DIGITÁLIS TECHNIKA 8
Dr Oniga István Dr.
Szekvenciális ((sorrendi)) hálózatok • •
Szekvenciális hálózatok fogalma Tárolók – – –
•
Számlálók – –
• • •
RS tárolók JK tárolók T és é D típusú tí ú tárolók tá lók Szinkron számlálók Aszinkron számlálók
Regiszterek http://www.play-hookey.com/digital/ http://www asic-world com/digital/seq html http://www.asic-world.com/digital/seq.html Digitális Technika
J-K tároló • • •
•
Csak órajel vezérelt lehet Három bemenete van: a J (beíró), a K (törlő) és a Clk (Clock) órajelbemenet Működése megegyezik az órajelvezérelt S-R tárolóval, azonban az S-R tárolóval ellentétben ha egyszerre írjuk és töröljük töröljük, akkor is definiáltan működik Ha egyszerre írjuk, és töröljük a tárolót, órajel periódusról órajel periódusra negálja az előző állapotát, azaz Qn+1 = Q n lesz. J
P 3
P 1
T(Ck) K •
P 4
P 2
Q
_ Q
Jn
Kn
Qn+1
0
0
Qn
1
0
1
0
1
0
1
1
Qn
J
Q
CLK K
Q
Ha az órajel időtartama nagyobb mind a kapuknak a terjedési ideje, a visszacsatolás miatt a kimenetek oszcillálhatnak Digitális Technika
Élvezérelt T tároló • • • •
J K tároló J és K bemeneteit összekötjük és elnevezzük T J-K T-nek nek Ha működtetjük őket (T = 1), Q a negáltjára változik az órajel ütemében Ha T=0, a kimenet megtartja értékét Egyszerű működésük ellenére gyakran használt tárolók (számlálok).
T
J
Q
CLK Q K
T
Q
CLK Q Digitális Technika
D
Q
CLK
T
Q
T
Qn+1
0
Qn
1
Qn
A tárolók alkalmazásai • •
Minden felfutó élre a kimenet az előző állapot negáltjára vált Egy flip flip-flop flop kettővel osztja a bemenőjelet, bemenőjelet két flip flip-flops flops négyel ….. Frekvenciaosztás HIGH
HIGH
QA
J
fin
Számlálók
CLK K
fin
fout
Digitális Technika
QB
J
CLK K
fout
Számlálók A számlálók - szekvenciális áramkörök, amelyek összeszámlálják a bemenetükre érkező impulzusokat és az eredményt a Q kimeneteken jelenítik meg impulzusokat, meg.
Számlálás iránya szerint: •előre (felfele) számlálók •hátra (lefele) számlálók •előre-hátra (reverzibilis) számlálók
Számlálás kódja szerint: •bináris •BCD
Vezérlési mód szempontjából: •aszinkron •szinkron
Egyéb szolgáltatások: •szinkron/aszinkron törlés •szinkron aszinkron kezdőérték beállítás (programozhatóság)
Digitális Technika
Aszinkron számlálók • Minden egyes T tároló felezi a bemenetére kapcsolt jel frekvenciáját, az egyik periódusában felvesz egy értéket, a másik periódusban ennek negáltját. • T tárolókat tá lók t sorba b kötünk kötü k = > n x TFF , 2n osztást tá t végez. é • A kapacitás azt a legnagyobb számot jelenti, amellyel egy számolási ciklus befejeződik. • A számláló m = k + 1 különböző értéket különböztet meg. • Az m - et a számláló modulusának nevezzük. • Pl. 4 TFF – 0-15 számol => m=16
Nr. Imp.tact 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 (0) 17 (1)
QD
QC
QB
QA
0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0
0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0
0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0
0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1
Az aszinkron működés = a tárolók nem szinkronban „billennek”,a számlálandó jel elindítja a állapotváltozási sorozatot. A továbbiakban az egyes FF- ok billentik egymást. =>> rövid ideig hibás kombináció jelenik meg a kimeneteken Digitális Technika
Aszinkron előreszámlálók • T tárolókat úgy kötünk sorba, hogy a Q kimeneteket kötjük a következő T-k órajelbemenetére. • Előreszámlálás akkor valósul meg meg, ha lefutó élre vezérelt tárolókat alkalmazunk 1
