DIGITÁLIS TECHNIKA I Dr. Kovács Balázs Dr. Lovassy Rita Dr. Pődör Bálint Óbudai Egyetem KVK Mikroelektronikai és Technológia Intézet 11. ELŐADÁS
1
PÉLDA: 3 A 8 KÖZÜL DEKÓDÓLÓ A B C E1 E2
3/8
O0 O1 O7
Háromból nyolcvonalas dekódoló engedélyező bemenettel. A kimeneti kapuk négy bemenetűek, három fogadja a bemeneti kódot, az engedélyező jel a kimeneti kapuk negyedik bemenetére kerül.
2
HOGYAN HASZNÁLHATÓ EGY 4/16-OS DEKÓDER 3/8-AS DEKÓDERKÉNT? A 20 B 21 C 22
D 23
0 1 2 ... 8 ... 14 15
D bemenetet földre kötjük A, B, C vezérlő bemenetek A kimeneteket 8…15-ig nem használjuk.
MSI 16-vonalas dekóder logikai rajza, csatlakozások elrendezése (”lábkiosztás”), 74154 http://www.ti.com.cn/cn/lit/ds/symlink/sn74154.pdf
4
MSI 16-vonalas dekóder igazság/működési tábla, 74154 5
http://www.ti.com.cn/cn/lit/ds/symlink/sn74154.pdf
DEKÓDER BŐVÍTÉS
Dekóder bővítés, funkcionális szint 6
DECODER EXPANSION: GATE LEVEL
ALKALMAZÁSOK: BCD(BIN)/DECIMÁLIS DEKÓDOLÓ A 20
BCD/DEC
B 21 C 22
D 23 0101bin ® 5dec
0 1 2 ... 5 ... 8 9
Gyakori alkalmazás a BCD/DEC átalakító. A bemenetek száma 4, a kimeneteké pedig 10. Az aktív kimenet lehet akár H szintű (1) akár L szintű (1) a realizálástól függően.
8
BCD(BIN)/DECIMÁLIS DEKÓDOLÓ ABCD 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ————————————————————— 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 ....... 1 0 1 0 1 0 1 1 ....... 1 1 1 1
0 0 0 0 0 0 0 0 X X X X X X X X
0 1 X X
X
X
X
X X
X
X X X
X
9
BINÁRIS/OKTÁLIS DEKÓDÓLÓ Oktális rendszerben három bites kódot kell nyolc vezetékre átkódolni. Megoldható BCD/DEC dekódolóval! A bemenet első három bitjét használjuk a negyediket (MSB) 0 logikai szintre (gyakorlatban 0 volt) kötjük. Ez a bemenet engedélyező bemenetként is használható.
10
BCD/DEC DEKÓDOLÓ MINT BIN/OKTÁLIS DEKÓDOLÓ A 20 B 21 C 22
BCD/DEC
0 1 2 ... 5 ... 8 9
A BCD/DEC dekódolót bináris/oktális dekódolónak használva csak a 0 ... 7 kimenetek lényegesek, a 8 és 9 kimeneteket nem használják.
D
Engedélyező bemenetként 1 tilt 0 engedélyez
11
BCD/7-SZEGMENSES KIJELZŐ DEKÓDOLÓ • Bemenet : 4 bit BCD digit (A, B, C, D) • Kimenet : 7 szegmens vezérlőjele (C0-C6)
c5 c4
c0 c6
c1 c2
c3 c0 c1 c2 c3 c4 c5 c6
BCD to 7–segment control signal decoder A B C D
12
7 SZEGMENSŰ KIJELZŐ VEZÉRLÉSE
Az integrált áramköri dekódoló-meghajtók egy külön csoportja a 7 szegmenses kijelzők vezérlésére használható. A dekóder-meghajtó BCD 8 4 2 1 súlyozású kódból állítja elő a 7 szegmensű kijelző vezérlésére alkalmas jeleket az a, b, c, d, 13 e, f, g jelű kimenetein.
