Εργαστήριο Ψηφιακών Συστηµάτων ΗΜΥ211

Transcript

1 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστηµάτων ΗΜΥ2 Χειµερινό 23 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστηµάτων ΗΜΥ2 υαδικός Αθροιστής, Πολυπλέκτες και Αποκωδικοποιητές Εβδοµάδα: 5

2 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστηµάτων ΗΜΥ2 Χειµερινό 23 Στόχοι Εργαστηρίου Με την ολοκλήρωση αυτού του εργαστηρίου, θα πρέπει να είστε σε θέση:. Να υλοποιείτε κυκλώµατα δυαδικού αθροιστή διαφόρων µεγεθών. 2. Nα ορίζετε διαφορετικούς σχεδιασµούς ως Top-Level Entity, να δηµιουργείτε σύµβολα από δικούς σας σχεδιασµούς (αρχεία.bsf), και να είστε σε θέση να ρυθµίζετε σωστά τις σχετικές παραµέτρους στο Quartus II. 3. Να σχεδιάζετε και να χρησιµοποιείτε διάφορα κυκλώµατα αποκωδικοποιητών και πολυπλεκτών σε άλλες εφαρµογές. 4. Να δηµιουργείτε και να χρησιµοποιείτε σωστά τους διαύλους (data/address busses) και τις ονοµασίες καλωδίων στο Quartus II. 5. Να ρυθµίζετε πλήρως τις παραµέτρους σε µια προσοµοίωση και να υπολογίζετε τις χρονικές καθυστερήσεις που προκύπτουν σε κάποιο σχεδιασµό. 2

3 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστηµάτων ΗΜΥ2 Χειµερινό 23 Πλήρης Αθροιστής (Full adder) X Y Cin Cout Sum 3

4 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστηµάτων ΗΜΥ2 Χειµερινό 23 Αποκωδικοποιητής 2-σε-4 Σχεδιάστε ένα αποκωδικοποιητή -σε-2 Οκτ-3 MKM - 4

5 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστηµάτων ΗΜΥ2 Χειµερινό 23 Αποκωδικοποιητής 2-σε-4, ενεργός µε χαµηλή τάση (active low) MKM - 5

6 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστηµάτων ΗΜΥ2 Χειµερινό 23 Υλοποίηση υαδικού Αθροιστή µε χρήση Αποκωδικοποιητή S(X,Y,Z) = Σm(,2,4,7) C(X,Y,Z) = Σm(3,5,6,7) MKM - 6

7 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστηµάτων ΗΜΥ2 Χειµερινό 23 Αποκωδικοποιητής µε Enable MKM - 7

8 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστηµάτων ΗΜΥ2 Χειµερινό 23 Πολυπλέκτες (Multiplexers) Κύκλωµα που «επιλέγει» δυαδική πληροφορία από µία από τις εισόδους και την κατευθύνει στη µοναδική έξοδο. Επίσης γνωστό ως «επιλογέας» (selection circuit). Η επιλογή ελέγχεται από ένα σύνολο εισόδων, ο αριθµός των οποίων εξαρτάται από τον # των εισόδων (δεδοµένων). Για ένα πολυπλέκτη2 n -σε-, υπάρχουν2 n + n είσοδοι: 2 n είσοδοι δεδοµένων και n είσοδοι επιλογής, έτσι ώστε ο συνδυασµός των bit τους να καθορίζει την είσοδο δεδοµένων που θα επιλεγεί. MKM - 8

9 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστηµάτων ΗΜΥ2 Χειµερινό 23 Πολυπλέκτες (συν.) έξοδος είσοδοι δεδοµένων είσοδοι επιλογής MKM - 9

10 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστηµάτων ΗΜΥ2 Χειµερινό 23 2-σε- MUX Αφού υπάρχουν 2 είσοδοι δεδοµένων, 2 = 2 n= Υπάρχει µια είσοδος επιλογής S: S = επιλέγει την είσοδο I S = επιλέγει την είσοδο I Υλοποιεί την συνάρτηση: Ι Ι 2-to- MUX S Υ Υ = S I + SI Το λογικό διάγραµµα: Decoder Enabling Circuits S I Y MKM - I