T
J
Q
J
Q
CLK
A
CLK
K
Q
K
J
Q
CLK
B Q
Q
CLK
C
K
QA
J
Q
K
QB
D Q
QC
QD
T QA
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
QB
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
QC
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
0
QD
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
0
Nx =QD*23+QC*22+QB21+QA*20 Digitális Technika
Aszinkron előreszámlálók jellemzői j • Az átmeneti időszakban nem kívánt kombinációk is előfordulnak a kimeneteken •Az A aszinkron i k számlálók á lálók nagyon egyszerűű ffelépítése lé íté mellett ll tt hátránya hát á a kisebb ki bb határfrekvencia. • Ha egy FF terjedési ideje tipikusan Tp = 10 ns akkor egy négybites aszinkron számláló teljes terjedési ideje: •Tp(tot) = 4 x Tp = 4 x 10 ns = 40 ns •A A határfrekvencia: h tá f k i • fmax = 1/ Tp(tot) = 1/40 ns = 25 MHz
Digitális Technika
Aszinkron lefele számlálók • T tárolóknak tá lók k a Q kimenetét ki tét kötjük a kö következő tk ő tá tároló ló bbemenetére. té • Lefutó élre vezérelt tárolókat alkalmazunk
Digitális Technika
Reverzibilis számlálók • T tá tárolóknak lók k a Q ki kimenetét tét kötjük a kö következő tk ő tá tároló ló bbemenetére té ffelfele lf l számol á l • T tárolóknak a Q kimenetét kötjük a következő tároló bemenetére lefele számol • Irányváltó számlálót úgy kapunk kapunk, egy kontrol jel segítségével (X) logikai kapukkal megvalósítjuk, ha X igaz, a Q kimenetek kerülnek a következő órajelbemenetre, ha X hamis akkor meg a Q kimenetek hamis, kimenetek. 1 Bemenet J
Q
J
CLK K
Q
CLK Q
K
Kontrol X X=1 - előreszámlálás X=0 - visszaszámlálás
Digitális Technika
J
Q
CLK Q
K
Q
Számlálók ciklusának rövidítése • Modulo-N számlálok építése, N ≠ 2-hatvány • Az A N-ik N ik impulzus i l h hatására tá á a kkezdő dő áll állapotba tb té tér vissza i a számláló á láló •Egy modulo-N számláló logikai tervezésének lépései: • a tárolók számának meghatározása (n), 2n-1 N 2n; • egy n bites számláló logikai vázlat megrajzolása, olyan tárolókkal amelyeknek aszinkron törlő bemenete is van • a törlő bemeneteket olyan logikai hálózattal egészítünk ki, ami az N-ik impulzus hatására minden FF –ot töröl és ezzel az alap állapot áll be.
Pl. 4 bites számlálók ciklusai Pl BINÁRIS: 01 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F DECIMÁLIS: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Digitális Technika
Aszinkron decimális számlálók •
2n-1 N 2n N=10 => n=4 24-1 10 24;
•
egy 4 bites bináris számlálót - amelynek aszinkron törlő bemenete is van – olyan logikai hálózattal egészítünk ki, ami az 1 0 1 0 (decimális 10) állapot megjelenésekor minden FF–ot töröl és ezzel 0 0 0 0 állapot áll be. 1 T
Imp. sz. (Álapot) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 (0)
QD 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1(0)
QC 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0
QB 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1(0)
QA 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0
K
A2 A1
Ck QA QB QC QD Cl
Digitális Technika
Q
J __ Ck __ Cl
. .
J __ Ck
_ Q
K
QA
Q
__ Cl
J __ Ck
_ Q
K
QB
J __ Ck
Q
__ Cl
_ Q
K
QC
Q
__ Cl
_ Q
QD
Aszinkron decimális számlálók (2) ( ) Ha a tárolók késleltetési ideje j a Cl bemenetekhez képest p nagyon gy eltérő egyes gy tárolók hamarabb törlődhetnek és a törlő feltétel eltűnik mielőtt minden tároló törlődőt volna
•
1 T
K
A2 A1
•
Q
J __ Ck __ Cl
J __ Ck
_ Q
. .
