Α. ΣΚΟΔΡΑΣ ΠΛΗ21 ΟΣΣ#2. 14 Δεκ 2008 ΠΑΤΡΑ ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ 2008 Α. ΣΚΟΔΡΑΣ ΧΡΟΝΟΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΜΕΛΕΤΗΣ

Transcript

1 ΠΛΗ21 ΟΣΣ#2 14 Δεκ 2008 ΠΑΤΡΑ ΧΡΟΝΟΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΜΕΛΕΤΗΣ

2 7-segment display 7-segment display

3 7-segment display Αποκωδικοποιητής των 7 στοιχείων (τμημάτων) (7-segment decoder)

4 Κύκλωμα αποκωδικοποίησης του στοιχείου a Ημιαθροιστής (half-adder)

5 Πλήρης αθροιστής (full-adder) Αθροιστής 4-bit (4-bit adder)

6 Αθροιστής n-bit (n-bit adder) Αθροιστής/Αφαιρέτης 4-bit (4-bit adder/subtractor)

7 Αθροιστής/Αφαιρέτης n-bit (n-bit adder/subtractor) ΑΠΟΚΩΔΙΚΟΠΟΙΗΤΗΣ 2 ΓΡΑΜΜΩΝ ΣΕ 4 (2-to-4 decoder)

8 ΑΠΟΚΩΔΙΚΟΠΟΙΗΤΗΣ 3 ΓΡΑΜΜΩΝ ΣΕ 8 (3-to-8 decoder) ΑΠΟΚΩΔΙΚΟΠΟΙΗΤΗΣ 4 ΓΡΑΜΜΩΝ ΣΕ 16: Ένα παράδειγμα

9 ΑΠΟΚΩΔΙΚΟΠΟΙΗΤΗΣ 4 ΓΡΑΜΜΩΝ ΣΕ 16 (ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΑΠΟΚΩΔΙΚΟΠΟΙΗΤΩΝ 2-ΣΕ-4) Κωδικοποιητής πληκτρολογίου (Keyboard encoder)

10 ΑΠΟΚΩΔΙΚΟΠΟΙΗΤΗΣ BCD (BCD decoder) ΠΟΛΥΠΛΕΚΤΗΣ 2 ΓΡΑΜΜΩΝ ΣΕ 1 (2-to-1 MUX)

11 ΠΟΛΥΠΛΕΚΤΗΣ 4 ΓΡΑΜΜΩΝ ΣΕ 1 (4-to-1 MUX) ΠΟΛΥΠΛΕΚΤΗΣ 4 ΓΡΑΜΜΩΝ ΣΕ 1 (4-to-1 MUX)

12 ΠΟΛΥΠΛΕΚΤΗΣ 8 ΓΡΑΜΜΩΝ ΣΕ 1 (8-to-1 MUX) ΠΟΛΥΠΛΕΚΤΗΣ 8 ΓΡΑΜΜΩΝ ΣΕ 1 (8-to-1 MUX)

13 ΠΟΛΥΠΛΕΚΤΗΣ 16 ΓΡΑΜΜΩΝ ΣΕ 1 (κατασκευασμένος με δύο πολυπλέκτες 8-σε-1) (16-to-1 MUX)

14 ΑΠΟΠΛΕΚΤΗΣ 1 ΓΡΑΜΜΗΣ ΣΕ 4 (1-to-4 DEMUX) ΑΠΟΠΛΕΚΤΗΣ 1 ΓΡΑΜΜΗΣ ΣΕ 4 (1-to-4 DEMUX)

15 ΑΠΟΠΛΕΚΤΗΣ 1 ΓΡΑΜΜΗΣ ΣΕ 4 (1-to-4 DEMUX) ΑΠΟΚΩΔΙΚΟΠΟΙΗΤΗΣ 2 ΣΕ 4 (2-to-4 DECODER) Στην ουσία ο αποπλέκτης δεν είναι τίποτε άλλο παρά ένας αποκωδικοποιητής με είσοδο ελέγχου!!! ΑΠΟΠΛΕΚΤΗΣ 1 ΓΡΑΜΜΗΣ ΣΕ 16 (1-to-16 DEMUX)

16 Μια Εφαρμογή χρήσης ενός αποπλέκτη 1-σε-4 Μια Εφαρμογή χρήσης πολυπλέκτη & αποπλέκτη