11 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστηµάτων ΗΜΥ2 Χειµερινό 23 2-σε- MUX (συν.) Προσέξετε ότι τα διάφορα µέρη του πολυπλέκτη δείχνουν: Ένα -σε-2 Αποκωδικοποιητή ύο κυκλώµατα ενεργοποίησης (enable circuits) Μια πύλη OR 2-εισόδων Τα πιο πάνω συνδυάζονται για να µας δώσουν τον πολυπλέκτη, τα κυκλώµατα ενεργοποίησης και η πύλη OR 2- εισόδων δίνουν ένα κύκλωµα 2 2 AND-OR, όπου οι 4 είσοδοι του προέρχονται από τις 2 εισόδους δεδοµένων και τις 2 εισόδους του αποκωδικοποιητή: 2 είσοδοι δεδοµένων -σε-2 αποκωδικοποιητή (παράγουν τους ελαχιστόρους) 2 2 AND-OR Γενικά, για έναν πολυπλέκτη2 n -σε-: 2 n είσοδοι δεδοµένων, n εισόδους επιλογής n-σε-2 n αποκωδικοποιητή 2 n 2 AND-OR MKM -

12 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστηµάτων ΗΜΥ2 Χειµερινό 23 Παράδειγµα: 4-σε- MUX S Decoder S AND-OR S Decoder S I I Y Y I 2 I 3 MKM - 2

13 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστηµάτων ΗΜΥ2 Χειµερινό 23 Παράδειγµα: 4-σε- MUX (συν.) S Decoder δηλώνει επενεργοποίηση S AND-OR S Decoder S I I Y Ι 2 Y I 2 Ι 2 I 3 MKM - 3

14 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστηµάτων ΗΜΥ2 Χειµερινό 23 Πλήρης Αθροιστής µε χρήση Multiplexer X Y Cin Cout Sum 4

15 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστηµάτων ΗΜΥ2 Χειµερινό 23 Εργαστηριακή Άσκηση 3 Σχεδιάστε έναν πλήρη αθροιστή ος bit µε πύλες 2 εισόδων. ηµιουργήστε το σύµβολο του πιο πάνω σχεδιασµού και χρησιµοποιήστε για την υλοποίηση αθροιστή 4 bit. Ελέγξτε την ορθή του λειτουργία πραγµατοποιώντας 3 τυχαίες (random) προσθέσεις διάρκειας 3ns η κάθε µία. Υλοποιήστε ένα πλήρη αθροιστή ος bit (α) µε τη χρήση 2 πολυπλεκτών 4 σε και (β) µε τη χρήση ενός αποκωδικοποιητή 3 σε 8. Για περισσότερες λεπτοµέριες διαβάστε την άσκηση 3. 5

16 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστηµάτων ΗΜΥ2 Χειµερινό 23 Μαθησιακά Αποτελέσµατα Με την ολοκλήρωση αυτού του εργαστηρίου θα πρέπει να µπορείτε να: Υλοποιείτε κυκλώµατα δυαδικού αθροιστή. Ορίζετε διαφορετικούς σχεδιασµούς ως Top-Level Entity, να δηµιουργείτε σύµβολα από δικούς σας σχεδιασµούς και να είστε σε θέση να ρυθµίζετε σωστά τις σχετικές παραµέτρους στο Quartus II. Σχεδιάζετε και να χρησιµοποιείτε τα κυκλώµατα αποκωδικοποιητών και πολυπλεκτών σε άλλες εφαρµογές. Ορίζετε και να χρησιµοποιείτε σωστά τους διαύλους και τις ονοµασίες καλωδίων στο Quartus II. Ρυθµίζετε πλήρως τις παραµέτρους σε µια προσοµοίωση και να υπολογίζετε τις χρονικές καθυστερήσεις που προκύπτουν σε κάποιο σχεδιασµό. 6