K
QA
Q
__ Cl
J __ Ck
_ Q
K
QB
J __ Ck
Q
__ Cl
_ Q
K
QC
A1 és A2 pontok köze beiktatunk egy álapót tárolót
Digitális Technika
Q
__ Cl
_ Q
QD
T
Integrált g áramköri aszinkron számlálók •
Aszinkron működésű számlálók – SN7490 – BCD számláló. Egy kettes és egy ötös osztóból áll. Az R0i jelű bemenetre adott 1 szinttel mind a négy flip-flop 0-ba állítható (törlés). Az R9i jelű bemenetek vezérlésével a BCD 1 0 0 1 kódot (9 beírása) tárolja a számláló. – SN7493 - 4 bites bináris számláló. Ha In.A - ra adjuk a számlálandó jelet és az QA kimenetet In.B - vel kötjük össze. – Amennyiben az impulzusokkal az In.B-t In B t vezéreljük és QD -tt a In.A In A - val kötjük össze, össze olyan tízes osztót kapunk, amelynél az QA kimeneten szimmetrikus négyszögjelet kapunk. "1"
QA In. B
QB
QC
QD
In A B
1
CLK K
14
Q
13
3
J
Q
12
1
CLK K
14
Q
13
3
J
Q
K
Q
RO(2)
•
12
CLK CL
12
13
2
3
Q
CL
Q
13
J
2
RO(1) ( )
1
CLK K
14
CL
3
12
2
1
Q
CL
In. A
J
2
14
Milyen modulusú számlálót ábrázol a jobboldali ábra? Cl=R01&R02=QA&(QC&QD) M = 13 Digitális Technika
R0(1) R0(2)
QA QB QC QD
Out
Szinkron bináris számlálók • •
•
•
•
Az aszinkron számlálok hibáit kiküszöbölik. kiküszöbölik A külső órajel az összes flip-flopot egyszerre vezérli Q0 minden órajelnél változtatja az állapotát, ezt úgy érjük el ha: • T0=J0=K0=1 A FF1 csak akkor vált ha Q0=1, Ennek megfelelően • T1=J1=K1= Q0 (a bemeneteket a Q0 - hoz kel kötni) A FF2 csak akkor vált ha Q0=Q1=1, Ennek megfelelően • T2=Q Q0Q1 • T3=Q0Q1Q2 • T4=Q0Q1Q2Q3 Digitális Technika
Nr. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
Q0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1
Q1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0
Q2 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0
Q3 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0
Q4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1
Párhuzamos átvitelű szinkron bináris számlálók T0=1 T1=Q0 T2=Q0Q1 T3=Q Q0Q1Q2 T4=Q0Q1Q2Q3 Q0
J
Q
J
Q
J
Q
J
CLK
CLK
CLK
CLK
CLK
K
K
K
K
K
2
1
J
Q
Q 4
Q3
Q2
Q1
3
1
Q0Q1Q2Q3 Q0Q 1
Q0Q1Q2
Tmin=tpb+tpp. az n-ik szinten n-1 bemenetű ÉS kapu kell Digitális Technika
Q
Soros átvitelű szinkron bináris számlálók T1=Q0 T2=Q0Q1 =T1Q1 T3=Q0Q1Q2=T2Q2; T4=Q0Q1Q2Q3=T3Q3 Q0
J
Q
Q2
Q1
J
J
Q
Q
Q4
Q3
J
Q
J
CLK
CLK
CLK
CLK
CLK
K
K
K
K
K
Q
1 T Q1 1
T2Q2
T Q3 3
- soros átvitel hátránya - az ÉS kapukon keresztüli jelterjedést végig kell várnunk Tmin=tpb+(N-2) tpp
Digitális Technika
Integrált g áramköri szinkron számlálók •
Szinkron működésű számlálók – SN74192 – reverzibilis BCD számláló. – SN74193 - reverzibilis 4 bites bináris számláló. számláló -QA, QB,QC,QD - kimenetek. -CR (carry ) alacsony állapotával (0) jelzi a 1001, vagy 1111 kombinációt a kimenteken (QDQCQBQA) az 74192E 74192E, vagy 74193E és ha felfele számolunk. -BR (borrow) alacsony állapotával (0) jelzi a 0000 kombinációt a kimenteken és ha lefele számolunk kimenteken, számolunk. -LD (load - betöltés) mikor = 0, a DCBA bementeken lévő értékeket tölti be -CL CL (clear) törli a számalálokat számalálokat. -CU (count up – számolás felfele) CD egyesen tarjuk. -CD (count down - számolás lefele). D,C,B,A – adat bemenet. -D,C,B,A - CR şi BR több számláló öszekötését szolgáják Digitális Technika
Szinkron számlálók alkalmazási példa p Törlés Betöltés
Impulzus bemenet
CM=1 CM 1 Lefele számol Lefele számol Irányváltó bemenet TACT CM CL LOAD CU CD N1:QA N1:QB N1:QC N1 QD N1:QD CR1 BR1 N2:QA N2:QB N2:QC N2:QD CR2 BR2 N3:QA N3:QB N3:QC N3:QD
Digitális Technika
CM=0 Felfele számol