17 ΗΠΟΛΥ ΕΝΔΙΑΦΕΡΟΣΑ ΔΙΑΛΕΞΗ ΣΥΝΕΧΙΖΕΤΑΙ.. ΒΑΣΙΚΑ ΑΚΟΛΟΥΘΙΑΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ FLIP-FLOPS ΤΟ ΒΑΣΙΚΟ FLIP-FLOP ΧΡΟΝΙΖΟΜΕΝΑ FF ΤΥΠΟΥ SR FF ΤΥΠΟΥ D JK FLIP-FLOP Τ FLIP-FLOP ΠΥΡΟΔΟΤΗΣΗ ΤΩΝ FLIP-FLOPS ΚΥΡΙΟ - ΕΞΑΡΤΗΜΕΝΟ JK FLIP-FLOP ΑΚΜΟΠΥΡΟΔΟΤΟΥΜΕΝΑ FLIP-FLOPS ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΑΝΙΧΝΕΥΣΗΣ ΑΚΜΩΝ ΑΣΥΓΧΡΟΝΟΙ ΕΙΣΟΔΟΙ ΤΩΝ FLIP-FLOPS

18 Στα συνδυαστικά κυκλώματα οι έξοδοι σε κάθε χρονική στιγμή εξαρτώνται αποκλειστικά και μόνο από τις εισόδους οι οποίες εφαρμόζονται την συγκεκριμένη εκείνη στιγμή. Δεν εξαρτώνται ούτε από την σειρά με την οποία αυτές οι είσοδοι εφαρμόσθηκαν, ούτε από την κατάσταση του κυκλώματος πριν αυτές εφαρμοσθούν. ΠΡΟΒΛΗΜΑ: Να σχεδιασθεί ψηφιακό σύστημα το οποίο να επιτρέπει την εκκίνηση της μηχανής του αυτοκινήτου μόνον εφόσον ο οδηγός καθίσει και δέσει την ζώνη ασφαλείας του καθίσματός του. Τα κυκλώματα του παρόντος κεφαλαίου ονομάζονται ακολουθιακά (sequential). Στα ακολουθιακά κυκλώματα οι έξοδοι σε κάθε χρονική στιγμή εξαρτώνται όχι μόνον από τις τιμές των εισόδων τη χρονική εκείνη στιγμή, αλλά και από τις τιμές των εξόδων των στοιχείων μνήμης του κυκλώματος την προηγούμενη χρονική στιγμή. Τα ακολουθιακά κυκλώματα χωρίζονται σε δύο μεγάλες κατηγορίες, στα σύγχρονα (synchronous) και στα ασύγχρονα (asynchronous), ανάλογα με το εάν αυτά επηρεάζονται σε συγκεκριμένες χρονικές στιγμές ή όχι. Αυτό σημαίνει ότι τα σύγχρονα ακολουθιακά κυκλώματα λειτουργούν σύμφωνα με κάποιο παλμό χρονισμού (ρολόι, clock).

19 SR μανταλωτής με πύλες NOR SR μανταλωτής με πύλες NOR: (α) λογικό διάγραμμα, (β) πίνακας αλήθειας, (γ) σύμβολο Παράδειγμα: Να σχεδιαστεί η κυματομορφή της εξόδου ενός SR μανταλωτή με πύλες NOR S R t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 t10

20 Flip-flop με πύλες NAND SR μανταλωτής με πύλες NAND: λογικό διάγραμμα, (β) πίνακας αλήθειας, (γ) σύμβολο ΧΡΟΝΙΖΟΜΕΝΑ FF ΤΥΠΟΥ SR R RESET S SET S SET ' R RESET ' (α) (β) t S R t απροσδιόριστη απροσδιόριστη S R t t απροσδιόριστη S R ' (γ) (δ) (ε)

21 Παράδειγμα: Να σχεδιασθεί η κυματομορφή της εξόδου ενός χρονιζόμενου SR FF (μανταλωτή) για τις παρακάτω κυματομορφές εισόδου. S R t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7t8 t9t10 FF ΤΥΠΟΥ D D G S R ' D t D G ' (α) (β) (γ) FF τύπου D (μανταλωτής D): (α) λογικό κύκλωμα, (β) πίνακας λειτουργίας, (γ) σύμβολο

