Προγρακκαηηδόκελοη Απαρηζκεηές

Transcript

1 Σύγρξνλνη Απαξηζκεηέο Προγρακκαηηδόκελοη Απαρηζκεηές 1

2 Εηζαγωγή Οη πξνγξακκαηηδόκελνη απαξηζκεηέο έρνπλ ηελ δπλαηόηεηα λα παξάγνπλ έλαλ παικό ζηελ έμνδό ηνπο ζε θάζε Ν παικνύο ηεο εηζόδνπ Ο αξηζκόο Ν έρεη ηε δπλαηόηεηα λα αιιάδεη ζε αληίζεζε κε ηνπο απαξηζκεηέο modulo Ν Οη πξνγξακκαηηδόκελνη απαξηζκεηέο έρνπλ ηε δπλαηόηεηα λα αιιάδνπλ ην modulo ηεο απαξίζκεζεο 2

3 O Counter Δπλαηόηεηα γηα πινπνίεζε πνιύπινθσλ πξνγξακκαηηδόκελσλ απαξηζκεηηθώλ δηαηάμεσλ Δπλαηόηεηα κέηξεζεο θαη πξνο ηα επάλσ (count up) θαη πξνο ηα θάησ (count down) Είλαη δεθαδηθόο (modulo 10) Έρεη ηηο παξαθάησ εηζόδνπο / εμόδνπο: Μία είζνδν ξνινγηνύ γηα ηελ Count Up (CU) απαξίζκεζε. Η αληνύζα παξπθή ηνπ ξνινγηνύ απμάλεη ηελ ηηκή ηνπ counter θαηά έλα, εθ όζνλ ε είζνδνο Count Down είλαη 1 Μία είζνδν ξνινγηνύ γηα ηελ Count Down (CD) απαξίζκεζε. Η αληνύζα παξπθή ηνπ ξνινγηνύ κεηώλεη ηελ ηηκή ηνπ counter θαηά έλα, εθ όζνλ ε είζνδνο Count Up είλαη 1 Μία είζνδν Clear. Όηαλ ην Clear είλαη 1 ε ηηκή ηνπ counter γίλεηαη Η είζνδνο Clear είλαη αζύγρξνλε θαη ππεξηζρύεη ησλ εηζόδσλ Count Up θαη Count Down Μία είζνδν Load. Όηαλ ην Load είλαη 0 ε ηηκή ηνπ counter γίλεηαη ίζε κε ηηο εηζόδνπο preset. Τέζζεξηο εηζόδνπο Preset (A B C D) πνπ κεηαθέξνπλ ηελ ηηκή ηνπο ζηα ηέζζεξα Flip Flops ηνπ counter όηαλ ε είζνδνο Load είλαη 0 Τέζζεξηο εμόδνπο (QA QB QC QD) πνπ αληηζηνηρνύλ ζηελ ηηκή ησλ ηεζζάξσλ Flip Flop ηνπ Counter από LSB πξνο MSB Μία έμνδν Terminal Count Up (TCU). Η έμνδνο απηή γίλεηαη 0 όηαλ ε ηηκή ηνπ counter είλαη 1001 (9) θαη ε είζνδνο Count Up είλαη 0 Μία έμνδν Terminal Count Down (TCD). Η έμνδνο απηή γίλεηαη 0 όηαλ ε ηηκή ηνπ counter είλαη 0000 (0) θαη ε είζνδνο Count Down είλαη 0 3

4 Μπιοθ Δηάγρακκα Ο κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζεί ζε ζπλδεζκνινγία ζεηξάο (cascade) γηα ηελ πινπνίεζε πνιύπινθσλ απαξηζκεηηθώλ δηαηάμεσλ 4

5 Count Down Απαρίζκεζε Η ζπλδεζκνινγία ηνπ counter γηα count down απαξίζκεζε δείρλεηαη ζην παξαθάησ ζρήκα Ο counter 1 κεηξά ηηο κνλάδεο θαη έρεη Presets (0010)= 2 θαη ν counter 2 κεηξά ηηο δεθάδεο θαη έρεη Presets (0001)= 1 5

