Konstruktionsmetodik för sekvenskretsar Föreläsning 7 Digitalteknik Mattias Krysander Institutionen för systemteknik
2 Dagens föreläsning Hantering av insignaler Initiering av starttillstånd Inför lab 2 Från problemformulering till tillståndsdiagram Ev. register
Hantering av insignaler
4 Hantering av insignaler Klocka Insignal brytare Avstudsning Synkronisering Enpulsning
Eliminering av kontaktstudsar Nät för eliminering av kontaktstudsar Förlopp vid knapptryckning Kontaktstudsar SR-latch Studsfri utsignal 5
6 Brytare i labbet Ej avstudsad Avstudsade Används för insignaler till sekvenskretsar
7 Hantering av insignaler Klocka Insignal brytare Avstudsning Synkronisering Enpulsning
8 Asynkrona insignaler Teori om synkrona sekvenskretsar gäller ej om insignaler är asynkrona. Asynkrona insignaler Brytare Sensorer Processorer med annan systemklocka
9 Problemet med asynkrona insignaler Inställningstid(set-up time): t su Hålltid (hold time): t h Fördröjning (propagation delay from low to high): t pdlh Ingångssignalen får ej ändras under inställningstid + hålltid Utsignal för en D-vippa i metastabilt tillstånd
10 Synkronisering av asynkrona insignaler Inför en så kallad synkroniseringsvippa på ingången. Ytterligare åtgärder Två kaskadkopplade synkroniseringsvippor. Bara en asynkron insignal i taget påverkar tillståndsövergångarna. Tillståndsövergångar där endast ett tillstånd ändras. Insignalens pulslängd > 2 klockperioder
11 Synkronisera asynkrona insignaler Asynkron insignaler x a kommer från Brytare Sensorer Använd synkroniseringsvippa: x a clk D C Q x Sekvenskrets
12 Hantering av insignaler Klocka Insignal brytare Avstudsning Synkronisering Enpulsning
Synkronisering + enpulsning av insignal 13
Initiering av starttillstånd
15 D-vippa med asynkrona ingångar PR D Q CK Q CLR Asynkrona ingångar: Clear (CLR), Preset (PR) aktivt låg CLR = 0 => Q = 0 PR = 0 => Q = 1 Vipporna på labben har CLR men ej PR. PR CLR CK D Q + 1 0 X X 0 0 1 X X 1 1 1 0 X Q 1 1 1 X Q 1 1 0 0 1 1 1 1
16 Nollställning ett exempel Autonom 2-bitsräknare ska förses med nollställning Asynkront Synkront
17 Asynkron nollställning Nollställning sker med resetna = 0, utan medverkan av klockan.
Synkron nollställning 18 Synkron nollställning aktiverad med resetn = 0
Synkron nollställning 19 En insignalkombination sätter nästa tillstånd till starttillståndet oberoende av nuvarande tillstånd. Hanteras därmed som vilken insignal som helst
Inför lab 2
21 Kopplingsregler Synkron funktion Synkron funktion: Insignaler måste synkas Påverkar bara synkrona ingångar Klocka: Kopplas direkt till kretsens alla klockingångar Klocka Asynkron reset: Nollställer alla register/vippor Kopplas till asynkrona ingångar Asynkron reset D Q CK Q CLR Blanda aldrig signaltyperna!
Från problemformulering till tillståndsdiagram
23 Lejonburen Lampa skall lysa när hägnet är tomt. Fotoceller: x i = 1 fotocellen skymd 0 annars Lampa: u = 0 släkt 1 tänd Vid start är båda lejonen i buren. Lejonen: a) Max ett lejon i porten b) Kan ej vända/backa i porten. c) Är längre än avståndet mellan x 1 och x 2. d) Rör sig långsamt i förhållande till klockfrekvensen.
28 Tillståndsdiagram för lejonburen Tillståndsdiagram framtaget på föreläsningen: Alternativt tillståndsdiagram:
Register
Register (lagringsutrymme) 30 Parallell in parallell ut
31 Skiftregister Serie in parallell ut/serie ut högerskift
32 Generellt (skift)register Serie in/parallell in serie ut/parallell ut skift höger/skift vänster
Generellt register - konstruktion 33
34 Register - användningsområden Parallell/seriell omvandling Fördröjning Implementering av stackar
35 Parallell/seriell omvandling Load Shift right
36 Fördröjning Shift right
Stackar (First in last out) 37
Digitalteknik Mattias Krysander www.liu.se