W przypadku spostrzeżenia błędu proszę o przesłanie informacji na adres

Transkrypt

1 PROJEKTOWANIE LICZNIKÓW (skrót wiadomości) Autor: Rafał Walkowiak W przypadku spostrzeżenia błędu proszę o przesłanie informacji na adres rafal.walkowiak@cs.put.poznan.pl 1. Synchroniczne łączenie liczników Do połączenia układów korzystamy z sygnału zgody na zliczanie ZZ, jednakowy sygnał zegarowy we wszystkich modułach, licznik wynikowy powstający po połączniu liczników Modulo X, modulo Y i modulo Z ma liczbę stanów równą X*Y*Z (licznik modulo X*Y*Z). 2. Asynchroniczne łącznie liczników Do połączenia układów korzystamy z wyjścia rejestrowego licznika (wyjścia najbardziej znaczącego bitu), sygnał ten staje się zegarem kolejnego modułu, zerowanie tego bitu (liczniki liczące w górę) występuje przy przepełnieniu - zerowaniu modułu jest to sygnał do zwiększenia wartości kolejnego modułu licznika. licznik wynikowy powstający po połączniu liczników modulo X, modulo Y i modulo Z ma liczbę stanów równą X*Y*Z (licznik modulo X*Y*Z), Na poniższym schemacie zbocze aktywne wejścia zegarowego to zbocze opadające. 1

2 3. Projektowanie liczników synchronicznych metodą syntezy na przerzutnikach D i JK Kroki metody: Określenie tabeli przejść przerzutników zawiera stany bieżące SB i kolejne SN Określenie stanów wzbudzeń przerzutników zapewniających wymagane przejścia Określenie funkcji wzbudzeń poszczególnych wejść przerzutników ( w zależności od typu) Metoda syntezy: Przykład licznika synchronicznego ze stanami (0,4,2,3,6) na przerzutnikach JK z wejściami zerującymi zapewniającymi rozpoczęcie pracy od stanu 0. SB SN J2 K2 J1 K1 J0 K Wprowadzając licznik w jeden z stanów cyklu przed rozpoczęciem zliczania zapewniamy, że licznik nie znajdzie się w stanie 1,5,7 a tym samym wartości funkcji wejść dla kombinacji wejść odpowiadających tym stanom jest dowolna. J2=Σ(0,3)+d(1,4,5,6,7) K2= Σ(4,6)+d(0,1,2,3,5,7) J1= Σ(4)+d(1,2,3,5,6,7) K1= Σ(6)+d(0,1,4,5,7) J0= Σ(2)+d(1,3,5,7) K0= Σ(3)+d(0,1,2,4,5,6,7) 2

3 Metoda syntezy: Przykład licznika synchronicznego ze stanami (0,4,2,3,6) na przerzutnikach D z wejściami zerującymi zapewniającymi rozpoczęcie pracy od stanu0. SB SN D0= Σ(2)+d(1,5,7) D1= Σ(2,3,4)+d(1,5,7) D2= Σ(0,3)+d(1,5,7) 4. Projektowanie liczników asynchronicznych metodą syntezy Kroki metody: Określenie sygnałów zegarowych przy następujących ograniczeniach: - Przerzutnik o najszybciej zmieniającym się przebiegu wyjścia taktowany jest sygnałem zegarowym. - Przerzutnik może być taktowany sygnałem wyjściowym (prostym lub negowanym) przerzutnika zapewniającym właściwe zbocze (narastające lub opadające w zależności od sposobu pracy przerzutnika). Zbocze jest niezbędne do realizacji wymaganej zmiany wyjścia przerzutnika. Mogą pojawić się zbocza nadmiarowe. Określenie wzbudzeń przerzutników zapewniających wymagane przejścia (wzbudzenia należy zdefiniować jako dowolne dla wszystkich tych stanów licznika, w których zbocze zegarowe na wejściu danego przerzutnika się nie pojawi). 3

