1 / 48

Układy logiczne

Układy logiczne. D. Przerzutnik typu D. Clk. …są stosowane w projektowaniu układów cyfrowych w sposób hierarchiczny:. 1) Bramki i elementarne układy pamięciowe (przerzutniki). Specjalizowane układy cyfrowe. 2) Bloki funkcjonalne: układy arytmetyczne (sumatory), liczniki, rejestry.

jace
Download Presentation

Układy logiczne

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Układy logiczne D Przerzutniktypu D Clk …są stosowane w projektowaniu układów cyfrowych w sposób hierarchiczny: 1) Bramki i elementarne układy pamięciowe (przerzutniki) Specjalizowane układy cyfrowe 2) Bloki funkcjonalne: układy arytmetyczne (sumatory), liczniki, rejestry. Tworzą one nowe elementy konstrukcyjne, z których buduje się złożone układy cyfrowe o różnorodnych zastosowaniach: układy przetwarzania sygnałów, układy sterowania, specjalizowane procesory, układy kryptograficzne. 1

  2. 74xx W latach 80…. Bloki funkcjonalne: Sumatory Liczniki Rejestry Komparatory Konwertery Bufory Rejestry przesuwajace Były produkowane w postaci katalogowych układów scalonych serii 74xx

  3. Licznik Rejestr Mux Bloki funkcjonalne… …stanowią wyposażenie bibliotek komputerowych systemów projektowania Układ cyfrowy Każdy układ cyfrowy składamy z bloków funkcjonalnych 3

  4. Licznik Rejestr Mux Bloki funkcjonalne… …stanowią wyposażenie bibliotek komputerowych systemów projektowania Układ cyfrowy W procesie konstruowania systemów cyfrowych struktura wewnętrzna bloku w zasadzie nas nie interesuje 4

  5. Bloki funkcjonalne B. kombinacyjne B. sekwencyjne Pamięci Komutacyjne MUX DMUX DEC Arytmetyczne Komparator Sumator Liczniki Zliczające W górę W dół Rejestry Równoległe Przesuwające (RAM) ROM 5

  6. Multiplekser (MUX) d N = 2n wejść informacyjnych 0 d 1 d N-1 a a n-1 0 Wejście zezwalające e y Wyjście Wejścia adresowe gdzie Pk(A) oznacza pełny iloczyn zmiennychan–1,...,a0, prostych lub zanegowanych, zgodnie z reprezentacją binarną liczby k = L(A). 6

  7. Multiplekser (MUX) e=1 d 0 d 1 d N-1 a a n-1 0 y Dla n = 1 (MUX 2 : 1): dla n = 2 (MUX 4 : 1): dla n = 3 (MUX 8 : 1): 7

  8. Multiplekser 4:1 d 0 =1 =0 =0 =0 d d 1 d d 2 d 3 a a 1 0 y=d0 y=d1 =0 0 =0 1 Multiplekser jako przełącznik 8

  9. Multiplekser jako przełącznik 0 0 e 1 1 a0 a1 0 d0 d1 d2 d3 1 1 y 0 0 0 1 1 1 Każdy blok funkcjonalny można skonstruować bramek logicznych 9

  10. Multiplekser jako przełącznik Multiplekser 11…11 00…00 Źródło danych I0 Źródło danych I 00…01 2nźródeł danych Źródło danych I1 f odbiornik 2n-1 adresów źródeł 2n-1 00…01 11…11 To nie jest połączenie w postaci ścieżki metalizowanej 10

  11. Demultiplekser N = 2n wyjść Wejście zezwalające Wejście informacyjne Wejścia adresowe gdzie Pk(A) oznacza pełny iloczyn zmiennychan–1,...,a0, prostych lub zanegowanych, zgodnie z reprezentacją binarną liczby k = L(A). 11

  12. Demultiplekser jako przełącznik =d =d 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 =d e a0 a1 y0 y1 0 0 y2 0 1 1 1 y3 d 12

  13. Demultiplekser jako przełącznik 00…00 Demultiplekser f0 00…01 f1 2nodbiorników Źródło danych 11…11 f 2n-1 2nadresówodbiorników 00…01 11…11 13