LOGIKAI FÜGGVÉNYEK REALIZÁLÁSA DEKÓDERREL Tetszőleges kombinációs hálózat realizálható dekóder(ek) és kapuk felhasználásával! 0 P X Q
A
1
B
2
C
3
0 P X f(Q, X, P)
Q
A
1
B
2
C
3
4
4
5
5
6
6
7
7 (a)
Realize f (Q,X,P) = å (0,1,4,6,7)
f(Q, X, P)
(b) 14
LOGIKAI FÜGGVÉNYEK REALIZÁLÁSA DEKÓDERREL
0 P X Q
A
1
B
2
C
3
0 P X f(Q, X, P)
Q
A
1
B
2
C
3
4
4
5
5
6
6
7
7 (c)
f(Q, X, P)
(d)
15
LOGIKAI FÜGGVÉNYEK REALIZÁLÁSA DEKÓDERREL • Tetszőleges kombinációs hálózat realizálható dekóder(ek) és VAGY kapuk felhasználásával! • Példa: Teljes összeadó (TÖ) megvalósítása egy dekóderrel és két VAGY kapuval. • A TÖ logikai összefüggései (a bemenetek X, Y, és Z): – S(X,Y,Z) = S3(1, 2, 4, 7) – C (X,Y,Z) = S3(3, 5, 6, 7). • Mivel 3 bemenet és összesen 8 minterm van, egy 3-to-8 dekóderre van szükség. 16
Implementing a Binary Adder Using a Decoder S(X,Y,Z) = SUM m(1,2,4,7) C(X,Y,Z) = SUM m(3,5,6,7)
17
TIPIKUS FELADATOK, TIPIKUS ÁRAMKÖRÖK Bemeneti kód Kimeneti kód ——————————————————————— n-bites bináris kódszó ”1 a 2n-ből” BCD (számjegy) ”tiszta” decimális számjegy (1 a 10-ből) 3-többletes ”tiszta” decimális számjegy (1 a 10-ből) BCD 7-szegmenses kijelző ”tiszta” bináris (szám) BCD BCD ”tiszta” bináris
18
MULTIPLEXEREK ÉS DEMULTIPLEXEREK
19
FUNKCIÓK A multiplexerek és demultiplexerek olyan kiválasztó áramkörök, amelyek alkalmasak mind a bemenet, mind a kimenet kiválasztására. Kétfajta kiválasztó áramkör - több bemenet közül egyet kapcsol a közös kimenetre (multiplexer) - egy bemenetet kapcsol több kimenet valamelyikére (demultiplexer);
20
MULTIPLEXER Feladata több bemenő jel közül egy kiválasztása 2n adatbemenet, egy adatkimenet, n db vezérlőbemenet, melyek kiválasztanak egy adatbemenetet. Felhasználható még: párhuzamos – soros adatkonverter.
A B C D
Multiplexer 4-1
Q
S1 S0 21
MULTIPLEXER ELVI VÁZLATA
Bemenetek
Io I1
Kimenet
In-1
Kiválasztó bemenetek (adat kiválasztó, data selector)
22
MULTIPLEXEREK D0 D1
Engedélyező bemenet „ENABLE”
E ADAT
MX
bemenetek
„2n”
D2 A DAT kimenet Y OUT
Y=D1n20
Dn 13 14 15 12 1 5 2 4
„DATA”
11 10 9
CÍMZŐ bemenetek
„n”
6
„ADDRESS”
16 7
.
X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 A B C INH VDD VEE
X
3
Adat bemenetek száma
8/3/1 MPX Kimenetek száma Címző bemenetek száma 23
MULTIPLEXER: MŰKÖDÉS ÉS BELSŐ FELÉPÍTÉS
24
4/2/1 MULTIPLEXER: BELSŐ FELÉPÍTÉS D0 D1
4-to-1 Multiplexer
D2
Y
D3
B
A
Selection code (a)
B
A
Y
0 0 1 1
0 1 0 1
D0 D1 D2 D3
(b)
D0
D0
D1
D1 Y
Y
D2
D2
D3
D3 0 1 2 3 2-to-4 Decoder
25 B
A
(c)
B
A
(d)
4/2/1 MULTIPLEXER
26
MULTIPLEXEREK BŐVÍTÉSE E D0
D0
D1
D1
D2
D2
D3
D3
D4
D4
D5
D5
D6
D6
D7
D7
E
8/3/1
Y
MX D0 A0
A1
A2
D1 D2
A0
D3
A1
D4 A2
8/3/1
Y
MX
Y
D5
D8
D0
D9
D1
D10
D2
D11
D3
D12
D4
D13
D5
D14
D6
D15
D7
A3
E
A0
A1
A2
D6 D7
8/3/1
A0
A1
A2
Y
MX E
27
MULTIPLEXER: CSATORNA SZÁMÁNAK NÖVELÉSE
16 adatbemenetet fogadó multiplexer kialakítása 4-bemenetű multiplexerekből. 28
MULTIPLEXER: CSATORNA SZÉLESSÉG BŐVÍTÉSE
3 kimenteti csatornás,csatornánként 4-4 adatvonalat kezelő multiplexer kialakítása 4/1 multiplexererekből. 29
MULTIPLEXER MINT KOMBINÁCIÓS LOGIKAI HÁLÓZAT A kimenet szempontjából a multiplexer egyszintű kombinációs hálózatnak tekinthető. Jó tulajdonság: gyors működés. A kiválasztott bement szempontjából a késleltetés egységnyi.
30
A
Logikai egyenlet: _ Y=SB+SA
& 1
S B
& &
Hazárd! (kritikus: S váltása, ha A=B=1) Hazárdmentesítés: _ Y=SB+SA+AB
Az AB kapu nélküli hálózatoz 4 NAND (74LS00, tpd=9,5 ns) kapuval labor panelen megépítve a hazárdos működés 31 észlelhető volt.
