Transcript 5. Kombinační obvody

CIT
Kombinační obvody
Díl V
Číslicová technika

Téma:

Předmět:

Ročník:

Autor:

Škola:

Počet:

Verze:
Kombinační obvody (5)
CIT
2
Juránek Leoš Ing.
SŠE Frenštát p.R.
25 snímků
1.2008
Obsah „Kombinační obvody“
Nová kapitola








Syntéza kombinačních obvodů
Kombinační obvod
Dekodér, kodér
Multiplexer
Demultiplexor
Komparátor
Sčítačka
Hlídání a generování parity
Pojmy k zapamatování

Kombinační obvod, dekodér (binární kód - 7 segmentů , 1 z
N) , kodér, multiplexer, demultiplexer, sčítačka, komparátor,
generátor parity.
Syntéza kombinačních obvodů
1. Slovní zadání
2. Definování vstupních a výstupních
logických proměnných
3. Popis logických funkcí pomocí
pravdivostní tabulky.
4. Minimalizace logické funkce.
5. Obvodová realizace pomocí
elektronických nebo reléových obvodů.
5
NEXT: PROBLÉMOVÝ
PŘÍKLAD
Problémový příklad
Signalizace výšky hladiny
1. Výška hladiny je snímána třemi senzory
SH – horní senzor
SP – prostřední senzor
SD – dolní senzor
Senzor dává log 1 pokud je zaplaven vodou.
6
NEXT: FUNKCE Y1
Signalizace výšky hladiny
Problémový příklad
2. Y1=1
V nádrži poklesla voda pod dolní senzor, horní
a prostřední indikuje stav bez vody.
SH
SP
SD
7
NEXT: FUNKCE Y4
Signalizace výšky hladiny
Problémový příklad
3. Y4=1
Všechny tři senzory indikují vodu.
SH
SP
SD
8
NEXT: FUNKCE Y2
Signalizace výšky hladiny
Problémový příklad
4. Y2=1
Hladina je mezi dolním a prostředním
senzorem.
SH
SP
SD
9
NEXT: FUNKCE Y3
Signalizace výšky hladiny
Problémový příklad
5. Y3=1
Hladina je mezi prostředním a horním
senzorem.
SH
SP
SD
10
NEXT: FUNKCE YE
Signalizace výšky hladiny
Problémový příklad
6. Ye=1
Horní senzor indikuje vodu a senzory níže
položené nikoliv nebo
prostřední senzor indikuje vodu spodní nikoliv
nebo
horní senzor a spodní senzor indikuje vodu
prostřední nikoliv.
...
11
NEXT: BLACK
BOX
Signalizace výšky hladiny
Problémový příklad
Úkol: nalezněte zapojení černé skříňky
SH
SP
SD
Plná Y4
Černá
skříňka
Skoro plná Y3
Skoro prázdná Y2
?
Prázdná Y1
Chyba Ye
12
NEXT: PRAVDIVOSTNÍ
TABULKA
Signalizace výšky hladiny
Problémový příklad
Pravdivostní tabulka
Vstup
SH
SP
SD
Y1
Y2
Y3
Y3
Ye
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
1
0
1
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
1
0
1
1
0
0
1
0
0
1
0
0
0
0
0
0
1
1
0
1
0
0
0
0
1
1
1
0
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
0
1
0
13
NEXT: KARNAUGHOVY
MAPY
Signalizace výšky hladiny
Problémový příklad
Karnaughovy mapy
14
NEXT: MINIMALIZOVANÉ
FUNKCE
Signalizace výšky hladiny
Y1
SH
SD
SP
Problémový příklad
1 0 0 0
0 0 0 0
Karnaughova mapa
15
NEXT: K-MAPA 3 PROMĚNNÉ
Signalizace výšky hladiny
Y2
SH
SD
SP
Problémový příklad
0 1 0 0
0 0 0 0
16
NEXT: K-MAPA 3 PROMĚNNÉ
Signalizace výšky hladiny
Y3
SH
