DIGITÁLIS TECHNIKA II

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

DIGITÁLIS TECHNIKA Dr. Lovassy Rita Dr. Pődör Bálint

DIGITÁLIS TECHNIKA Dr. Lovassy Rita Dr. Pődör Bálint

DIGITÁLIS TECHNIKA 7. Előadó: Dr. Oniga István

3.6. HAGYOMÁNYOS SZEKVENCIÁLIS FUNKCIONÁLIS EGYSÉGEK

Dr. Oniga István DIGITÁLIS TECHNIKA 9

DIGITÁLIS TECHNIKA II

Dr. Oniga István DIGITÁLIS TECHNIKA 8

DIGITÁLIS TECHNIKA II

Dr. Oniga István DIGITÁLIS TECHNIKA 9

DIGITÁLIS TECHNIKA 8 Dr Oniga. I stván István

DIGITÁLIS TECHNIKA I

DIGITÁLIS TECHNIKA II

DIGITÁLIS TECHNIKA II

7.hét: A sorrendi hálózatok elemei II.

DIGITÁLIS TECHNIKA II

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

10. Digitális tároló áramkörök

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

Irányítástechnika Elıadás. A logikai hálózatok építıelemei

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

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

EB134 Komplex digitális áramkörök vizsgálata

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

Laborgyakorlat Logikai áramkörök számítógéppel segített tervezése (CAD)

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

Szórt spektrumú adatátvitel modellezése

Digitális technika házi feladat III. Megoldások

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

Digitális technika (VIMIAA02) Laboratórium 5

Digitális technika (VIMIAA02) Laboratórium 5

8.3. AZ ASIC TESZTELÉSE

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

DIGITÁLIS TECHNIKA I

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

Szekvenciális hálózatok és automaták

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

DIGITÁLIS TECHNIKA feladatgyűjtemény

Szekvenciális hálózatok Állapotdiagram

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

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

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

Digitális rendszerek. Mikroarchitektúra szintje

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

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

DIGITÁLIS TECHNIKA 7-ik előadás

Elektronika 11. évfolyam

6. hét: A sorrendi hálózatok elemei és tervezése

Előadó: Nagy István (A65)

A mikroprocesszor felépítése és működése

ELEKTROTECHNIKA-ELEKTRONIKA ELEKTROTECHNIKA

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

A fealdatot két részre osztjuk: adatstruktúrára és vezérlőre

F1301 Bevezetés az elektronikába Digitális elektronika alapjai Szekvenciális hálózatok

Véges állapotú gépek (FSM) tervezése

Digitális technika (VIMIAA02) Laboratórium 4

Digitális technika - Ellenőrző feladatok

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

Digitális technika VIMIAA01 5. hét

Négyszög - Háromszög Oszcillátor Mérése Mérési Útmutató

Digitális technika (VIMIAA02) Laboratórium 4

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

5. KOMBINÁCIÓS HÁLÓZATOK LEÍRÁSÁNAK SZABÁLYAI

Ellenőrző mérés mintafeladatok Mérés laboratórium 1., 2011 őszi félév

Aszinkron sorrendi hálózatok

5. Hét Sorrendi hálózatok

ANALÓG ÉS DIGITÁLIS TECHNIKA I

Digitális technika VIMIAA01 5. hét Fehér Béla BME MIT

Programozási segédlet DS89C450 Fejlesztőpanelhez

A/D és D/A konverterek vezérlése számítógéppel

Hobbi Elektronika. A digitális elektronika alapjai: További logikai műveletek

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

DIGITÁLIS TECHNIKA II Dr. Lovassy Rita Dr. Pődör Bálint

Digitális technika (VIMIAA01) Laboratórium 4

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

Számítógépek felépítése, alapfogalmak

1. Kombinációs hálózatok mérési gyakorlatai

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

6. hét Szinkron hálózatok tervezése és viszgálata

7. hét Sorrendi hálózatok építőelemei II.

Laborgyakorlat Logikai áramkörök számítógéppel segített tervezése (CAD)

DIGITÁLIS TECHNIKA I HÁZI FELADAT HÁZI FELADAT HÁZI FELADAT. Dr. Lovassy Rita Dr. Pődör Bálint

