SWB - Układy sekwencyjne - wiadomosci podstawowe - wykład 4asz 1

Układy kombinacyjne - przypomnienie

• W układzie kombinacyjnymwyjscie zalezy tylko od wejsc,

SWB - Układy sekwencyjne - wiadomosci podstawowe - wykład 4asz 2

Przerzutnik a "efekt pamieci"

Jaka jest wartosc wyjscia Q ?

SWB - Układy sekwencyjne - wiadomosci podstawowe - wykład 4asz 3

Sprzezenie zwrotne a "efekt pamieci"

• W układach ze sprzezeniem zwrotnymwyjscieukładu ma wpływ na

wejscieukładu,

• Ten wpływ powoduje to, ze wyjscie układu zalezy nie tylko od wejsc,

ale równiez od historii wyjsc.

SWB - Układy sekwencyjne - wiadomosci podstawowe - wykład 4asz 4

Układy kombinacyjne i sekwencyjne

SWB - Układy sekwencyjne - wiadomosci podstawowe - wykład 4asz 5

Układy sekwencyjne jako system dynamiczny

x(k + 1) = a · x(k) + b · u(k) równanie stanu - funkcja wzbudzen

y(k) = c · x(k) + d · u(k) równanie wyjscia - funkcja wyjscia

• W układach sekwencyjnych (dynamicznych) wprowadza sie pojecie

stanu wewnetrznego,

• Stan wewnetrznyzalezy od stanu poprzedniego oraz wartosci wejscia,

• Stan wewnetrznymoze nie byc "widoczny" na wyjsciu (dlatego jest

"wewnetrzny").

SWB - Układy sekwencyjne - wiadomosci podstawowe - wykład 4asz 6

Automaty Meay’ego i Moore’a

Układ realizujacy funkcje wyjsc (λ) jest układem kombinacyjnym a blok

(δ) realizuje pamiec (układ sekwencyjny).

SWB - Układy sekwencyjne - wiadomosci podstawowe - wykład 4asz 7

Przerzutniki RS

S R Qt+1

0 0 zabroniona

0 1 1

1 0 0

1 1 Qt (poprzednie)

Qt+1 = Qt ·R+ S

• Przerzutniki sa podstawowymi elementami z których budujesie

układy sekwencyjne.

SWB - Układy sekwencyjne - wiadomosci podstawowe - wykład 4asz 8

Synchronizacja - wprowadzenie sygnału zegara

• W układach sekwencyjnych istotna jest sekwencja stanów,

• W celu synchronizacji tych zmian wprowadza sie dodatkowe

wejscie zwanewejsciem zegarowymlub zegarem,

• Wejscie moze aktywowac stanalbo zmiana stanuzbocze.

SWB - Układy sekwencyjne - wiadomosci podstawowe - wykład 4asz 9

Przełaczenie poziomem - zegar

S R Qt+1

0 0 Qt

0 1 0

1 0 1

1 1 zabroniona

• Jesli sygnał zegaraC = 0 zmiany sygnałówR i S nie maja zadnego wpływu

na wyjscie,

• Gdy zegarC = 1 wówczas wyjscie zmienia sie zgodnie z powyzsza tabela,

• Zmiana sygnałuC z 1 na0 powoduje "zatrzasniecie" stanu wyjscia - układ

ten czasami okresla sie jakozatrzask.

SWB - Układy sekwencyjne - wiadomosci podstawowe - wykład 4asz 10

Przerzutniki master-slave

SWB - Układy sekwencyjne - wiadomosci podstawowe - wykład 4asz 11

Przerzutniki typu D

D Qt+1

0 0

1 1

Qt+1 = D

• WyjscieQ przyjmuje stan z wejsciaD,

• Przerzutnik posiada dwa stany, z kazdym jest zwiazana wartosc wyjscia.

• Zmiana stanu nastepuje ze zboczem zegaraC,

• Przerzutnik posiada asynchroniczne (niezalezne od zegara) wejscie zerujace

(CLR) i ustawiajace (SET).

SWB - Układy sekwencyjne - wiadomosci podstawowe - wykład 4asz 12

Przerzutnik typu J-K

J K Qt+1

0 0 Qt

0 1 0

1 0 1

1 1 Qt

Qt+1 = J ·Qt +K ·Qt

• Przerzutnik posiada dwa stany, z kazdym jest zwiazana wartosc wyjscia,

• Przerzutnik posiada asynchroniczne (niezalezne od zegara) wejscie zerujace

(CLR) i ustawiajace (SET).

