3.6. HAGYOMÁNYOS SZEKVENCIÁLIS FUNKCIONÁLIS EGYSÉGEK

Hasonló dokumentumok
Dr. Oniga István DIGITÁLIS TECHNIKA 8

DIGITÁLIS TECHNIKA 8 Dr Oniga. I stván István

10. Digitális tároló áramkörök

7.hét: A sorrendi hálózatok elemei II.

5. KOMBINÁCIÓS HÁLÓZATOK LEÍRÁSÁNAK SZABÁLYAI

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

EB134 Komplex digitális áramkörök vizsgálata

DIGITÁLIS TECHNIKA 7. Előadó: Dr. Oniga István

Dr. Oniga István DIGITÁLIS TECHNIKA 9

DIGITÁLIS TECHNIKA Dr. Lovassy Rita Dr. Pődör Bálint

Dr. Oniga István DIGITÁLIS TECHNIKA 9

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

Szekvenciális hálózatok és automaták

8.3. AZ ASIC TESZTELÉSE

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

DIGITÁLIS TECHNIKA II

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

Digitális technika házi feladat III. Megoldások

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

DIGITÁLIS TECHNIKA II

Digitális technika (VIMIAA02) Laboratórium 5

Digitális technika (VIMIAA02) Laboratórium 5

5. Hét Sorrendi hálózatok

Laborgyakorlat Logikai áramkörök számítógéppel segített tervezése (CAD)

DIGITÁLIS TECHNIKA I

DIGITÁLIS TECHNIKA II

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

DIGITÁLIS TECHNIKA feladatgyűjtemény

Digitális technika - Ellenőrző feladatok

Kiegészítő segédlet szinkron sorrendi hálózatok tervezéséhez

Szekvenciális hálózatok Állapotdiagram

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

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

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

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

DIGITÁLIS TECHNIKA II

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

Számlálók és frekvenciaosztók Szinkron, aszinkron számlálók

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

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

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

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

Digitális technika VIMIAA01 5. hét

Számítógép architektúrák 2. tétel

DIGITÁLIS TECHNIKA II

Digitális technika VIMIAA02

Digitális technika VIMIAA02

F1301 Bevezetés az elektronikába Digitális elektronika alapjai Szekvenciális hálózatok

1. Kombinációs hálózatok mérési gyakorlatai

6. hét: A sorrendi hálózatok elemei és tervezése

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

Előadó: Nagy István (A65)

Szórt spektrumú adatátvitel modellezése

PWM elve, mikroszervó motor vezérlése MiniRISC processzoron

Digitális technika VIMIAA01 5. hét Fehér Béla BME MIT

11.2. A FESZÜLTSÉGLOGIKA

Négyszög - Háromszög Oszcillátor Mérése Mérési Útmutató

Ellenőrző mérés mintafeladatok Mérés laboratórium 1., 2011 őszi félév

Véges állapotú gépek (FSM) tervezése

A/D és D/A konverterek vezérlése számítógéppel

Digitális technika (VIMIAA02) Laboratórium 4

DIGITÁLIS TECHNIKA II

DIGITÁLIS TECHNIKA I

LOGSYS LOGSYS SZTEREÓ CODEC MODUL FELHASZNÁLÓI ÚTMUTATÓ szeptember 16. Verzió

MEM 5. A DIGITÁLIS ADATTÁRAK (MEMÓRIÁK) A FÉLVEZETŐ ALAPÚ MEMÓRIÁK

Dr. Oniga István DIGITÁLIS TECHNIKA 4

Funkcionális áramkörök vizsgálata

X. ANALÓG JELEK ILLESZTÉSE DIGITÁLIS ESZKÖZÖKHÖZ

Digitális technika (VIMIAA02) Laboratórium 4

Laborgyakorlat Logikai áramkörök számítógéppel segített tervezése (CAD)

M pont(30) : (ii) Adja meg az e egyenes egy olyan pontját, melynek első koordinátája 7.