Véges állapotú gépek (FSM) tervezése

Újrakonfigurálható eszközök

Vegyes témakörök. A KAT120B kijelző vezérlése Arduinoval

Máté: Számítógép architektúrák

Kiegészítő segédlet szinkron sorrendi hálózatok tervezéséhez

Digitális technika VIMIAA02

DIGITÁLIS TECHNIKA II Dr. Lovassy Rita Dr. Pődör Bálint

Digitális technika VIMIAA02

Bevezetés az informatikába

1. Az adott kapcsolást rajzolja le a lehető legkevesebb elemmel, a legegyszerűbben. MEGOLDÁS:

Digitális technika (VIMIAA02) Laboratórium 5.5

Számítógép felépítése

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

LOGSYS LOGSYS LCD KIJELZŐ MODUL FELHASZNÁLÓI ÚTMUTATÓ november 8. Verzió

A Gray-kód Bináris-kóddá alakításának leírása

Dr. Oniga István DIGITÁLIS TECHNIKA 4

Máté: Számítógép architektúrák

DIGITAL TECHNICS I. Dr. Bálint Pődör. Óbuda University, Microelectronics and Technology Institute 12. LECTURE: FUNCTIONAL BUILDING BLOCKS III

Átírás:

27.3.2. DIGITÁLIS TECHNIKA II Dr. Lovassy ita Dr. Pődör Bálint Óbudai Egyetem KVK Mikroelektronikai és Technológia Intézet 5. ELŐADÁS EGISZTEEK. Időzítési alapfogalmak 2. Tároló regiszterek 3. Léptető regiszterek 4. egiszterek alkalmazási példái Benesóczky, 9-33 old. Zsom II, 64-89 old. őmer, 6-22 old. Példatár, 5-55 old., 24-29 old. Grosz: Élő Digitronika (Fejezetek a digitális elektronikából) 2 AZ ELŐADÁS ÉS A TANANYAG Az előadások Arató Péter: Logikai rendszerek tervezése (7-89 old.) Tieze U., Schenk Ch: Analóg és digitális áramkörök (74-75 old.) Zsom Gyula: Digitális technika I és II őmer Mária: Digitális rendszerek áramkörei Gál Tibor: Digitális rendszerek I és II, Benesóczky Zoltán: Funkcionális elemek 24 (42-46 old.). L. Tokeheim: Theory and problems of digital principles EGISZTEEK FAJTÁI Felhasználás és felépítés szerint két csoport: - tároló regiszterek; - léptető regiszterek (shift register). c. könyvein, jegyzetein alapulnak. 3 4 Párhuzamos beírásnál és kiolvasásnál az információt a regiszter minden flip-flopjába egyszerre írják be, ill. egyszerre olvassák ki. Mivel ezeknél a regisztereknél léptetés nem szükséges, a regiszter csak tárolási feladatra alkalmas. Ezeket a típusokat átmeneti tároló vagy közbenső (puffer) regisztereknek nevezik. D D2 D3 D4 TÁOLÓ EGISZTEEK 2 3 4 CL CLK Feladatuk adott, rövid ideig meglévő több bites információ tárolása. Az információ bitjei a kimeneten egyenként, közvetlenül és folyamatosan hozzáférhetők. Félvezetős integrált (MSI) regiszterek az információt csak folyamatos, megadott tűréshatáron belüli tápfeszültségérték mellett tudják megőrizni. 6

27.3.2. TÁOLÓ EGISZTEELKALMAZÁSA Két szám soros összeadása. B CL Cp B n A m n Cp A Σ (bin) m Összeg Túlcsordulás. B regiszter nullázása (CL B); 2. A regiszter feltöltése az első összeadandóval (Cp A); 3. Az eredmény betöltése a B regiszterbe (Cp B); 4. A regiszter feltöltése a következő összeadandóval (Cp A); 5. A 3. és 4. pont ismétlése, amíg van összeadandó. 7 TÁOLÓ EGISZTEEK: FELHASZNÁLÁSI TEÜLETEK aritmetikai egységekben, számlánc és kijelző között; kód és jelkonverziós műveleteknél; μp-os áramkörök input/output tárolóiként; aritmetikai/logikai egységek (ALU) közbenső tárolóiként; egyéb tárolást igénylő helyeken. 8 LÉPTETŐ EGISZTEEK: BEVEZETÉS A léptető regiszterek az információ tárolása mellett annak helyértékről helyértékre haladva való továbbítására is alkalmasak. A léptetés, a regiszter felépítésétől függően végezhető jobbra, balra vagy mindkét irányba is. A léptetés a szikronozójel (órajel, léptetőjel) hatására történik. Az információ beírása és kiolvasása történhet sorosan is, párhuzamosan is LÉPTETŐ EGISZTEEK: ÁLLAPOTEGYENLETEK Jobbra léptető regiszter: Balra léptető regiszter: in = i+ n- in = i- n- Jobbra (M=) - balra (M = ) léptető regiszter: in = M i- n- + M i+ n- 9 ALKALMAZHATÓ TÁOLÓK A léptetőregiszter flip-flopok olyan lánca, amely lehetővé teszi, hogy a bemenetére adott információ minden egyes órajel hatására egy flip-floppal tovább lépjen. A bemeneti jel késleltetve, de változatlanul jelenik meg a kimeneten. A léptetőregiszterek esetén a soros és párhuzamos beírás és kiolvasás, valamint a kétféle léptetési irány miatt sokféle típus állítható elő. A léptetőregiszterekben az ún. közbenső tárolású típusú flipflopok (pl. master-slave) alkalmasak. Az ún. átlátszó tároló típus erre a célra nem felel meg, mert a bemenetre adott információ azonnal végigfutna az egész regiszteren már az első órajel hatására. A megfelelő működés érdekében (minden léptetési parancsra egy és csakis egy léptetés) feltétlenül órajelvezérelt flip-flopokat kell alkalmazni. 2 2