SWB - Układy sekwencyjne - wiadomosci podstawowe - wykład 4asz 13

Przerzutniki typu T

T Qt Qt+1

0 0 0

0 1 1

1 0 1

1 1 0

Qt+1 = T ⊕Qt

• Przerzutnik typu T (trigger) to taki przerzutnik, który po podaniu wartosci

logicznej1 na wejscie T i wyzwoleniu zboczem sygnału zegarowego,

zmienia stan wyjsc na przeciwny,

• Podanie0 na wejscie T powoduje zachowanie biezacego stanu przerzutnika.

SWB - Układy sekwencyjne - wiadomosci podstawowe - wykład 4asz 14

Równowaznosc przerzutników

SWB - Układy sekwencyjne - wiadomosci podstawowe - wykład 4asz 15

Rejestry

Czterobitowy rejestr przesuwny.

SWB - Układy sekwencyjne - wiadomosci podstawowe - wykład 4asz 16

Licznik pier scieniowy

SWB - Układy sekwencyjne - wiadomosci podstawowe - wykład 4asz 17

Licznik Johnsona

Wartosc dziesietna Wartosc binarna Kod Johnsona

0 0000 0000

1 0001 0001

2 0010 0011

3 0011 0111

4 0100 1111

5 0101 1110

6 0110 1100

7 0111 1000

Kod Johnsona- kod dwójkowy (bezwagowyi niepozycyjny).

SWB - Układy sekwencyjne - wiadomosci podstawowe - wykład 4asz 18

Generator liczb pseudolosowych z wykorzystanie rejestruprzesuwnego

Generowany ciag impulsów wykazuje charakter losowy.

SWB - Układy sekwencyjne - wiadomosci podstawowe - wykład 4asz 19

Realizacja generatora PRBS na rejestrze przesuwnym

1 2 3 4 5 6 7 8

?

����⊗

JJJ

��

- -PRBS��@@

zegar

Realizacja generatora PRBS z wykorzystaniem rejestru przesuwnego(ang.shift register)

• Dla T/To = 255 bity: 2, 3, 4, 8,

• Dla T/To = 1023 bity: 7, 10.

SWB - Układy sekwencyjne - wiadomosci podstawowe - wykład 4asz 20

Wynik działania generatora dla 255 i 1255 próbek

0 50 100 150 200 250 3000

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

0 200 400 600 800 1000 1200 14000

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

• Generatory liczb pseudo-losowych sa okresowe,

SWB - Układy sekwencyjne - wiadomosci podstawowe - wykład 4asz 21

Dzielnik czestotliwosci przez 2

• Przerzutnik JK zmienia stan na przeciwny po kazdym impulsiezegara, gdy jego oba wejscia utrzymywane sa w stanie wysokim,

• sama funkcje spełnia równiez drugi układ, poniewaz do wejscia Dprzerzutnika jest doprowadzany sygnał z jego własnego wyjsciaQ.

SWB - Układy sekwencyjne - wiadomosci podstawowe - wykład 4asz 22

Liczniki

Czterobitowy asynchroniczny licznik binarny.

SWB - Układy sekwencyjne - wiadomosci podstawowe - wykład 4asz 23

Liczniki modulo

Asynchroniczny licznik mod10

SWB - Układy sekwencyjne - wiadomosci podstawowe - wykład 4asz 24

Liczniki - wykorzystanie wej scia SET

Asynchroniczny licznik generujacy sekwencje3− 4− 5− 6− 7− 8.

SWB - Układy sekwencyjne - wiadomosci podstawowe - wykład 4asz 25

Zadania na cwiczenia

1. Z przerzutników typu D zbudowac cztrobitowy rejestr przesuwny,

2. Wykorzystuja zbudowany w punkcie 1. rejestr przesuwny zbudowaclicznik pierscieniowy,

3. Wykorzystuja zbudowany w punkcie 1. rejestr przesuwny zbudowaclicznik Johnsona,

4. Z przerzutników typu D zbodowac licznikmod9,

5. Z przerzutników typu D zbudowac licznik liczacy od3 do9,

6. Zbudowac zatrzask1-bitowy wykorzystujac przerzutniki RSzbudowane z bramek NAND.

7. Wygenerowac sekwencje stanów pseudolosowych posługujac sierejestrem przesuwnym z punktu 1. i bramka XOR. Okresl okressygnału. Sprawdz zachowanie układu dla róznych odczepówsygnałów podawanych na bramke XOR.