22 Παράδειγμα: Σχεδιάστε την κυματομορφή της εξόδου για τις εισόδους D και G του Σχήματος G D t1 t2 t3 t4 t5 Η έξοδος κρατά την τιμή που είχε η είσοδος D πριν "πέσει" ο ωρολογιακός παλμός H έξοδος παρακολουθεί την είσοδο D μέχρι να "πέσει" ο ωρολογιακός παλμός, οπότε και "μανταλώνει" στην τελευταία τιμή Κατά τη διάρκεια που ο ωρολογιακός παλμός είναι στο λογικό 1, η έξοδος παρακολουθεί την είσοδο D JK FLIP-FLOP K J 1 2 RESET SET ' J K t t t (β) J K ' (γ) (α) Τ FLIP-FLOP T RESET T t+1 0 t 1 t T ' SET ' (β) (γ) (α)

23 Παράδειγμα: Να μετατρέψετε ένα JK FF σε D FF D J K ' ΠΥΡΟΔΟΤΗΣΗ ΤΩΝ FLIP-FLOPS Πρόβλημα: Το JK FF, όπως και το Τ FF, που αναλύσαμε στην προηγούμενη ενότητα παρουσιάζει την εξής αδυναμία: Όταν =1 και J=K=1 (ή Τ=1), τότε αυτό αλλάζει κατάσταση. Παρατηρείστε ότι λόγω της ανατροφοδότησης που υπάρχει, αυτό θα συνεχίζει να αλλάζει καταστάσεις για όσο χρονικό διάστημα ο παλμός του ρολογιού βρίσκεται στο 1. Πόσο συχνά αλλάζει καταστάσεις; Όση είναι η καθυστέρηση διάδοσης του σήματος μέσα από το FF. Λύσεις: Το πρόβλημα αυτό μπορεί να αντιμετωπισθεί με δύο διαφορετικούς τρόπους: (α) με JK FFs τύπου κύριο - εξαρτημένο (master - slave) και (β) με FFs τα οποία ενεργοποιούνται κατά την άνοδο ή κάθοδο του παλμού του ρολογιού (ακμοπυροδοτούμενα, edge-triggered) και όχι κατά την διάρκεια του παλμού.

24 ΚΥΡΙΟ - ΕΞΑΡΤΗΜΕΝΟ JK FLIP-FLOP J 1 Κύριο S1 1 R1 '1 3 Εξαρτημένο S2 2 R2 '2 ' J K ' K 2 4 (β) (α) Κυματομορφές της εισόδου και των εξόδων του κύριου και του εξαρτημένου FF για J=K=1 1 κύριο 2= εξαρτημένο Πρόβλημα! J K Εσφαλμένη κατάσταση

25 ΑΚΜΟΠΥΡΟΔΟΤΟΥΜΕΝΑ FLIP-FLOPS (α) (β) ' ' (γ) (δ) Λογικό κύκλωμα και συμβολισμός ενός ακμοπυροδοτούμενου JK FF Ανιχνευτής Ακμών K J RESET SET ' Ανιχνευτής Ακμών ' ' '

26 Παράδειγμα: Σχεδιάστε την κυματομορφή της εξόδου ενός αρνητικά ακμοπυροδοτούμενου JK FF για τις κυματομορφές εισόδου του Σχήματος. Θεωρείστε ότι αρχικά είχαμε =0. J K t1 t2 t3 t4 t5 t6 Πίνακες λειτουργίας ή χαρακτηριστικοί πίνακες (function tables) των flip-flops SR flip-flop JK flip-flop S R t t απροσδιόριστη J K t t t D flip-flop T flip-flop D t T t+1 0 t 1 t

27 Παράδειγμα: Σχεδιάστε την κυματομορφή εξόδου ενός αρνητικά ακμοπυροδοτούμενου D FF, όταν στις εισόδους του και D εφαρμόζονται οι κυματομορφές του Σχήματος του Παραδείγματος 3. Συγκρίνετε την κυματομορφή που σχεδιάσατε με την αντίστοιχη του μανταλωτή D (D-latch) του Παραδείγματος 3. Θεωρείστε ότι αρχικά είχαμε =0. D D flip-flop D latch ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΑΝΙΧΝΕΥΣΗΣ ΑΚΜΩΝ Ανίχνευση ακμών μέσω ενός απλού RC κυκλώματος διαφόρισης C R '