6 Κσκαηοκορθές Count Down 6

7 Count Down Απαρίζκεζε Σην πξνεγνύκελν ζρήκα θαίλεηαη ε πξνο ηα θάησ απαξίζκεζε ηνπ ζπζηήκαηνο ησλ δύν counters κε preset = 12 Σε θάζε αληνύζα παξπθή ηνπ clock ε ηηκή ηνπ απαξηζκεηή κεηώλεηαη θαηά έλα Κάζε ηηκή ηνπ απαξηζκεηή δηαξθεί κία πεξίνδν ηνπ clock εθηόο από ηελ ηηκή 0 θαη 12 (preset ηηκή) Η ηηκή 0 δηαξθεί όζν ην clock είλαη 1 θαη ε ηηκή 12 εκθαλίδεηαη όζν ην clock είλαη 0 Ο απαξηζκεηήο εκθαλίδεη ζπλνιηθά 13 θαηαζηάζεηο (από 0 έσο θαη 12) κέζα ζε 12 πεξηόδνπο ηνπ clock 7

8 Λεπηοκέρεηα γύρω από ηο ζήκα Load (TCD 2) 8

9 Λεπηοκέρεηα γύρω από ηο ζήκα Load (TCD 2) Η πίπηνπζα παξπθή ηνπ Clock ζέηεη ην TCD 1 ζε Low κεηά από ρξόλν Τ d Η πίπηνπζα παξπθή ηνπ TCD 1 ζέηεη ην TCD 2 ζε Low κεηά από ρξόλν Τ d Επεηδή ην TCD 2 είλαη Low νη counters γίλνληαη preset ζην 12 Επεηδή ην πεξηερόκελν ησλ counters είλαη δηάθνξν από ην κεδέλ ηα TCD 1 θαη 2 πεγαίλνπλ ζε High κεηά από ρξόλν Τ Load 9

10 Μέγηζηε Σστλόηεηα Καιής Λεηηοσργίας Ο απαξηζκεηήο είλαη δπλαηόλ λα δερζεί ηελ αληνύζα παξπθή ζηελ είζνδν κεηά από ρξόλν T SH (Setup Hold time). Ο ρξόλνο απηόο απαηηείηαη ώζηε ηα θπθιώκαηα πνπ δέρνληαη ηνλ παικό TCD 2 λα ζηαζεξνπνηήζνπλ ηελ θαηάζηαζή ηνπο. Απηόο είλαη θαη ν ιόγνο πνπ η ανιούζα παρσθή ηοσ TCD 1 δεν απαριθμείηαι αμέζως μεηά ηο Load Έηζη από ηελ πίπηνπζα παξπθή ηνπ Clk κέρξη ηελ επόκελε αληνύζα παξπθή ην ρξνληθό δηάζηεκα πνπ ζα κεζνιαβήζεη είλαη ΚΤ d +T Load +T SH (Όπνπ Κ είλαη ν αξηζκόο ησλ counters πνπ ρξεζηκνπνηνύληαη ζην ζύζηεκα ηνπ απαξηζκεηή) Σπλεπώο ε κέγηζηε ζπρλόηεηα θαιήο ιεηηνπξγίαο γηα ην ζύζηεκα ησλ counters είλαη: 10

11 Count Up Απαρίζκεζε Σπλδεζκνινγία ηνπ counter γηα count up απαξίζκεζε 12 θαηαζηάζεσλ Ο counter 1 κεηξά ηηο κνλάδεο θαη πξέπεη λα έρεη Presets (0111)= 7 Ο counter 2 κεηξά ηηο δεθάδεο πξέπεη λα έρεη Presets (1000)= 8 11