SD
SP
Problémový příklad
0 0 1 0
0 0 0 0
17
NEXT: K-MAPA 3 PROMĚNNÉ
Signalizace výšky hladiny
Y4
SH
SD
SP
Problémový příklad
0 0 0 0
0 0 1 0
18
NEXT: K-MAPA 3 PROMĚNNÉ
Signalizace výšky hladiny
Ye
SH
SD
SP
Problémový příklad
0 0 1 0
0 1 1 1
19
NEXT: K-MAPA 3 PROMĚNNÉ
Signalizace výšky hladiny
Minimalizované funkce
Y 1  SD.SP.SH
Y 2  SD.SP.SH
Y 3  SD.SP.SH
Y 4  SD.SP.SH
Ye  SD.SP  SP.SH
20
NEXT: VÝROK
Problémový příklad
Signalizace výšky hladiny
21
NEXT: VÝROK
Problémový příklad
Nová kapitola
Kombinační
obvody
22
NEXT: KOMBINAČNÍ
OBVOD
Kombinační obvod
Okamžitá hodnota výstupních proměnných
je dána pouze okamžitou hodnotou vstupních
proměnných.
Yi  f ( X j )
23
NEXT: TYPY KOMBINAČNÍCH
OBVODŮ
Typy kombinačních obvodů
Dekodér a kodér (kódování a
dekódování)
Multiplexor a demultiplexor
(přepínač)
Sčítačka (provádí aritmetické operace)
Generátor parity (vypočítává paritní bit)
24
NEXT: DEKODÉR,
KODÉR
Dekodér
Dekodér je logický obvod,
který v závislosti na kombinaci
vstupních proměnných, generuje
na výstupech kód.
25
NEXT: DEKODÉR,
KODÉR
Dekodér
 Binární dekodér
převádí dvojkové číslo na jiné dvojkové
číslo.
 Dekodér 1 z N
převádí dvojkové číslo na kód 1 z N
 BCD dekodér
převádí dvojkové číslo na BCD.
 Dekodér pro segmentové displeje
26
NEXT: DEKODÉR,
KODÉR
Dekodér 1 z 4
Kód 1 z N znamená, že v každém stavu má
pouze jeden výstup hodnotu 1
Vstup
Výstup
B
A
EN
Y0
Y1
Y2
Y3
x
x
0
0
0
0
0
0
0
1
1
0
0
0
0
1
1
0
1
0
0
1
0
1
0
0
1
0
1
1
1
0
0
0
1
27
NEXT: DEKODÉR,
KODÉR
Dekodér 1 z 4
A
B
Decoder
EN
 Vstup A,B
 Výstup Y0,Y1,Y2,Y3
 Povolovací vstup EN
28
NEXT: DEKODÉR,
KODÉR
Y0
Y1
Y2
Y3
Dekodér z BCD do 7-seg.displej
Segment svítí je-li na výstupů log 0, displej je se
společnou anodou
a
f
g
e
c
d
29
NEXT: DEKODÉR,
KODÉR
b
Dekodér z BCD do 7-seg.displej
Vstup
Výstup
D
C
B
A
a
b
c
d
e
f
g
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
0
0
1
0
1
0
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
1
1
1
0
0
1
0
1
0
1
0
0
0
1
1
0
0
0
1
0
0
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
0
1
0
1
0
0
0
0
0
0
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
0
1
0
0
0
0
1
0
0
a
f
g
e
b
c
d
Dekodér 1 z 4
A
B
Decoder
EN
 Vstup A,B
 Výstup Y0,Y1,Y2,Y3
 Povolovací vstup EN
31
NEXT: KODÉR
Y0
Y1
Y2
Y3
Kodér
Kodér převádí kód 1 z N na binární kód
Příkladem kódování je zapojení klávesnice
Vstup
Výstup
A
B
C
D
EO
Y1
Y0
1
0
0
0
1
0
0
0
1
0
0
1
0
1
0
0
1
0
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
0
Ostatní
32
NEXT:KÓDER
Kodér
A
B
C
D
Y0
Y1
Encoder
EO
 Vstup A,B,C,D
 Výstup Y0,Y1
 Stav výstupu EO
33
NEXT: DEKODÉR,
KODÉR
Multiplexor
Mutliplexor
je obvod, který v závislosti na adrese,
přepojuje datové vstupy na jeden výstup.
34
NEXT: DEKODÉR,
KODÉR
Multiplexor
35
NEXT: PRAVDIVOSTNÍ
TABULKA