28 Κυκλώματα ανίχνευσης (α) των θετικών και (β) των αρνητικών ακμών για την πυροδότηση των FFs Cp C'p Cp C'p Cp Cp C'p C'p Είσοδος (α) Οι είσοδοι ενός ακμοπυροδοτούμενου FF πρέπει να είναι σταθερές για χρόνο t S πριν την εφαρμογή της ενεργού ακμής, καθώς και για χρόνο t H μετά την εφαρμογή αυτής. (β) ts Χρόνος Προετοιμασίας (Setup time) th Χρόνος Παραμονής (Hold time) ΑΣΥΓΧΡΟΝΟΙ ΕΙΣΟΔΟΙ ΤΩΝ FLIP-FLOPS Αρνητικά ακμοπυροδοτούμενα JK FF με ασύγχρονες εισόδους PRESET J K ' CLEAR PRESET CLEAR Λειτουργία FF 0 0 Δεν χρησιμοποιείται 0 1 =1 1 0 =0 1 1 Κανονική σύγχρονη Λειτουργία

29 Παράδειγμα: Για ένα αρνητικά ακμοπυροδοτούμενο JK FF να σχεδιάσετε την κυματομορφή εξόδου, όταν στις ασύγχρονες εισόδους του εφαρμόζονται οι παλμοί του Σχήματος και οι είσοδοι J, K είναι μόνιμα συνδεδεμένες στην τάση τροφοδοσίας V cc. Θεωρείστε ότι αρχικά η έξοδος του FF ήταν =1. J K PRESET CLEAR t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 Η απάντηση στο πρόβλημα της ζώνης ασφαλείας: A B D CLEAR ' Καταλαβαίνουμε ότι η είσοδος Α αντιστοιχεί στο γεγονός ότι "ο οδηγός είναι καθισμένος" και η είσοδος Β στο ότι "η ζώνη ασφαλείας είναι προσδεδεμένη".

30 Έπεται και συνέχεια... ΣΥΓΧΡΟΝΑ ΑΚΟΛΟΥΘΙΑΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ Σύγχρονο ακολουθιακό κύκλωμα είναι εκείνο του οποίου όλα τα FFs χρονίζονταιμετοίδιο ρολόι (clock). Ανάλυση Σύγχρονων Ακολουθιακών Κυκλωμάτων Σχεδίαση Σύγχρονων Ακολουθιακών Κυκλωμάτων

31 Παράδειγμα 1 ΑΝΑΛΥΣΗ ΣΥΓΧΡΟΝΩΝ ΑΚΟΛΟΥΘΙΑΚΩΝ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ Σύγχρονα ακολουθιακά κυκλώματα χωρίς εξωτερικές εισόδους και εξόδους J J V cc K ' V cc K ' (α) J 0 FF0 0 J 1 FF1 1 V cc K 0 ' 0 V cc K 1 ' 1 ( β ) Βήμα Α1: Γράφουμε τις λογικές συναρτήσεις των εισόδων των FFs. J 0 = 1 J 1 = 0 Κ 0 = 1 Κ 1 = 1 Βήμα Α2: Καταστρώνουμε τον πίνακα καταστάσεων

32 Βήμα Α3: Σχεδιάζουμε το διάγραμμα καταστάσεων mod-3 up Παρατηρήσεις Παρατηρούμε ότι οι ωρολογιακοί παλμοί δεν δείχνονται στον πίνακα και στο διάγραμμα καταστάσεων. Εννοείται ότι από την παρούσα κατάσταση μεταβαίνουμε στην επόμενη κατάσταση με την έλευση της ενεργού ακμής πυροδότησης του ωρολογιακού παλμού. Για την κατάστρωση του πίνακα βασιζόμαστε εκτός από την παρούσα κατάσταση και τις τιμές των εισόδων, και στον πίνακα λειτουργίας του FF. Με άλλα λόγια, οι πίνακες λειτουργίας των FFs είναι απαραίτητοι για την ανάλυση ενός ακολουθιακού κυκλώματος. Παράδειγμα 2 Βήμα Α1: Γράφουμε τις λογικές συναρτήσεις των εισόδων των FFs. Τ 0 = T 1 = 0 + 1

33 Βήμα Α2: Καταστρώνουμε τον πίνακα καταστάσεων Βήμα Α3: Σχεδιάζουμε το διάγραμμα καταστάσεων mod-3 down Παράδειγμα 3 Βήμα Α1: Γράφουμε τις λογικές συναρτήσεις των εισόδων των FFs. J 0 = K 0 = ( 1 2 ) J 1 = 0 J 2 = 0 1 K 1 = K 2 = = ( ) 1