27.3.2. LÉPTETŐ EGISZTE (D-FF) JOBBA LÉPTETŐ EGISZTE J-K FLIP-FLOPOKBÓL DATA IN A B C D CLK 3 CL 4 A LÉPTETŐEGISZTE MŰKÖDÉSE LÉPTETŐ (SHIFT) EGISTE MŰKÖDÉSE A 4 bit szóhosszúságú léptetőregiszter a 4. órajelre megtelik a sorosan beírt információval. A négy tároló kimenetein párhuzamosan megjelenik a négy bevitt információs bit, vagy a további órajelek hatására hozzáférhetővé válik a 4. flip-flop kimenetén. 5 A LÉPTETŐEGISZTE MŰKÖDÉSI TÁBLÁZATA SHIFTEGISZTE MINT SZÁMLÁLÓ CLK 2 3 4 D - - - 2 D2 D - 3 D3 D2 D - 4 D4 D3 D2 D 5 D5 D4 D3 D2 6 D6 D5 D4 D3 7 D7 D6 D5 D4... 7 Léptető regiszterből sokféle módon lehet számlálót kialakítani. Gyűrűs számláló Johnson számláló (Ál)véletlenszám generátor Közös alapelv: a léptető regiszter kimeneteit egy kombinációs hálózaton keresztül visszavezetik a soros bemenetre. 8 3

27.3.2. adat GYŰŰS EGISZTE X3 X2 X X GYŰŰS SZÁMLÁLÓ A gyűrűs számlálónál a visszacsatoló kombinációs hálózat egy darab vezeték. léptetés A gyűrűs regiszter jellemzője a visszacsatolás, utolsó bit kimenete az első bit bemenetére van kötve. Az egyszer beleírt értékét minden órajelnél a következő bit helyre lépteti. A recirkulációs (gyűrűs) regiszterben az órajel cirkulációban tartja a bináris információt, melyet párhuzamosan lehet beírni. Nevezik gyűrűs számlálónak is. A gyűrűs számlálók egyszerű visszacsatolással ellátott shift regiszterek. Kódolás: a b c d Sok fontos áramkör vezérlőjeként nyer felhasználást. 9 2 GYŰŰS SZÁMLÁLÓ Ilyen jelsorozatokkal pl. vezérlési feladatok oldhatók meg. Hasonló kimeneti sorozatot pl. egy számlálóval címzett dekóderrel is elő lehet állítani, azonban ennek hátránya, hogy a dekóder bementén egynél nagyobb Hamming távolságúak is lehetnek ez egymást követő címek így ezeknél az átmeneteknél funkcionális hazárd léphet fel (tranziensnyi időre olyan kimenet is aktivizálódhat, amelynek nem kellene). Fontos megjegyzés. A bekapcsolás után a tárolók tartalma meghatározott, de ismeretlen érték, ezért a bekapcsoláskor előálló, vagy erre a célra szolgáló nyomógombbal előállított jelnek mindig biztosítani kell egy kezdő érték beállítását. 2 Két db -s körbeléptetése Variációk: a eset b eset A b esetben az eredeti érték itt is 4 lépés után áll vissza, de a és a 2-s valamint az és 3-as állapot nem különböztethető meg. Három db -es körbeléptetése A 3 db -s körbeléptetése tulajdonképpen a -t körbeléptető gyűrűs számlálót jelenti. Fontos megjegyzés, hogy a totális, csak vagy csak -t tartalmazó állapotból a gyűrűs számláló nem tud kilépni, és vannak olyan állapotai, amelyekbe ha hiba folytán (alapvetően áramköri zavar hatására) belép, e hibás állapotoktól kezdve nem a kívánt lépéseket hajtja végre, hanem más ciklust. 4