Vstup D0,D1,D2,D3

Adresa A0,A1

Povolovací vstup E

Výstup Y
Multiplexor
Pravdivostní tabulka
Vstup
36
Výstup
E
A1
A0
D0
D1
D2
D3
Y
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0 0
0 0
0 1
0 1
1 0
1 0
1 1
1 1
X X
0
1
X
X
X
X
X
X
X
X
X
0
1
X
X
X
X
X
X
X
X
X
0
1
X
X
X
X
X
X
X
X
X
0
1
X
0
1
0
1
0
1
0
1
0
NEXT: JINÉ TYPY MULTIPLEXERŮ
Multiplexor
Typ
Logická funkce
N
A
D
74150
1x16 vstupů
1
4
16
74151
1x8 vstupů
1
3
8
74153
2x4 vstupy
2
2
4
74157
4x2 vstupy
4
1
2
37
NEXT: DEMULTIPLEXOR
Demultiplexor
Demultiplexor
je obvod, který v závislosti na adrese ,
přepojuje jeden datový vstup na více
výstupů
38
NEXT: FUNKČNÍ
SCHÉMA
Demultiplexor
39
NEXT: PRAVDIVOSTNÍ
TABULKA

Vstup D0

Adresa A0,A1

Povolovací vstup E

Výstupy Y0,Y1,Y2,Y3
Demultiplexor
Pravdivostní tabulka
Vstup
Výstup
E
A1
A0
D0
Y0
Y1
Y2
Y3
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
1
1
1
1
X
0
0
1
1
0
0
1
1
X
0
1
0
1
0
1
0
1
X
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
Demultiplexor
41
Typ
Logická funkce
N
A
D
74138
Dekóder 1 z 8 vstupů
1
3
8
74139
Dekóder 2 x 1 z 4 vstupů
2
2
4
74154
Dekóder 1 z 16 vstupů
1
4
16
Sčítačka
Sčítačka
je obvod, který provádí sčítání dvou
binárních čísel
42
Sčítačka
A  1011
 B  1110
 carry  1110
A  B  11001
43
Sčítačka
Sčítáme jednotlivé bity čísla a zároveň
přičítáme přenosy z nižších řádů.
0. řád součtu = 0. řád sčítance 1 + 0. řád sčítance 2
1. řád součtu = 1. řád sčítance 1 +1. řád sčítance 2 +
přenos z 0. řádu
44
Sčítačka
Sčítačka se skládá z poloviční
sčítačky a z několika úplných
sčítaček
45
Sčítačka
46
Sčítačka
Poloviční sčítačka
má jen dva vstupy - A0 a B0
Vstup
A0
B0
vstup
0
0
1
1
47
0
1
0
1
Výstup
S0
C0
součet
přenos
0
1
1
0
0
0
0
1
Sčítačka
Úplná sčítačka
má tři vstupy - An a Bn a Cn
Vstup
Cn
An
Výstup
Bn
vstup
48
Sn+1
Cn
součet
přenos
0
0
0
0
0
0
0
1
1
0
0
1
0
1
0
0
1
1
0
1
1
0
0
1
0
1
0
1
0
1
1
1
0
0
1
1
1
1
1
1
Komparátor
Komparátor je obvod, který porovnává
dvě binární čísla
Vstup
Výstup
A
B
Y
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
0
Y  A B
Porovnání realizuje logická funkce
Exklusive OR
Komparátor
Jednotlivé bity se porovnají obvodem
EXCLUSIVE OR. Výstupy vyhodnotíme
vícevstupým obvodem NAND
Komparátor
Komparátor
Vstupy
Výstupy
A1
A0
B1
B0
f1
f2
f3
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