Hobbi Elektronika. A digitális elektronika alapjai: További logikai műveletek

Elektronikus dobókocka

2.3. Soros adatkommunikációs rendszerek CAN (Harmadik rész alapfogalmak II.)

Digitális technika (VIMIAA01) Laboratórium 4

Véges állapotú gépek (FSM) tervezése

DIGITÁLIS TECHNIKA Dr. Lovassy Rita Dr. Pődör Bálint

A fealdatot két részre osztjuk: adatstruktúrára és vezérlőre

2. Elméleti összefoglaló

Jelgenerátorok ELEKTRONIKA_2

8. Laboratóriumi gyakorlat INKREMENTÁLIS ADÓ

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

5. Laborgyakorlat. Számláló funkciók, időzítő funkciók.

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

VIII. BERENDEZÉSORIENTÁLT DIGITÁLIS INTEGRÁLT ÁRAMKÖRÖK (ASIC)

Véges állapotú gépek (FSM) tervezése

Digitális technika (VIMIAA02) Laboratórium 5.5

Mérési jegyzőkönyv. az ötödik méréshez

Tartalom Tervezési egység felépítése Utasítások csoportosítása Értékadás... 38

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

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

EBBEN A VIZSGARÉSZBEN A VIZSGAFELADAT ARÁNYA

3. A DIGILENT BASYS 2 FEJLESZTŐLAP LEÍRÁSA

Aszinkron sorrendi hálózatok

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

MUNKAANYAG. Farkas József. Digitális áramkörök kapcsolásai. Kapcsolási rajzok értelmezése, készítése. A követelménymodul megnevezése:

Felvételi vizsga. BME Villamosmérnöki és Informatikai Kar

11. KÓDÁTALAKÍTÓ TERVEZÉSE HÉTSZEGMENSES KIJELZŐHÖZ A FEJLESZTŐLAPON

Sz&a. Számlálók és alkalmazásaik

DIGITÁLIS ADATTÁRAK (MEMÓRIÁK)

Átírás:

3.6. AGYOMÁNYOS SZEKVENCIÁIS FUNKCIONÁIS EGYSÉGEK A fenti ismertető alapján elvileg tetszőleges funkciójú és összetettségű szekvenciális hálózat szerkeszthető. Vannak olyan szabványos funkciók, amelyek rendelkezésre állnak: gyártják őket MSI áramkörként vagy VSI áramkörök belső egységeiként. Az alábbi pontokban hagyományos szekvenciális funkcionális egységekkel ismerkedünk meg: A REGISZTEREK A regiszterek viszonylag kis számú bit tárolására alkalmas egységek. A tárolást elemi memóriákkal valósítjuk meg. A memória áramkörök mellett, a regiszter tartalmaz még bizonyos segédáramköröket. A működés módja szerint megkülönböztetünk közönséges (stacionárius) regisztereket, léptető regisztereket és gyűrűs regisztereket. A közönséges regiszterben az elemi memóriák (flip- flop vagy latch) egymás mellé vannak állítva és az órajel bemeneteik össze vannak kötve. Az ábrán a P A...P D vonalakon érkező logikai szinteket az órajel felfutó élére beírjuk az egyes flip- flopokba. A tartalom folyamatosan kiolvasható a Q A...Q D vonalakon. Gyártanak sokféle stacionárius regisztert MSI áramkörként. A következő ábra ezek közül a 74x374 típust mutatja be. A második regiszter típus a léptető regiszter (shift register). Ebbe ugyanúgy történhet beírás párhuzamos módon, de a beírt tartalom átírható a szomszédos elemi memóriába (léptethető). Az ábra egy olyan léptető regisztert mutat, amely jobb irányba tudja léptetni a beírt tartalmat.