12 Count Up Απαρίζκεζε Παξόκνηα ιεηηνπξγία ηνπ ζπζηήκαηνο κε ηελ πξνο ηα θάησ απαξίζκεζε Οη θπκαηνκνξθέο είλαη ίδηεο. Μόλν νη ηηκέο ησλ counters είλαη δηαθνξεηηθέο. Όκσο θαη εδώ κπνξνύκε λα παξαηεξήζνπκε όηη ην άζξνηζκα ησλ ηηκώλ ηνπο είλαη πάληα ελλέα (9) Γηα απαξίζκεζε Ν παικώλ ε ηηκή πνπ πξέπεη λα ηεζεί ζηα presets ησλ counter είλαη ε 9-Ν Γηα παξάδεηγκα, γηα λα απαξηζκήζνπκε 12 παικνύο πξέπεη λα ζέζνπκε ζηα presets ηνπ απαξηζκεηή ηελ ηηκή 99-12=87, δειαδή ηελ ηηκή 8 ζηνλ counter πνπ κεηξά ηηο δεθάδεο θαη ηελ ηηκή 7 ζηνλ counter πνπ κεηξά ηηο κνλάδεο Σην επόκελν ζρήκα δείρλεηαη ε πξνο ηα άλσ απαξίζκεζε ηνπ ζπζηήκαηνο ησλ δύν counters κε preset = 87 12

13 Κσκαηοκορθές Count Up 13

14 Λεπηοκέρεηα γύρω από ηο ζήκα Load (TCU 2) 14

15 Λεπηοκέρεηα γύρω από ηο ζήκα Load (TCU 2) Η πίπηνπζα παξπθή ηνπ Clock ζέηεη ην TCU 1 ζε Low κεηά από ρξόλν Τ d Η πίπηνπζα παξπθή ηνπ TCU 1 ζέηεη ην TCU 2 ζε Low κεηά από ρξόλν Τ d Επεηδή ην TCU 2 είλαη Low νη counters γίλνληαη preset ζην 87 Επεηδή ην πεξηερόκελν ησλ counters είλαη δηάθνξν από 9 ηα TCU 1 θαη 2 πεγαίλνπλ ζε High κεηά από ρξόλν Τ Load 15

16 Πρόβιεκα Ο παικόο πνπ αξρηθνπνηεί ηνπο counters (Load) είλαη πνιύ κηθξόο. Έηζη είλαη δπλαηόλ θάπνην από ηα Flip-Flops λα κελ κπνξέζεη λα ηεζεί ζηελ θαηάζηαζε πνπ πξέπεη κε απνηέιεζκα ηελ ιαλζαζκέλε ιεηηνπξγία ηνπ ζπζηήκαηνο Τν πξόβιεκα απηό αληηκεησπίδεηαη κε ηελ πξνζζήθε ελόο ππθλσηή ζηελ γξακκή Load πνπ απμάλεη ηνλ ρξόλν πνπ ε ηάζε είλαη ζε ρακειή ζηάζκε Αθόκα κία κέζνδνο πνπ ιύλεη ην παξαπάλσ πξόβιεκα, ελώ ηαπηόρξνλα απμάλεη ζεκαληηθά ηελ ζπρλόηεηα θαιήο ιεηηνπξγίαο ηνπ ζπζηήκαηνο παξνπζηάδεηαη επζύο ακέζσο 16

17 Απαρηζκεηής κε ηελ ηετληθή Early Decode Η ηερληθή Early Decode έγθεηηαη ζηε πξώηκε αλαγλώξηζε ηεο επεξρόκελεο θαηάζηαζεο ζηελ νπνία πξέπεη λα αληηδξάζεη ην θύθισκα ζύγρξνλα κε ηελ παξπθή ηνπ Clock Μία ηέηνηα ηερληθή εθαξκόδεηαη ζηνπο ζύγρξνλνπο απαξηζκεηέο. Σήκεξα ηα πεξηζζόηεξα αθνινπζηαθά θπθιώκαηα εθαξκόδνπλ ηερληθέο Early Decoding Έλα ηδηαίηεξν ραξαθηεξηζηηθό ησλ θπθισκάησλ κε απηή ηελ ηερληθή είλαη όηη ην Clock είλαη θνηλό ζε όια ηα Flip Flops θαη όηη νη άιιεο είζνδνη ησλ Flip Flops πξνέξρνληαη από ζπλδπαζηηθά θπθιώκαηα πνπ ειέγρνπλ ηελ πξνεγνύκελε θαηάζηαζε ηνπ θπθιώκαηνο 17

