Digitalteknik 7.5 hp distans: 5.1 Generella sekvenskretsar 5.1.1

Transkript

1 Digitalteknik 7.5 hp distans: 5.1 Generella sekvenskretsar Från Wikipedia: Sekvensnät Ett sekvensnäts utgångsvärde beror inte bara på indata, utan även i vilken ordning datan kommer (dess sekvens). Därför består ett sekvensnät av ett kombinatoriskt nät och ett minne som återkopplas till nätet. Minnet lagrar vilket tillstånd som sekvensnätet befinner sig i, och är i form av ett antal vippor, tex D-vippor. Det kombinatoriska nätets uppgift är att läsa av det nuvarande tillståndet och insignaler, för att sedan avgöra vilket nästa tillstånd ska vara. Figur 5.5 Sekvenskrets av typ Moore

2 Digitalteknik 7.5 hp distans: 5.1 Generella sekvenskretsar Sekvensnät kallas ofta tillståndsmaskiner, Finite State Machines (FSM) Varianter av Moore FSM: CLK Register Insignaler Kombinations krets Kombinations krets Utsignaler Reset Mooremaskin,normal CLK Register Insignaler Kombinations krets Utsignaler Reset Mooremaskin, utsignaler = tillstånd

3 Digitalteknik 7.5 hp distans: 5.1 Generella sekvenskretsar Varianter av Moore FSM forts: CLK CLK Register Register Insignaler Kombinations krets Kombinations krets Utsignaler Reset Reset Mooremaskin, med synkrona utgångar CLK Register Kombinations krets Utsignaler Reset Mooremaskin, utan utsignaler, autonom

4 Digitalteknik 7.5 hp distans: 5.1 Generella sekvenskretsar Realisering av en sekvenskrets av typ Moore Specifikation: Sekvenskretsen har en insignal x och en utsignal u samt en klocksignal. Sekvenskretsen skall detektera förekomsten av minst 3 på varandra följande ettor på insignalen x x: u:

5 Digitalteknik 7.5 hp distans: 5.1 Generella sekvenskretsar Namn på tillstånd / Utsignalens värde Pilen markerar övergång omedelbart efter aktiv klockflank. Övergången styrs av insignalens värde (x=0 i figuren).

6 Digitalteknik 7.5 hp distans: 5.1 Generella sekvenskretsar 5.1.6

7 Digitalteknik 7.5 hp distans: 5.1 Generella sekvenskretsar Tillståndsdiagram Tillståndstabell

8 Digitalteknik 7.5 hp distans: 5.1 Generella sekvenskretsar Kodad tillståndstabell Insignaler utsignaler q1 q0 x q1+ q

9 Digitalteknik 7.5 hp distans: 5.1 Generella sekvenskretsar Insignaler utsignaler Karnaughdiagram för q1+, qo+ och u q1 q0 x q1+ q

10 Digitalteknik 7.5 hp distans: 5.1 Generella sekvenskretsar Kretsschema för sekvenskretsen Observera AND-OR nät följt av register (D-vippor)

11 Digitalteknik 7.5 hp distans: 5.1 Generella sekvenskretsar Tillståndskoden kan väljas godtyckligt. Enda kravet är att koden är olika i alla tillstånd. Exempel: Kretsschemat blir olika för olika kodning. I VHDL sker kodningen oftast automatiskt.

12 Digitalteknik 7.5 hp distans: 5.1 Generella sekvenskretsar Realisering av en sekvenskrets fundamentala steg 1. Specifikation 2. Tillståndsdiagram/tillståndstabell 3 Tillståndskodning 4. Booleska uttryck för nästa tillstånd och utsignaler 5. Kretsschema Att göra specifikationen och ett riktigt tillståndsdiagram kan vara svårt. De andra punkterna är enbart arbete eller görs med programvara.

13 Digitalteknik 7.5 hp distans: 5.1 Generella sekvenskretsar Antag att insignalen är 1 konstant Moore FSM: Utsignalen är 1 omedelbart efter den tredje klockflanken 0 S S1 0 1 S2 0 1 S3 1 1 Utsignalen i S3 är: Alltid Mealy FSM: Utsignalen är 1 innan den tredje klockflanken 0/0 S0 1/0 0/0 S1 1/0 S2 1/1 Utsignalen i S2 är: 1 om insignalen är 1 0 om insignalen är 0 0/0

14 Digitalteknik 7.5 hp distans: 5.1 Generella sekvenskretsar Mealymaskin, varianter Utsignaler Insignaler Kombinations krets Register CLK Reset Mealymaskin, normal CLK Utsignaler Insignaler Kombinations krets Register CLK Reset Reset Mealymaskin med synkrona utgångar

15 Digitalteknik 7.5 hp distans: 5.1 Generella sekvenskretsar Realisering av en sekvenskrets av typ Mealy: Omvandlare Gray- till Binär-kod Tillståndsdiagram

16 Digitalteknik 7.5 hp distans: 5.1 Generella sekvenskretsar Antalet tillstånd kan minimeras (ingår inte i kursen) Minimerat tillståndsdiagram

17 Digitalteknik 7.5 hp distans: 5.1 Generella sekvenskretsar Tillståndstabell

18 Digitalteknik 7.5 hp distans: 5.1 Generella sekvenskretsar Observera utsignalens placering i tabellen Vad är utsignalen i s2 = 010?

19 Digitalteknik 7.5 hp distans: 5.1 Generella sekvenskretsar

20 Digitalteknik 7.5 hp distans: 5.1 Generella sekvenskretsar

21 Digitalteknik 7.5 hp distans: 5.1 Generella sekvenskretsar

22 Digitalteknik 7.5 hp distans: 5.1 Generella sekvenskretsar Exempel 5.1 sid komplementet kan även bildas med en kombinationskrets. Med en sekvenskrets kan antalet bitar vara stort.

23 Digitalteknik 7.5 hp distans: 5.1 Generella sekvenskretsar Ex 5.1 forts 2-komplementet kan bildas enligt den alternativa regeln: Leta upp den minst signifikanta ettan i binärtalet. Invertera alla siffror till vänster om denna. Regeln är ovanlig men den är användbar för att konstruera ett tillståndsdiagram för 2-komplementomvandlaren X matas in med de minst signifikanta bitarna först => ; ( = ) Lösning med kretsschema, se sidorna

24 Digitalteknik 7.5 hp distans: 5.1 Generella sekvenskretsar Manuell lösning av exempel 5.1

25 Digitalteknik 7.5 hp distans: 5.1 Generella sekvenskretsar Tillståndsdiagram kan omvandlas Mealy Moore

26 Digitalteknik 7.5 hp distans: 5.1 Generella sekvenskretsar Moore FSM X = Inmatas i omvänd ordning. Efter flank 6 är omvandlingen klar

27 Digitalteknik 7.5 hp distans: 5.1 Generella sekvenskretsar Mealy FSM X = Inmatas i omvänd ordning. Innan flank 6 är omvandlingen klar

28 Digitalteknik 7.5 hp distans: 5.1 Generella sekvenskretsar

29 Digitalteknik 7.5 hp distans: 5.1 Generella sekvenskretsar

30 Digitalteknik 7.5 hp distans: 5.1 Generella sekvenskretsar

31 Digitalteknik 7.5 hp distans: 5.1 Generella sekvenskretsar