  14. Dekoder DMUX DEKODER d = 1 e = 1 N = 2n 14

  15. Bloki komutacyjne 0 1 2 3 0 1 2 3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 a1 a0 a1 a0 W dzisiejszych czasach można skonstruować blok komutacyjny o dowolnych wymiarach… 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 15

  16. 0 0 1 1 2 2 3 3 y 4 4 5 5 6 6 7 7 y 8 8 9 9 10 10 11 11 12 12 13 13 14 14 15 15 x3x2x1x0 MUX/DMUX w realizacji funkcji boolowskich y = (1,7,11,13,14,15) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 x3x2x1x0 16

  17. Bezpośrednie zastosowanie MUX/DMUX do realizacji funkcji boolowskich … należy odłożyć do kosza! Sensowne jest natomiast stosowanie tych układów do wspomagania procesu syntezy funkcji boolowskich Dobrym przykładem jest zastosowanie dekoderów do zmniejszania liczby wyjść pamięci ROM w realizacjach zespołów funkcji boolowskich. Jest to problem z zadań 11.13 i 11.14 str. 194 skryptu ULOG w zadaniach. 17

  18. B A n n K Komparator 0001 1001 0111 0001 „1 z 3” 1 0 0 0 1 0 0 0 1 A < B A = B A > B Taki komparator można łatwo zbudować z bramek logicznych

  19. i 3 i 2 i 1 i 0 Komparator dla liczb 4-bitowych a3 b3 a2 b2 a1 b1 a0 b0 A = a3a2a1a0 B = b3b2b1b0 A eq B = i3i2i1i0 A <B = A > B = A 1000 B 0- - - 19

  20. Sumatory A B A n n c 0 c S n n Y Sumator – podstawowy BF powszechnie stosowany w technice DSP Inne układy arytmetyczne: układy odejmowania układy mnożące układy dzielenia ...są budowane z sumatorów 20

  21. Najprostszy sumator B A n n a a b a b b n-1 i i 0 0 n-1 c 0 c c c c c n n 1 i+1 S i S S c S 0 c n-1 y y y n-1 i 0 n Y Jak jest zbudowane pojedyncze ogniwo? Kaskadowy – ripple carry adder 0111 1001 0110 C4=0 C4=1 0000 1111 21

  22. Funkcje logiczne sumatora a b 0 0 c co 0 1 S 0 1 1 0 0 1 y 1 0 1 0 1 1 22

  23. Funkcje logiczne sumatora a b 0 0 c co 0 1 S 0 1 1 0 0 1 y 1 0 1 0 1 1 23

  24. Sumator (Full adder) ci ai bi si ci+1 24

  25. Bloki funkcjonalne c.d. B. kombinacyjne B. sekwencyjne Pamięci Układy Komutacyjne MUX DMUX DEC Układy Arytmetyczne Komparator Sumator Liczniki Zliczające W górę W dół Rejestry Równoległe Przesuwające ROM 25

  26. Q Q Q Q D D D D 1 2 3 4 1 2 3 4 CLK Rejestry Rejestry buduje się z przerzutników typu D Najprostszy rejestr: ładowanie (load) i pamiętanie 0 1 0 0 0 1 0 0 LOAD Taki rejestr nazywamy równoległo-równoległym, krótko równoległym 26

  27. Q Q Q Q 3 1 2 4 D D D D wejście 4 1 3 2 szeregowe Rejestr przesuwający SHR 0 0 0 0 0 1 0 clk Taki rejestr nazywamy szeregowo-równoległym, krótko szeregowym 27

  28. Q Q Q Q 3 1 2 4 wejście D D D D 4 1 3 2 szeregowe CLK Q Q Q Q D D D D 1 2 3 4 1 2 3 4 CLK Jak zbudować rejestr uniwersalny... tzn. taki, który wykonywałby funkcje zarówno rejestru równoległego , jak też szeregowego 28

  29. ...wystarczy rozbudować rejestr przesuwający Q Q Q Q 3 1 2 4 Q D wejście D D D D 4 1 3 2 Q szeregowe CLK Clock D0 D1 Sel 29