1
0
0
0
0
1
0
1
0
0
0
0
1
1
1
0
0
0
1
0
0
0
0
1
0
1
0
1
0
1
0
0
1
1
0
1
0
0
0
1
1
1
1
0
0
1
0
0
0
0
0
1
1
0
0
1
0
0
1
1
0
1
0
0
1
0
1
0
1
1
1
0
0
1
1
0
0
0
0
1
1
1
0
1
0
0
1
1
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
0
1
0
Generátor parity
Paritním bitem se kontroluje správnost
přenesených dat
Lichá parita (odd) je doplnění do lichého
počtu jedniček
Sudá parita (even) je doplnění do sudého
počtu jedniček
A
B
ODD
A
B
EVEN
0
0
1
0
0
0
0
1
0
0
1
1
1
0
0
1
0
1
1
1
1
1
1
0
Kontrola parity
Po přijetí dat se vygeneruje paritní bit
Paritní bit vygenerovaný se porovná
obvodem ekvivalence s přijatým
paritním bitem
Generátor parity
Vytvořte generátor liché parity pro
čtyřbitové číslo
A0
A1
A2
A3
?
LP
Generátor parity
Vstup
N
A3
A2
A1
A0
LP
0
0
0
0
0
1
1
0
0
0
1
0
2
0
0
1
0
0
3
0
0
1
1
1
4
0
1
0
0
0
5
0
1
0
1
1
6
0
1
1
0
1
7
0
1
1
1
0
8
1
0
0
0
0
9
1
0
0
1
1
10
1
0
1
0
1
11
1
0
1
1
0
12
1
1
0
0
1
13
1
1
0
1
0
14
1
1
1
0
0
15
1
1
1
1
1
Konec
Chod tří ventilátorů
Řešené příklady
Chod ventilátorů je snímán třemi
senzory
V1 – ventilátor V1
V2 – ventilátor V2
V3 – ventilátor V3
Senzor dává log 1 pokud je ventilátor
spuštěn.
59
NEXT: FUNKCE Y1
Chod tří ventilátorů
Řešený příklad
a. Y1=1
Je-li v chodu právě jeden (libovolný)
ventilátor ze tří.
b. Y2=1
Jsou-li právě dva libovolné ventilátory v
chodu.
c. Y3=1
Jsou-li v chodu nejméně dva ventilátory.
d. Y4=1
Jsou-li v chodu všechny tři ventilátory.
60
NEXT: FUNKCE Y4
Chod tří ventilátorů
Řešený příklad
Pravdivostní tabulka
Vstup
V3
V2
V1
Y1
Y2
Y3
Y3
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
0
0
0
0
1
0
1
0
0
0
0
1
1
0
1
1
0
1
0
0
1
0
0
0
1
0
1
0
1
1
0
1
1
0
0
1
1
0
1
1
1
0
0
1
1
61
NEXT: KARNAUGHOVY
MAPY
Chod tří ventilátorů
Y1
V3
V1
V2
Řešený příklad
0 1 0 1
1 0 0 0
62
NEXT: K-MAPA 3 PROMĚNNÉ
Chod tří ventilátorů
Y2
V3
V1
V2
Řešený příklad
0 0 1 0
0 1 0 1
63
NEXT: K-MAPA 3 PROMĚNNÉ
Chod tří ventilátorů
Y3
V3
V1
V2
Řešený příklad
0 0 1 0
0 1 1 1
64
NEXT: K-MAPA 3 PROMĚNNÉ
Chod tří ventilátorů
Y4
V3
V1
V2
Řešený příklad
0 0 0 0
0 0 1 0
65
NEXT: K-MAPA 3 PROMĚNNÉ
Chod tří ventilátorů
Řešený příklad
Minimalizované funkce
Y 1  V 1.V 2.V 3  V 1.V 2.V 3  V 1.V 2.V 3
Y 2  V 1.V 2.V 3  V 1.V 2.V 3  V 1.V 2.V 3
Y 3  V 1.V 3  V 1.V 2  V 2.V 3
Y 4  V 1.V 2.V 3
66
NEXT: VÝROK