27.3.2. GYŰŰS SZÁMLÁLÓ (ING COUNTES) A ring counter, instead of counting with binary numbers, counts with words that have a single high bit. These are ideal for timing a sequence of digital operations. An application: time-division multiplexor 2 3 D D D2 D3 OUT: D D D2 D3 D D JOHNSON (MÖBIUS) SZÁMLÁLÓ A visszacsatoló hálózat egyetlen inverter. Így kezdeti érték mellet a számláló először feltölti magát egyesekkel, majd nullákkal. Kódolás: a b c d 26 JOHNSON (MÖBIUS) SZÁMLÁLÓ Állapot dekódolás: két-bemenetű ÉS kapu és inverterek. Pl. () a d () ab stb. Az így előállított kimenet nem lesz hazárdos, mivel az egymást követő kódok szomszédosak. ÖNKOIGÁLÓ JOHNSON SZÁMLÁLÓ Tetszőleges kezdőállapotból is belefut a normál ciklusba. Elv: A Johnson számláló előbb-utóbb előállít egy XX állapotot. Ez aktivizálja a LOAD (betöltés) funkciót, így beállítható a normál üzemmód. 27 28 JOHNSON SZÁMLÁLÓ + + + GYŰŰS/JOHNSON SZÁMLÁLÓ \eset S J CLK K S 2 S 3 S 4 J J J CLK CLK CLK K K K Shift + Shift 2 3 4 8 állapot, minden lépesben csak egy bit változik, így elkerülhető a kimeneten a hazárd (hibás kód) fellépte A Johnson számláló kimeneti állapotai 2 bemenetű kapuk felhasználásával egyszerűen, és hazárdmentesen dekódolhatók, ezért kedvelt elemei a nagyobb áramkörök vezérlését biztosító 3 állapot generátoroknak, az úgynevezett sequencer-eknek. 5

27.3.2. GYŰŰS EGISZTE MODULÓ SZÁMLÁLÓ Bizonyos alkalmazásokban (álvéletlen generátor, hibafelismerő kódolás) használatos a léptető regiszterből a KIZÁÓ-VAGY visszacsatolással létrehozott Moduló számláló. A 8 bites gyűrűs regiszter az adott visszacsatolással 2 állapotú.... állapotból indulva a 4. majd a 6.. stb. órajelre a regiszter állapota. 3 ÁLVÉLETLENSZÁM GENEÁTO ÁLVÉLETLENSZÁM GENEÁTO = = A B C D Ha a visszacsatoló hálózat XO kapukból áll, akkor legfeljebb 2 N -, vagy annál kisebb modulus állítható be. Az adott esetben ez 5. Az egymást követő kódok véletlenszerűek. 4 bites léptetőregiszterből megvalósított, 5 állapotú Moduló számláló A B C D Szekvencia: (), (8), (4), (2), (9), (2), (6), (), (5), (), (3), (4), (5), (7), (3). A moduló számláló, a csak -át tartalmazó állapotából a soros bemeneten előálló vezérlésére nem tud kilépni. Ez az úgynevezett tiltott kód. Ezen eset kiküszöbölésére a megoldás tartalmaz egy hibaállapotból kiléptetést biztosító, kiegészítő áramkört. Természetesen normális működéskor a h érték nem áll elő, és az áramkör az igazság táblájában leírt értékeket ismétli. Egy n bites léptető regiszterből a maximális (2 n -) hosszúságú moduló számláló nem mindig a soros bemenettől legtávolabbi két bit KIZÁÓ-VAGY kapcsolatából áll elő. Vannak ettől eltérő esetek is, amikor két közbenső bit visszacsatolása adja a legnagyobb hosszt. 6

27.3.2. ÁLVÉLETLENSZÁM GENEÁTO A kódszavak sorrendje véletlenszerű. Fokozatok Állapotok Visszacsatolás száma száma helye 3 3 3, 2 4 5 4, 3 5 3 5, 3 6 63 6, 5 7 27 7, 6 (ld. Benesóczky Z., Digitális tervezés funkcionális elemekkel...) LFS - Linear Feedback Shift egister http://en.wikipedia.org/wiki/linearfeedbackshiftregister 37 MULTIVIBÁTO Az astabil multivibrátor egyetlen stabil állapottal sem rendelkezik. A kimenetén folyamatosan négyszögjelet állít elő. A bistabil multivibrátornak (Flip-Flop) két stabil állapota van. A kimenet állapota csak akkor változik meg, ha a folyamatot egy bemenő jel aktiválja, aminek hatására átbillen egy másik stabil állapotába A 6-bit Fibonacci LFS A monostabil multivibrátor egy indító jel hatására a kimenetén egy http://en.wikipedia.org/wiki/linearfeedbackshiftregister 39 4 négyszögimpulzust állít elő. 555 TIME IC 4 7