mert a kimenetek határozatlan állapotba kerülnek. A zavaró negatív bemenetvezérlésre egy egyszerű megoldás: 8

S-R tároló NOR kapukkal Az R-S tárolót NOR kapukból is megépíthetjük. Ennek a kimeneteit a megfelelő bemenet magas szintre húzásával billenthetjük át. CD4011 (NAND) CD4001 (NOR) A NAND és NOR S-R tároló kipróbálása 9

Gyakorlati alkalmazás: nyomógomb pergésének megszüntetése 10

A D-tároló az órajel vezérelt áramkörök kategóriájába tartozik. Az S és R bemenetek egyidejű aktiválása ellen az inverter véd. Az ábrán látható kapcsolás az ún. transzparens tároló, mivel az órajel magas állapotában a kimenet követi a bemenet változásait. D-tároló (D-latch) Különféle megoldásokat dolgoztak ki arra, hogy a kimenet ideiglenesen se kövesse a D vonal esetleges gyors változásait. A Master-Slave kialakítás elve az, hogy az órajel felfutó élén egy előkészítő tárolóba, a lefutó élénél pedig a kimeneti tárolóba íródik be az adat. Esetleg hátrány az, hogy a kimeneten csak az óraimpulzus végén jelenik meg az adat? Erre is van megoldás! 11

Élvezérelt D-tároló Működés: Az órajel alacsony állapotában az adatbemenet jelszintjétől függően az A vagy a B kapu bemenete aktiválódik, s vált a kimenete alacsonyra az órajel felfutó élénél. A visszacsatolások arra szolgálnak, hogy az órajel magas állapotában az adatvonal állapotának esetleges megváltozása ne okozhasson változást. B A adat órajel kimenetek Link: www.falstad.com/circuit/e-edgedff.html Az élvezérelt D-tároló rajzjele Hasonló kapcsoláson alapul az SN7474 IC is. 12

CMOS élvezérelt D-tároló A CMOS IC-k élvezérelt tárolói a fejezet elején bemutatott két inverterből kialakított tárolóra emlékeztetnek, melyek vezérlését itt ellenütemben vezérelt FET-es kapcsolók végzik. Az alábbi ábrán a 74HC74 IC egyik D-tároló modulja látható (ebből az IC kettőt tartalmaz). Hasonló felépítésű a 4013 CMOS IC is. Az ábrán szereplő TG kapuk (Transmission Gate) párhuzamosan kapcsolt P- és N-csatornás FET-ből állnak, amelyek nyitott állapotban átvezetnek, különben lezárnak. 13

A D-tároló tipikus alkalmazásai Adatregiszterek bitenként 1 db D-tároló, közös órajellel Frekvenciaosztó Shift regiszterek, számlálók ezekről egy későbbi fejezetben lesz szó. 14

CD4013B: D-tároló Az élvezérelt D-tároló kipróbálásához a SET és RESET bemeneteket földre húzzuk, s a CLOCK, illetve a D bemeneteket vezéreljük (a nyomógombok lenyomott állapotban magas, felengedett állapotban alacsony szintet adnak). Link: en.f-alpha.net/electronics/digital-electronics/flip-flop/lets-go/experiment-9-d-flip-flop/ 15

J-K tároló A J-K tároló az S-R tároló kellemetlen tulajdonságát a kimenő jelek visszacsatolásával és kapuzásra történő felhasználásával küszöböli ki. Sajnos, ez a megoldás sem tökéletes, mert ha az órajel nem tüskeszerű, a megváltozó kimenet visszahat a bemenetre és oszcillációhoz vezethet. Ezen a Master-Slave kétfokozatú J-K tároló segíthet. 16

Mester-szolga J-K tároló A Master-Slave kialakítás elve az, hogy az órajel felfutó élén egy előkészítő tárolóba, a lefutó élénél pedig a kimeneti tárolóba íródik be az adat. TTL változat például SN7476 CMOS változat például CD4027 17

CD4027B: J-K tároló A SET és RESET bemeneteket alacsony szintre kell húzni! A Clk, J és K nyomógombok elengedve földre húznak, lenyomva pedig magas szintre húznak. 18

A 4000-es sorozat tipikus tagjai 4001 CMOS Quad 2-Input NOR Gate 4011 CMOS Quad 2-Input NAND Gate 4013 CMOS Dual D-Type Flip Flop 4017 CMOS Decade Counter with 10 Decoded Outputs 4021 CMOS 8-Stage Static Shift Register 4022 CMOS Octal Counter with 8 Decoded Outputs 4023 CMOS Triple 3-Input NAND Gate 4025 CMOS Triple 3-Input NOR Gate 4026 CMOS Decade Counter/Divider with Decoded 7-Segment Display Outputs and Display Enable 4027 CMOS Dual J-K Master-Slave Flip-Flop 4028 CMOS BCD-to-Decimal or Binary-to-Octal Decoders/Drivers 4043 CMOS Quad NOR R/S Latch with 3-State Outputs 4046 CMOS Micropower Phase-Locked Loop 4049 CMOS Hex Inverting Buffer/Converter 4050 CMOS Hex Non-Inverting Buffer/Converter 4051 CMOS Single 8-Channel Analog Multiplexer/Demultiplexer with Logic-Level Conversion 4052 CMOS Differential 4-Channel Analog Multiplexer/Demultiplexer with Logic-Level Conversion 4053 CMOS Triple 2-Channel Analog Multiplexer/Demultiplexer with Logic-Level Conversion 4060 CMOS 14-Stage Ripple-Carry Binary Counter/Divider and Oscillator 4066 CMOS Quad Bilateral Switch 4069 CMOS Hex Inverter 4070 CMOS Quad Exclusive-OR Gate 4071 CMOS Quad 2-Input OR Gate 4072 CMOS Dual 4-Input OR Gate 4073 CMOS Triple 3-Input AND Gate 4075 CMOS Triple 3-Input OR Gate 4081 CMOS Quad 2-Input AND Gate 4082 CMOS Dual 4-Input AND Gate 4093 CMOS Quad 2-Input NAND Schmitt Triggers 4094 CMOS 8-Stage Shift-and-Store Bus Register 19

A 4000-es sorozat tipikus tagjai 20

A 4000-es sorozat tipikus tagjai 21

A 4000-es sorozat tipikus tagjai 4069 4081 22