Wykład nr 4

Download Report

Transcript Wykład nr 4

Elektronika cyfrowa i
mikroprocesory
Wykład 4
Plan
• Układy sekwencyjne
• Modele Mealy’ego i Moora
• Układy synchroniczne/asynchroniczne
• Przerzutniki
− Symbole
− Podstawowe układy
Układy sekwencyjne
• Stan wyjściowy Yt zależy od stanu wejścia X
oraz poprzedniego stanu wyjścia Yt-1
• Modelowanie poprzedniego stanu przez układy
pamięciowe
−
−
−
−
−
X=(x1,x2, …, xn) – wektor wejściowy
Y=(y1,y2, …, yn) – wektor wyjściowy
A=(q1,q2, …, qn) – wektor stanów wewnętrznych
Y=F(X) – funkcja dla układu kombinacyjnego
Yt=F(Xt,Yt-) – dla układu sekwencyjnego
Układy sekwencyjne
• Układ o skończonej liczbie stanów – FSM
(Finite State Machine) – gdy zbiory stanów
X,Y,A są skończone
• Deterministyczne
• Probalistyczne – operujemy
prawdopodobieństwem stanów wewnętrznych
(A) i wyjściowych (Y)
• Układ zupełny gdy dla wszystkich par (A,X)
istnieją określone wartości funkcji  i 
Dodatkowe pojęcia związane z
układami sekwencyjnymi
• Układ autonomiczny – gdy nie posiada wejść X,
• Gdy układ reaguje na stan wejść X – nazywamy
go statycznym
• Gdy układ reaguje na zmianę wejść Xt-/Xt –
nazywamy go dynamicznym
Modele układu sekwencyjnego
• Automat Mealy’ego

A

Y
X
− Y=(X,A), A=(X,At-)
•  - blok „pamięci”
•  - układ kombinacyjny
Modele układu sekwencyjnego
• Automat Moore’a

A

Y
X
− Y=(A), A=(X,At-)
•  - blok „pamięci”
•  - układ kombinacyjny
Budowa bloku 
• Blok  - można rozłożyć na elementy proste
−  - zawiera wyłącznie pamięć (rejestr)
−  - układ kombinacyjny
− At+= (W’), W’= (A,X)
• W zależności od tego czy układ posiada
wejście zegarowe dzielimy je na synchroniczne
lub asynchroniczne


W’
A
X
Zegar

Y
Układy asynchroniczne
• Zmiana stanu wyjściowego następuje natychmiast po
zmianie stanu wejścia
• Układ pamięciowy może być zrealizowany w postaci
układu kombinacyjnego z dodatnim sprzężeniem
zwrotnym
• Czas opóźnienia układu () zapewnia powstawanie
efektu pamięciowego
• Dozwolona zmiana tylko na 1 wejściu ze względu na
zjawisko hazard-u i „wyścigu”
• Tylko proste układy, ze względu na trudności z
eliminowaniem zjawisk niekorzystnych
Układy asynchroniczne cd
• W trakcie przełączania może pojawić się wiele
(p) stanów przejściowych na wyjściu –
najczęściej zjawisko niekorzystne (hazard).
• Układ może pracować w trybie
„generacyjnym” tworząc na wyjściu cyklicznie
powtarzające się sekwencje
• Stan wejścia nie może zmieniać się za szybko,
najwcześniej dopiero po czasie >p* (czas
ustalenia się stanu wyj. układu)
• Układy statyczne i dynamiczne
Układy synchroniczne
• Zmiana stanu wyjściowego następuje tylko w
określonych momentach czasu tn
• Sygnał sterujący nazywamy „zegarem”
• Wiele wejść może zmieniać się równocześnie
• Przy każdym cyklu zegara ustalana jest nowa wartość
wyjścia
• Czas t można reprezentować liczbami naturalnymi
(zamiast t   można napisać t1)
• W przeciwieństwie do układu asynchronicznego stały
stan wejścia X traktowany jest jako ciąg stanów
wejściowych
Opis układu sekwencyjnego
• Często stosowany opis słowny + przebiegi czasowy
(najczęściej dla asynchronicznych)
• Pełny opis powinien zawierać wszystkie elementy (A,
X, Y, , )
• Prezentowanie w postaci grafu zorientowanego,
tablice przejść i wyjść
• Każdy układ sek. można przedstawić w postaci modelu
Mealy’ego lub równoważnego modelu Moore’a
• Ostateczny wybór modelu zależy od tego który opis
jest prostszy w realizacji
Przebieg zależności czasowych
Graf modelu Mealy’ego
Konwersja modelu Moore’a w
Mealy’ego
Konwersja modelu Mealy’ego w
Moora
• Wymaga tablicy pośredniej z nowymi
wartościami A
• Tyle nowych wartości A ile było różnych
par XY w tablicy Mealy’ego
Konwersja przykład
Przerzutniki
• Układ sekwencyjny Moore’a który ma
jednobitowy stan wewnętrzny identyczny ze
stanem wyjścia
• Automat dwustanowy
• Wyjście oznaczane przez „Q”
• Symbol graficzny
Symbole przerzutników
synchronicznych
•a) Wyzwalanie poziomem
•b) Wyzwalanie zboczem
•c) Wyzwalanie impulsem
•d) Wyzwalanie impulsem z zatrzaskiwaniem danych
Przerzutnik RS
Przerzutnik RS cd.
Przerzutnik RS na bramkach NOR
Przerzutnik RS - przebiegi
R
S
Q
Q
Przerzutnik RS wyzwalany
poziomem
Przerzutnik D
Pytania i uwagi
Zapraszam za tydzień