18 Count Down Απαρίζκεζε Ο παικόο Load πξνθύπηεη από ηε δεηγκαηνιεςία ηεο ηηκήο ηνπ απαξηζκεηή θαη έρεη δηάξθεηα ίζε κε ηελ πεξίνδν ηνπ ξνινγηνύ 18

19 Count Down Απαρίζκεζε Ο ςεθηαθόο ζπγθξηηήο αληρλεύεη ηελ ηηκή 2 ζέηνληαο ηελ είζνδν ηνπ Flip-Flop D ζε ρακειή ζηάζκε Η ζηάζκε απηή δεηγκαηνιεπηείηαη ζε θάζε αληνύζα παξπθή ηνπ ξνινγηνύ θαη ζπλεπώο εκθαλίδεηαη ζε ρακειή ζηάζκε ηελ ρξνληθή πεξίνδν πνπ ν απαξηζκεηήο ζα έδεηρλε ηελ ηηκή 1 Έηζη, θαηά απηή ηελ ρξνληθή πεξίνδν ν απαξηζκεηήο θνξηώλεηαη κε ηελ ηηκή ησλ Presets 19

20 Κσκαηοκορθές 20

21 Δηαδηθαζία θόρηωζες ηοσ απαρηζκεηή 21

22 Δηαδηθαζία θόρηωζες ηοσ απαρηζκεηή Η αληνύζα παξπθή ηνπ ξνινγηνύ μεθηλά ηελ παξαθάησ δηαδηθαζία: Η αληνύζα παξπθή ηνπ Clock ζέηεη ηαπηόρξνλα ην Q ζε Low θαη ηνλ Counter 1 ζηελ ηηκή 1 κεηά από ρξόλν Τ d Επεηδή ην Q είλαη Low νη counters γίλνληαη preset ζην 12 κεηά από ρξόλν Τ d, θαη ηαπηόρξνλα, επεηδή ν Counter 1 δελ είλαη 2 ην D γίλεηαη 1 Επεηδή ν παικόο εμόδνπ ηνπ Flip Flop είλαη ζύγρξνλνο κε ηελ αληνύζα παξπθή ηνπ Clock, ν παικόο πνπ ζηακαηά ηελ θόξησζε ησλ Presets (ζέηεη ην Q= 1 ) δελ απαξηζκείηαη Σην επόκελν ζρήκα δείρλεηαη ζε κεγέζπλζε ε ιεπηνκέξεηα απηή 22

23 Λεπηοκέρεηα ζηο ηέιος ηες δηαδηθαζίας Load 23

24 Λεπηοκέρεηα ζηο ηέιος ηες δηαδηθαζίας Load Παξαηεξείζηε όηη ε αληνύζα παξπθή ηνπ Clock βξίζθεη ηνπο counters ζε θαηάζηαζε Load, αθνύ ην Q είλαη 0. Εμ αηηίαο απηήο ηεο παξπθήο ην Q κεηά από κία κηθξή θαζπζηέξεζε γίλεηαη 1 θαη ζπλεπώο νη Counters ζα κπνξέζνπλ λα κεηξήζνπλ ηελ επόκελε παξπθή Η κέγηζηε ζπρλόηεηα θαιήο ιεηηνπξγίαο ζηνλ απαξηζκεηή κε ηελ κέζνδν ηνπ Early Decode είλαη αλεμάξηεηε από ηνλ αξηζκό ησλ Counters πνπ ρξεζηκνπνηνύληαη ζηνλ απαξηζκεηή θαη ηζνύηαη κε 1/(4T d ) Σπλεπώο ε ηερληθή Early Decode βειηηώλεη ζεκαληηθά ηηο επηδώζεηο ηνπ απαξηζκεηή αιιά απαηηεί πεξηζζόηεξεο πύιεο γηα ηελ πινπνίεζή ηεο 24