34 Βήμα Α2: Καταστρώνουμε τον πίνακα καταστάσεων Βήμα Α3: Σχεδιάζουμε το διάγραμμα καταστάσεων mod-7 Παράδειγμα 4 Σύγχρονα ακολουθιακά κυκλώματα με εξωτερικές εισόδους Βήμα Α1: Γράφουμε τις λογικές συναρτήσεις των εισόδων των FFs. J 1 = K 1 = X 0 J 0 = K 0 = 1

35 Βήμα Α2: Καταστρώνουμε τον πίνακα καταστάσεων Βήμα Α3: Σχεδιάζουμε το διάγραμμα καταστάσεων Παράδειγμα 5 Σύγχρονα ακολουθιακά κυκλώματα με εξωτερικές εισόδους και εξόδους Βήμα Α1: Γράφουμε τις λογικές συναρτήσεις των εισόδων των FFs. T 1 = 0 Τ 0 = Χ 1 Y= X 1 0

36 Βήμα Α2: Καταστρώνουμε τον πίνακα καταστάσεων Βήμα Α3: Σχεδιάζουμε το διάγραμμα καταστάσεων Παράδειγμα 6 Βήμα Α1: Γράφουμε τις λογικές συναρτήσεις των εισόδων των FFs.

37 Βήμα Α2: Καταστρώνουμε τον πίνακα καταστάσεων Βήμα Α3: Σχεδιάζουμε το διάγραμμα καταστάσεων / /0 /0 /0 /0 010 /1 /0 /0 110 Y Άσκηση 1 η : Να αναλυθούν τα κυκλώματα

38 Άσκηση 2 η : Να αναλυθούν τα κυκλώματα Άσκηση 3 η : Να αναλυθεί το κύκλωμα

39 ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΣΥΓΧΡΟΝΩΝ ΑΚΟΛΟΥΘΙΑΚΩΝ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ Βήμα Σ1: Σχεδιάζουμε το διάγραμμα καταστάσεων του κυκλώματος και από αυτό καταστρώνουμε τον πίνακα καταστάσεων. Βήμα Σ2: Προσδιορίζουμε τις απλοποιημένες συναρτήσεις εισόδου των FFs. Βήμα Σ3: Σχεδιάζουμε το λογικό κύκλωμα. Παράδειγμα 7: Με FFs τύπου JK αρνητικής ακμής πυροδότησης, να σχεδιασθεί ΣΑΚ το οποίο να "περνά" διαδοχικά από τις καταστάσεις 0, 1, 3, 2 (δηλαδή να απαριθμεί σύμφωνα με τον κώδικα Gray). Βήμα Σ1: Σχεδιάζουμε το διάγραμμα καταστάσεων του κυκλώματος και από αυτό καταστρώνουμε τον πίνακα καταστάσεων.

40 Βήμα Σ2: Προσδιορίζουμε τις απλοποιημένες συναρτήσεις εισόδου των FFs. Βήμα Σ3: Σχεδιάζουμε το λογικό κύκλωμα. Παράδειγμα 8: Με την χρήση FFs τύπου JK θετικής ακμής πυροδότησης να σχεδιαστεί ΣΑΚ το οποίο να "περνά" από τις καταστάσεις 0, 1, 2, 3 (κανονική απαρίθμηση) ή 0, 1, 3, 2 (απαρίθμηση σύμφωνα με τον κώδικα Gray) ανάλογα με το αν η είσοδος X είναι 0 ή 1 αντίστοιχα. Βήμα Σ1: Σχεδιάζουμε το διάγραμμα καταστάσεων του κυκλώματος και από αυτό καταστρώνουμε τον πίνακα καταστάσεων.

41 Βήμα Σ2: Προσδιορίζουμε τις απλοποιημένες συναρτήσεις εισόδου των FFs. Βήμα Σ3: Σχεδιάζουμε το λογικό κύκλωμα.

42 Παράδειγμα 9: Με την χρήση FFs τύπου D θετικής ακμής πυροδότησης να σχεδιαστεί ΣΑΚ το οποίο να "περνά" από τις καταστάσεις 0, 1, 2, 3 (κανονική απαρίθμηση) ή 0, 1, 3, 2 (απαρίθμηση σύμφωνα με τον κώδικα Gray) ανάλογα με το αν η είσοδος X είναι 0 ή 1 αντίστοιχα. Βήμα Σ1: Σχεδιάζουμε το διάγραμμα καταστάσεων του κυκλώματος και από αυτό καταστρώνουμε τον πίνακα καταστάσεων. Βήμα Σ2: Προσδιορίζουμε τις απλοποιημένες συναρτήσεις εισόδου των FFs.