32
MULTIPLEXER MINT KOMBINÁCIÓS HÁLÓZAT
Q = Σ3(1,2,3,5,7) Közvetlenül a mintermeket állítja elő! 33
MULTIPLEXER: PROGRAMOZHATÓ UNIVERZÁLIS ÁRAMKÖR Multiplexer alkalmazás: ”minterm generátor” vagy ”univerzális kapu” funkció! Pl. 8/1-es multiplexerrel (MSI, 1 tok) bármely 3-változós logikai függvény realizálható 1 db IC tokkal. Ez a megoldás egyben programozható!
34
MULTIPLEXER MINT UNIVERZÁLIS KOMBINÁCIÓS HÁLÓZAT
35
LOGIKAI FÜGGVÉNYEK REALIZÁLÁSA MULTIPLEXERREL B
A
10 4
1
13
2
15
7
16
F ( A, B, C ) = å 3 (0,3,5,6)
C
„1”
F(A, B, C) = A × B × C + A × B × C + A × B × C + A × B × C
„1” D0
Kapukkal minimum 3 tok
E
D1 D2 D3 D4
8/3/1
Y
MX
F
D5 D6 D7
A0
A1
A2
Multiplexerrel egyetlen tok „0”
CB A 36
MULTIPLEXER BASED IMPELEMTATION OF XOR FUNCTION
ALKALMAZÁSI PÉLDA Megvalósítandó:
F=AB+BC+AC
C 0
1
2
3
6
A 4
B
A Karnaugh táblából kiolvasva: F = Σ3(3,5,6,7)
38
MEGVALÓSÍTÁSI PÉLDA Megvalósítandó:
F=AB+BC+AC
A B Þ 1 1 x Þ 110 vagy 111, minterm indexek 6, 7 B C Þ x 1 1 Þ 011 vagy 111, minterm indexek 3, 7 C D Þ 1 x 1 Þ 101 vagy 111, minterm indexek 5, 7 F = Σ3(3,5,6,7) Realizálás: MUX címbemenet: A B C MUX adatbemenet: 3,5,6,7 Þ 1 (magas szint) 0,1,2,4 Þ 0 (alacsony szint) 39
MEGVALÓSITÁS 2/4 MUX-SZAL i
A
B
C
F
0 1 2 3 4 5 6 7
0 0 0 0 1 1 1 1
0 0 1 1 0 0 1 1
0 1 0 1 0 1 0 1
0 0 0 1 0 1 1 1
0 C
0 C C 1
2/4 MUX
F
C 1
A
B
40
FULL ADDER: 4/2/1 MUX IMPLEMENTATION Ai Bi Ci-1 Si Ci Si ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾ 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 Ci-1 ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾ 0 1 0 1 0 ___ 0 1 1 0 1 Ci-1 ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾ 1 0 0 1 0 ___ 1 0 1 0 1 Ci-1 ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾ 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 Ci-1
Ci 0 Ci-1 Ci-1
1
41
FULL ADDER: 4/2/1 MUX IMPLEMENTATION ___ 0
1 Ci-1 Ci-1 MU MUX MM
Si
Ai Bi MU MUX X Ai Bi
Ci
42
Demultiplexer • Feladata egy jel kapcsolása választható kimenetre • Egy adatbemenet, 2n adatkimenet, n db vezérlőbemenet, melyek kiválasztanak egy adatkimenetet
43
DEMULTIPLEXER ELVI VÁZLATA
Adat bemenet
Oo O1
Kimenetek
On-1 Kiválasztó bemenetek Feladata egy jel kapcsolása választható kimenetre Egy adatbemenet, 2n adatkimenet, 44 n db vezérlőbemenet, melyek kiválasztanak egy adatkimenetet
DEMULTIPLEXEREK A DAT bemenet D „DATA IN”
Y0 Y1 Y2
DMX
ADAT KIMENETEK
„2n”
2n - 1
„DATA OUT ”
CÍMZŐ
Y0
bemenetek
„n”
Y1
„ADDRESS” D
Y2
Yn
45
Demultiplexer 1 0 Demultiplexer
A
1-4
S1 S0
Q0 Q1 Q2 Q3
0 1
0 0
A
1
1
Q1
0
1
Q0
1 0
Q2 Q3
S1=1 S0=0 46
DEMULTIPLEXEREK Funkciójuk nagyon hasonló az ”1 az N-ből” dekódolóéhoz (gyakran helyettesíthetők is egymással). A bementi (bináris) kombináció a demultiplexereben is egy adott kimenetet jelöl ki a többi közül, de ezen felül vannak adatbementei.
47
1/4 DEMULTIPLEXER
48
1 AZ N-BŐL DEKÓDOLÓ ÉS DEMULTIPLEXER ÖSSZEHASONLÍTÁSA
49
(DE-)MULTIPLEXER BŐVÍTÉS
50