Az alábbi ábra a 74x164 típusú nyolcbites MSI léptető regiszter belső szerkezetét és lábkiosztását mutatja. Ennek a léptető regiszternek nincs párhuzamos bemenete. A léptető regiszter tovább bonyolítható azzal, hogy lehetővé tesszük a jobbra tolás mellett a balra tolást, a párhuzamos beírást és a korábbi érték megtartását is, az így kapott áramkört univerzális regiszternek nevezzük. A léptető regiszter soros kimenete visszacsatolható a soros bemenetre így kapjuk a gyűrűs regisztereket (nevezik gyűrűs számlálónak is. Az ábra egy négybites gyűrűsregiszter mutat. a a SET jellel a megfigyelés kezdetén egyest írunk az első flip- flopba (aszinkron szet) és nullát a fennmaradt háromba, a tartalom az alábbi ábra szerint fog keringeni:

A gyűrűs regiszter egy különleges esetét kapjuk, ha a soros kimenetet negáltját csatoljuk vissza a soros bemenetre. Az így kapott áramkör a Johnson féle számláló. Az áramkör érdekessége, hogy a kimeneti értékek sorozata nem n (n a flip- flopok száma), hanem 2n órajel periódus alatt ismétlődnek: A SZÁMÁÓK Számláló alatt minden olyan sorrendi hálózatot értünk, amely periódikusan ugyanazon az állapotsoron halad keresztül: Az állapotok számát a számláló modulusának nevezzük. Egyes esetekben a modulus a kettes szám egész számú hatványa: m=2 n, ilyenkor a számláló végig halad az összes lehetséges állapoton (n a flip- flopok száma). Más esetekben m<2 n, ilyenkor létezik 2 n m állapot, amely nincs használatban. A számlálókat aszinkron és szinkron módon szokásos megvalósítani. A szinkron működtetésnél az egyes flip- flopokra ugyanazt az órajelet vezetjük. Az aszinkron működtetés adja a legegyszerűbb hálózatot, de az egyes flip- flopok nem egyidejű állapotváltása időzítési problémákhoz vezethet. Az aszinkron számlálókat T flip- flopokból szokták megépíteni: Külső órajelet csak az első flip- flopra vezetünk, a többiek az előző flip flop kimenetét fogadják. Tekintettel arra, hogy az alkalmazott T flip- flop az órajel minden lemenő élére váltja az állapotát, a diagramon bemutatott működést kapjuk:

Táblázatba írva az egyes órajel periódusokban kapott kimeneti értékeket, a következő eredményt kapjuk: A számláló természetes bináris kódban számlál, 2 4 =16 órajel perióduson keresztül. 74x393 típusjelzéssel gyártanak aszinkron számlálót (MSI áramkörök). Ennek belső szerkezetét és lábkiosztását az ábrán láthatjuk: A szinkron számlálók megépítéséhez, a flip- flopok mellett, szükséges bizonyos kombinációs hálózat, amely előkészíti az új állapotot. Ez a hálózat a sorrendi hálózatok tervezésére ismertetett módszerrel tervezhető meg. Az alábbi ábra négy bites szinkron számláló logikai rajzát mutatja. A memória elemek D típusú flip- flopok. A kiegészítő kombinációs hálózat mindig akkor engedélyezi a magasabb helyi értéken levő flip- flopba egyes beírását, ha az előző órajel periódusban minden kisebb helyi értéken egyes volt.

A bemutatott megoldás rendelkezik egy engedélyező jellel (CNTEN). Számos MSI számláló áramkört gyártanak sorozatban. Példaként tekintsük a 74x163- as típust, ennek belső kapcsolását és lábkiosztását az alábbi ábrán áthatjuk: Ez a kapcsolás állandó engedélyezés mellett az alábbi ábrán látható idődiagramokat hozza létre. Fontos megjegyezni, hogy a számláló frekvenciaosztást végez: a Q0 kimeneten megjelenő négyszögjel frekvenciája fele az órajel frekvenciájának, a Q1- en négyszeres a leosztás stb. A számlálás mellett ebbe az eszközbe végezhetünk párhuzamos beírást is. Az ENT és ENP bemenetek a számláló bővítéséhez használatosak. Az alábbi ábra két egység összekapcsolását mutatja nyolcbites számlálás céljából.