  30. Wejścia równoległe X X X x x p 1 0 1 Wejście szeregowe R R x p s s 1 1 0 s s (Q) (Q) 2 2 Clock clock clock D D D D Wejście sterujące Y Y Y := X LOAD Y := Y HOLD Y := X LOAD Y := Y HOLD Clock D D D D Clock Y Y := SHR(xp, Y) Y := SHR(xp, Y) Q Q Q Q Wyjścia równoległe Rejestr szeregowo-równoległy Taki rejestr można rozbudowywać dalej uzyskując tzw. rejestr uniwersalny 30

  31. Mikrooperacje rejestru LOAD HOLD SHR 0 xR 1100 1100 LOAD HOLD SHR 0010 LOAD 0110 0011 SHR – przesuwanie w prawo 0001 31

  32. E Licznik clock Q Liczniki… …przykład syntezy licznika (zadanie 8.1 skrypt Układy logiczne w zadaniach) Zaprojektować licznik mod 8 z wejściem zezwalającym E (Enable). Przerzutniki do realizacji dobrać tak, aby uzyskać najprostszy schemat logiczny licznika. 32

  33. Zakodowana tablica przejść licznika Zakodowana tablica przejść kod binarny Tablica przejść 33

  34. Zakodowana tablica transformowana do tablicy Karnaugha 34

  35. Funkcje wzbudzeń dla przerzutników D D2 = D1 = D0 = 35

  36. Funkcje wzbudzeń dla przerzutników T T2 = T1 = T0 = Errata do zad. 8.1 ze skryptu 36

  37. = T E 0 = T EQ Enable Q Q Q T0 T1 T2 1 0 = = T EQ Q T Q Clock Q Q Q 2 0 1 1 1 1) Najprostszy na świecie Schemat logiczny licznika1) 37

  38. Enable Q Q Q Q T T T T Clock Q Q Q Q Schemat ten można uogólnić… 38

  39. Enable Q Q Q Q T T T T Clock Q Q Q Q Rst Licznik 4-bitowy 0 1 0 0 z powodzeniem może być wykorzystany do realizacji licznika uniwersalnego Wada: jest to licznik bez funkcji: LOAD (ładowanie) Realizacja funkcji ładowania dla przerzutników T jest niemożliwa Jak wybrnąć z tej sytuacji? Trzeba znać i rozumieć układy logiczne! 39

  40. Q’ = D T Q D Q clk D = Przerzutnik T realizowany z D Równanie charakterystyczne: Q’ = f(I1,I2,Q) 40

  41. Enable Q Q Q Q T T T T Clock Q Q Q Q Rst T Q D Q clk Licznik z wpisem równoległym.. …uzyskamy, zastępując przerzutniki T… 41

  42. Licznik z przerzutnikami D Wprowadzając taką zmianę, jak też wprowadzając przed wejście każdego D multiplekser, uzyskujemy strukturę licznika z mikrooperacją wpisu równoległego. 42

  43. Licznik z wpisywaniem równoległym Enable 0 Q Q D 0 1 D 0 Q 0 Q Q D 1 D 1 1 Wejścia równoległe Q Wyjścia równoległe 0 Q Q D 2 D 1 2 Q 0 Q Q D 3 D 1 3 Q Output Load carry Clock 43

  44. X L s 1 s (Q) 2 clock Y Y := X LOAD Y := Y HOLD Y := Y+1 COUNT Licznik z wpisywaniem równoległym Enable 0 Q Q D 0 1 D 0 Q 0 Q Q D 1 D 1 1 Q 0 Q Q D 2 D 1 2 Q 0 Q Q D 3 D 1 3 Q Output Load carry Clock 44

  45. Mikrooperacje licznika LOAD HOLD COUNT 1100 1100 LOAD HOLD COUNT 0010 LOAD 1101 1110 Zliczanie 1111 45

  46. Pamięci typu ROM X0 n ROM N  m A Xi XN-1 m Y N = 2n N słów (komórek) m-bitowych W każdym komórce pamięci zapisane jest słowo m-bitowe Pamięć ROM jest uniwersalnym układem kombinacyjnym 46

  47. Pamięci typu ROM 0 1 2 3 4 5 6 7 Adres ROM 8  4 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 0 47

  48. Więcej o cyfrowych blokach funkcjonalnych w… 48

More Related