43 Βήμα Σ3: Σχεδιάζουμε το λογικό κύκλωμα. Σύγχρονα ακολουθιακά κυκλώματα με αδιάφορες καταστάσεις Παράδειγμα 10: Με FF τύπου JK αρνητικής ακμής πυροδότησης να σχεδιάσετε ΣΑΚ το οποίο να διατρέχει τις τιμές 0 μέχρι και 9. Βήμα Σ1: Σχεδιάζουμε το διάγραμμα καταστάσεων του κυκλώματος και από αυτό καταστρώνουμε τον πίνακα καταστάσεων.

44 Βήμα Σ2: Προσδιορίζουμε τις απλοποιημένες συναρτήσεις εισόδου των FFs.

45 Βήμα Σ3: Σχεδιάζουμε το λογικό κύκλωμα. Βήμα Σ4: Έλεγχος ορθής λειτουργίας του κυκλώματος. Βήμα Α1: Γράφουμε τις συναρτήσεις εισόδου των FFs. J 3 = J 2 = K 2 = 1 0 J 1 = K 1 = 3 0 J 0 = K 0 = 1 K 3 = 0 Βήμα Α2: Καταστρώνουμε τον πίνακα καταστάσεων.

46 Βήμα Α3: Σχεδιάζουμε το διάγραμμα καταστάσεων. αυτόματη εκκίνηση (self-starting) / αυτόματη διόρθωση (self-correcting) Παράδειγμα 11: Σχεδιάστε ΣΑΚ το οποίο να διατρέχει διαδοχικά τους αριθμούς 1, 3, 5, 7. Προσοχή! 3 FFs απαιτούνται και όχι 2, όπως αρχικά μπορεί κάποιος να σκεφτεί βλέποντας τις 4 καταστάσεις! Βήμα Σ1: Σχεδιάζουμε το διάγραμμα καταστάσεων του κυκλώματος και από αυτό καταστρώνουμε τον πίνακα καταστάσεων.

47 Βήμα Σ2: Προσδιορίζουμε τις απλοποιημένες συναρτήσεις εισόδου των FFs. Από το τμήμα των εισόδων του πίνακα καταστάσεων και με αξιοποίηση των συνθηκών αδιαφορίας, εξάγεται άμεσα ότι Τ 0 =0, Τ 1 =1 Βήμα Σ3: Σχεδιάζουμε το λογικό κύκλωμα.

48 Βήμα Σ4: Έλεγχος ορθής λειτουργίας του κυκλώματος. Βήμα Α1: Βήμα Α2: Γράφουμε τις συναρτήσεις εισόδου των FFs. Τ 2 = 1 T 1 =1 T 0 =0 Καταστρώνουμε τον πίνακα καταστάσεων. Βήμα Α3: Σχεδιάζουμε το διάγραμμα καταστάσεων. Προβλημα! Αν βρεθεί σε μία από τις μη έγκυρες καταστάσεις 0 ή 2 ή 4 ή 6, τότε εγκλωβίζεται στον κύκλο 0, 2, 4, 6, 0, 2, 4, 6, 0, 2,...

49 Λύση: Αναγκάζουμε το κύκλωμα μετά την κατάσταση 0 να μεταβεί στην κατάσταση 1. Με αυτό τον τρόπο "σπάμε" τον μη έγκυρο κύκλο 0, 2, 4, 6, 0, 2,... Ακολούθως, επαναλαμβάνουμε την διαδικασία της σχεδίασης από την αρχή. Βήμα Σ1: Σχεδιάζουμε το διάγραμμα καταστάσεων του κυκλώματος και από αυτό καταστρώνουμε τον πίνακα καταστάσεων. Βήμα Σ2: Προσδιορίζουμε τις απλοποιημένες συναρτήσεις εισόδου των FFs. Βήμα Σ3: Σχεδιάζουμε το λογικό κύκλωμα.