Egyes alkalmazásokban szükséges a számlálónak egyszer előre, máskor hátra lépkednie. Ez úgy érhető el, hogy megfelelő kombinációs hálózatok előkészítik a beírandó új értékeket mindkét esetre, majd egy multiplexerrel eldöntjük, hogy mely értékek legyenek beírva. Ilyen előre/hátra számláló a 74x169- es MSI áramkör. A 2 n modulusú számlálók mellett más számlálók is használatosak, leginkább BCD számlálók. A négybites BCD számláló nem 0- tól 15- ig, hanem 0- tól 9- ig lépteti az állapotokat. MSI áramkörökkel való tervezésnél a 2 n - nél kisebb modulust megfelelő visszacsatolásokkal érjük el. Az alábbi példában 145- ös modulust valósítunk meg két darab négybites számlálóval. Először is két áramkör összekapcsolásával 256- os modulusú számlálót hozunk létre majd ezt csökkentjük 145- re. A csökkentést végző visszacsatolás lehet aszinkron jellegű, mint az alábbi ábrán: Q A Q B Q C Q D Q E Q F Q G Q & CR OAD ENT ENP CK A B C D CR OAD ENT ENP CK A B C D RCO QA QB QC QD RCO QA QB QC QD IN Itt a ÉS kapuval detektáljuk a 145. állapot megjelenését és reszeteljük a számlálót. A 145- ös állapot rövid megjelenése aszinkron működést eredményez. A szinkron megoldást az alábbi ábra szemlélteti. Ugyanúgy ÉS kapuval detektáljuk az utolsó (144.) állapotot és az órajel következő periódusában beírjuk a 0 állapotot. Q A Q B Q C Q D Q E Q F Q G Q & CR OAD ENT ENP CK A B C D CR OAD ENT ENP CK A B C D RCO QA QB QC QD RCO QA QB QC QD IN

A INEÁRIS VISSZACSATOÁSÚ ÉPTETŐ REGISZTER (FSR) A bináris számlálók rendszerint természetes (növekvő vagy csökkenő) bináris sorrendben számlálnak. A lineáris visszacsatolású léptető regiszterek (linear feedback shift register FSR) látszólag szabálytalan sorrendben generálják a bináris kódokat, de mindig azonos sorozatot ismételnek. A sorozat 2 n - 1 kódból áll, a tisztán nullákból álló kód nem szerepel. A lineáris visszacsatolású léptető regiszter elvi rajzát az alábbi ábrán láthatjuk: Soros bemenettel és párhuzamos kimenettel ellátott léptető regiszterre kell visszacsatolást alkalmazni. Bármilyen hosszúságú regiszterre létezik legalább egy olyan visszacsatolás, amellyel elérhető, hogy mind a 2 n - 1 állapot ki legyen használva. Az alábbi táblázatban megadtuk néhány esetre a visszacsatoló hálózat logikai függvényét: Amint látható, viszonylag kis számú KIZÁRÓ- VAGY kapuval megoldható a visszacsatolás. Négy bitre az ábrán bemutatott visszacsatolással hozható létre az FSR:

Az FSR hálózatok előnye a közönséges számlálókhoz képest az, hogy az egyszerű visszacsatoló hálózatnak köszönhetően, kicsik a hálózat késései, így nagyon nagy órajel frekvencián tud működni a regiszter. A nagy frekvencia elengedhetetlen a gyors és nagy felbontású PWM (impulzus- szélesség modulált) jelek képzésénél. Egy másik fontos alkalmazás a látszólag véletlen (pseudo random) digitális jelsorozat generálása.