25 Count Up απαρίζκεζε Καη αληηζηνηρία, γηα ηελ πινπνίεζε ηνπ Count Up απαξηζκεηή κε ηελ ηερληθή Early Decode ζα πξέπεη λα αληρλεύεηαη ζπκπιεξσκαηηθή σο πξνο 2 ηηκή, δειαδή ε ηηκή 99-2=97 25

26 Κσκαηοκορθές 26

27 Κσκαηοκορθές Οη θπκαηνκνξθέο είλαη ίδηεο κε απηέο πνπ ηζρύνπλ ζηελ Count Down απαξίζκεζε Οη αξηζκνί πνπ εκθαλίδνληαη ζηνπο Counters είλαη ζπκπιεξσκαηηθνί σο πξνο ην 9 Οη ίδηεο θπκαηνκνξθέο εκθαλίδνληαη θαη ζηελ κεγέζπλζε ηεο ζηηγκήο ηνπ Load 27

28 Λεπηοκέρεηα ηες δηαδηθαζίας Load 28

29 Σύγρξνλνη Απαξηζκεηέο Αζθήζεης 29

30 Άζθεζε 1 Εθθώλεζε (προς ιύζε) Πνηα είλαη ε ιεηηνπξγία ηνπ παξαθάησ θπθιώκαηνο; Να ππνζέζεηε ζαλ αξρηθή θαηάζηαζε κία από ηηο αθόινπζεο: 1000, 0100, 0010, 0001 OUT1 OUT2 OUT3 OUT4 IN D Q D Q D Q D Q CLK 30

31 Άζθεζε 2 Εθθώλεζε (προς ιύζε) Πνηα είλαη ε ιεηηνπξγία ηνπ παξαθάησ θπθιώκαηνο; (Ολνκάδεηαη Mobius ή Johnson counter) OUT1 OUT2 OUT3 OUT4 IN D Q D Q D Q D Q CLK 31

32 Άζθεζε 3 Εθθώλεζε (προς ιύζε) Πνηα είλαη ε ιεηηνπξγία ηνπ παξαθάησ θπθιώκαηνο; OUT1 OUT2 OUT3 OUT4 CLK D Q D Q D Q D Q "1" 32

33 Άζθεζε 4 Εθθώλεζε (προς ιύζε) Σρεδηάζηε ην αλαιπηηθό δηάγξακκα θαηαζηάζεσλ ηνπ Σύγρξνλνπ Δπαδηθνύ θαη ηνπ Σύγρξνλνπ Δεθαδηθνύ Απαξηζκεηή. 33

34 Παλεπηζηήκην Παηξώλ, Πνιπηερληθή Σρνιή Τκήκα Ηιεθηξνιόγσλ Μεραληθώλ & Τερλνινγίαο Υπνινγηζηώλ Τνκέαο Ηιεθηξνληθήο & Υπνινγηζηώλ, Εξγαζηήξην Ηιεθηξνληθώλ Εθαξκνγώλ Η διάλεξη έγινε ζηο πλαίζιο ηος ππογπάμμαηορ EΠΕΑΕΚ II από ηο μεηαπηςσιακό θοιηηηή Παπαμισαήλ Μισαήλ για ηο μάθημα Ψηθιακά Ολοκληπωμένα Κςκλώμαηα και Σςζηήμαηα Καθηγηηήρ Κωνζηανηίνορ Εςζηαθίος