50 ΛΟΓΙΚΟ ΚΥΚΛΩΜΑ Α Ν Α Λ Υ Σ Η ΣΥΝΑΡΤΗΣΕΙΣ ΕΙΣΟΔΟΥ ΠΙΝΑΚΑΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ Σ Χ Ε Δ Ι Α Σ Η ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΣΥΝΟΨΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ Οι πίνακες λειτουργίας των FFs είναι απαραίτητοι για την ανάλυση των ΣΑΚ, ενώ οι πίνακες διέγερσης των FFs απαιτούνται για την σχεδίαση αυτών. Ο πίνακας καταστάσεων ενός ΣΑΚ αποτελείται από 2 n+m γραμμές (δυνατές περιπτώσεις), όπου n το πλήθος των FFs του κυκλώματος και m ο αριθμός των εξωτερικών εισόδων αυτού. ΟτύποςπυροδότησηςτωνFFs δεν παίζει ρόλο στην ανάλυση ή σχεδίαση ενός ΣΑΚ.

51 ΚΑΤΑΧΩΡΗΤΕΣ ΣΕΙΡΙΑΚΟΙ ΚΑΙ ΠΑΡΑΛΛΗΛΟΙ ΚΑΤΑΧΩΡΗΤΕΣ Καταχωρητές σειριακής-εισόδου-σειριακής-εξόδου Καταχωρητές σειριακής-εισόδου-παράλληλης-εξόδου Καταχωρητές παράλληλης-εισόδου-παράλληληςεξόδου Καταχωρητές παράλληλης-εισόδου-σειριακής-εξόδου ΚΥΚΛΙΚΟΙ ΚΑΤΑΧΩΡΗΤΕΣ Απαριθμητές δακτυλίου Απαριθμητές Johnson

52 Τύποι καταχωρητών Τύποι καταχωρητών: (α) σειριακής-εισόδου-σειριακής-εξόδου, (β) σειριακήςεισόδου-παράλληλης-εξόδου, (γ) παράλληλης-εισόδου-παράλληλης-εξόδου, (δ) παράλληλης-εισόδου-σειριακής-εξόδου. ΣΕΙΡΙΑΚΟΙ ΚΑΙ ΠΑΡΑΛΛΗΛΟΙ ΚΑΤΑΧΩΡΗΤΕΣ Καταχωρητές σειριακής-εισόδου-σειριακής-εξόδου Σειριακή Είσοδος D0 0 D1 1 D2 2 D3 3 FF0 FF1 FF2 FF3 Σειριακή Έξοδος (α) Σειριακή Είσοδος D0=1 0 Σειριακή Είσοδος J0 0 J1 1 J2 2 J3 3 Σειριακή Έξοδος 1 '0 '1 '2 '3 K0 K1 K2 K3 (β) Σειριακή Έξοδος 2 3 (δ) Σειριακή Είσοδος S0 0 S1 1 S2 2 S3 3 Σειριακή Έξοδος '0 '1 '2 '3 R0 R1 R2 R3 (γ)

53 Παράδειγμα: Υποθέστε ότι σ' έναν καταχωρητή ΣΕΣΕ των 4 bits με FFs τύπου D αρνητικής ακμής πυροδότησης είναι αποθηκευμένη η δυαδική λέξη Σχεδιάστε τις κυματομορφές εξόδου καθενός FF. Θεωρείστε ότι η σειριακή είσοδος βρίσκεται στο λογικό 0 Αρχικά 1ος 2ος 3ος 4ος Αρχικά 1ος παλμός Σειριακή Είσοδος ος παλμός ος παλμός ος παλμός Σειριακή Έξοδος 3 0 (α) (β) Παράδειγμα: Λογικό διάγραμμα σειριακού αθροιστή Επιλογή Εισόδου Σειριακή είσοδος Α Ολίσθηση δεξιά Καταχωρητής ολίσ θησης Α Σειριακή Έξοδος x y z FA S C Σειριακή είσοδος Β Καταχωρητής ολίσ θησης Β Σειριακή Έξοδος D Μηδενισμός

54 Αμφίδρομος καταχωρητής ολίσθησης των 4 bits Καταχωρητές σειριακής-εισόδου-παράλληλης-εξόδου Παράλληλη Έξοδος Σειριακή Είσο δος D0 0 D1 1 D2 2 FF0 FF1 FF2 D3 FF3 3 Παράδειγμα: Σχεδιάστε τις κυματομορφές εισόδου-εξόδου ενός καταχωρητή ολίσθησης ΣΕΠΕ των 4 bits, του οποίου η είσοδος γίνεται "στιγμιαία" 0 πριν τον 1ο ωρολογιακό παλμό και αμέσως μετά τον 3ο ωρολογιακό παλμό, ενώ η σειριακή είσοδος παραμένει μόνιμα στο λογικό 1. Σειριακή Είσοδος D0 CLEAR

55 Καταχωρητές παράλληλης-εισόδου-παράλληλης-εξόδου Παράλληλη Έξοδος D0 0 D1 1 D2 2 D3 3 FF0 FF1 FF2 FF3 D0 D1 D2 D3 Παράλληλη Είσοδος (α) Ε clock (β) Καταχωρητής παράλληλης-εισόδου-παράλληληςεξόδου των 4 bits με FFs τύπου SR. E I0 S G 0 S0 0 0 R G 0 FF0 R0 I1 S1 FF1 1 1 R1 I2 S2 FF2 2 2 R2 I3 S3 FF3 3 3 R3 CLEAR

56 Καταχωρητής παράλληλης-εισόδου-παράλληλης-εξόδου των 4 bits με FFs τύπου D L Ii S G i R G i G i Di FFi i E I0 S G 0 R G 0 G 0 D0 0 D1 1 (β) CLEAR I2 D2 2 I3 D3 3 CLEAR (α) Καταχωρητές παράλληλης-εισόδου-σειριακής-εξόδου Παράλληλη Είσοδος D0 D1 D2 D3 Ε Σειριακή Εί σοδος Σειριακή Έξοδος S0 0 S1 1 S2 2 S3 3 FF0 FF1 FF1 FF1 R0 R1 R2 R Παράλληλη 'Εξοδος Καταχωρητής των 8 bits κατασκευασμένος από δύο καταχωρητές των 4 bits Παράλληλη Είσοδος Σειριακή Είσοδος E Καταχωρητής 4- bits Σειρ. Έξοδος Σειρ. Είσοδος Καταχωρητής 4- bits Σειριακή Έξοδος Παράλληλη Έξοδος

57 Αμφίδρομος καταχωρητής ΠΕΠΕ, με δυνατότητα σειριακής ολίσθησης προς τα δεξιά και προς τα αριστερά ΚΥΚΛΙΚΟΙ ΚΑΤΑΧΩΡΗΤΕΣ Απαριθμητές δακτυλίου D3 3 D2 2 D1 1 D (α) J3 3 J2 2 J1 1 J K3 '3 K2 '2 K1 '1 K0 '0 (β) ( ) (γ)

58 Συνδυασμός απαριθμητή και αποκωδικοποιητή για την δημιουργία των ίδιων σημάτων χρονισμού ( ) (γ) Α'1Α'0 Α'1Α0 Α1Α'0 Α1Α0 (γ) Αποκωδικοποιητής 2-σε-4 Α0 Α1 Απαριθμητής mod-4 Α0 Α1 (α) (β) D3 3 D2 2 D1 1 D '0 (α) J3 3 J2 2 J1 1 J K3 '3 K2 '2 K1 '1 K0 '0 Απαριθμητές Johnson (β) ( ) (γ) Πύλη AND για την αποκωδικοποίηση X 1 X 1 = 3 0 X 2 X 2 = 3 2 X 3 X 3 = 2 1 X 4 X 4 = 1 0 X 5 X 5 = 30 X 6 X 6 = 32 X 7 X 7 = 21 X 8 X 8 = 1 0

59 (α) Κυματομορφές εξόδου του απαριθμητή Johnson όταν βρεθεί σε μία από τις μη επιτρεπτές καταστάσεις, (β) κύκλωμα για την αποφυγή των μη επιτρεπτών καταστάσεων ( ) (α) '0 '1 '2 Προς τις εισόδους των FF2, FF3 PRESET (β) Απαριθμητής Johnson για την δημιουργία 6 σημάτων χρονισμού Απαριθμητής Johnson για την δημιουργία 5 σημάτων χρονισμού J2 2 J1 1 J0 0 J2 2 J1 1 J0 0 K2 '2 K1 '1 K0 '0 K2 '2 K1 '1 K0 '0 (α) (α) (β) (β)

60 Τέλος χρόνου ΖΗΤΩ!!!!! ΚΑΛΑ ΧΡΙΣΤΟΥΓΕΝΝΑ & ΕΥΤΥΧΙΣΜΕΝΟ ΤΟ 2009!!!