4 Określenie funkcji wzbudzeń konkretnego przerzutnika zależnej od wymaganego przejścia, typu przerzutnika i liczby zboczy zegarowych na wejściu danego przerzutnika. Metoda syntezy: Przykład licznika asynchronicznego modulo 10 w kodzie naturalnym binarnym czyli ze stanami (0,1,2,3,4,5,6,7,8,9) na przerzutnikach D z wejściami zerującymi zapewniającymi rozpoczęcie pracy od stanu 0 (nie będzie stanów 10-15). QD QC QB QA ZEGAR- NIE QA ZEGAR NIE QB ZEGAR NIE QA ZEGAR CLK Kolorem żółtym oznaczono stany w których powinno pojawić się zbocze zegarowe niezbędne do zmiany stanu przerzutnika (aby uzyskać kolejny stan różny od poprzedniego). Zbocze zegarowe dla każdego przejścia na wyjściu przerzutnika jest zapewnione za pomocą sygnałów zegarowych wypisanych u dołu tabeli. W stanach w których nie pojawia się zbocze zegarowe wartość funkcji jest dowolna. Zbocza zegarowe pojawiają się dodatkowo poza niezbędnymi momentami także w stanach zaznaczonych na niebiesko (konieczność uwzględnienia tych stanów w funkcji wejść przerzutnika jako kombinacji wymagających określonych wartości wyjść). 4

5 DA= Σ(0,2,4,6,8)+d(10,11,12,13,14,15) DB= Σ(1,5)+d(0,2,4,6,8,10-15) DC= Σ(3)+d(0,1,2,4,5,6,8,9,10-15) DD= Σ(7)+d(0,2,4,6,8,10-15) 5. Projektowanie liczników metodą skracania zakresu liczenia 5.1. Metoda skracania - zerowanie synchroniczne Analiza czasów zerowanie synchroniczne Zasady: 1. nowy stan licznika jest spowodowany zboczem sygnału zegarowego, 2. zerowanie jest wyzwalane zboczem sygnału zegarowego podczas aktywności wejścia zgody na zerowanie (RESET) 3. Na czas trwania cyklu zegara przed zerowaniem składają się: 5

6 Czas propagacji od wej zegara do wyjść licznika przy zliczaniu - Tpl Czas wykrycia stanu maksymalnego przez układ kombinacyjny na wyjściu licznika czyli czas propagacji układu kombinacyjnego - Tpuk Czas wyprzedzenia informacji na wejściu licznika zgody na zerowanie (RESET) przed zboczem aktywnym zegara - Tx> Ts TCLK> Tpl+Tpuk+Ts 5.2. Metoda skracania - zerowanie asynchroniczne Analiza czasów zerowanie asynchroniczne Zasady: 1. nowy stan licznika jest spowodowany zboczem sygnału zegarowego, 2. zerowanie jest wyzwalane poziomem sygnału RESET trwającym odpowiednio długo 3. impuls aktywny sygnału zerującego zanika po wykryciu wartości innej niż maksymalna przez układ kombinacyjny 4. Na czas trwania cyklu zegara z zerowaniem składają się: Czas propagacji od wej zegara do wyjść licznika przy zliczaniu - Tpl 6

7 Czas wykrycia stanu maksymalnego przez układ kombinacyjny na wyjściu licznika czyli czas propagacji układu kombinacyjnego - Tpuk Czas propagacji od wejścia RESET do wyjść licznika TplR Czas wykrycia zmiany wyjść licznika ze stanu maksymalnego na inny czyli czas propagacji układu kombinacyjnego Tpuk Czas martwy Ty>TM TCLK> Tpl+Tpuk+TplR+Tpuk+TM Czas trwania impulsu na wejscu zerowania: TRESET=TplR + Tpuk Analiza parametrów czasowych układu skracania zakresu zliczania licznika, zerowanie asynchroniczne (WARIANT z zatrzaskiem RS w torze sygnału zerowania) 7

8 Zasady: 1. nowy stan licznika jest spowodowany zboczem sygnału zegarowego, 2. zerowanie jest wyzwalane poziomem sygnału RESET trwającym odpowiednio długo 3. impuls aktywny sygnału zerującego zanika po wykryciu wartości innej niż maksymalna oraz po przełączeniu zatrzasku, które jest wyzwalane upływem połowy okresu sygnału zegarowego (dla wyliczenia warunku spełnienia obu warunków konieczne zastosowanie operatora maksimum z podanych czasów generacji sygnałów) 4. Na czas trwania cyklu zegara z zerowaniem składają się: Czas od zbocza aktywnego zegara do końca impulsu zerowania oraz Czas martwy - TM Czas od zbocza aktywnego do końca impulsu zerowania to wartość MAKSYMALNA z : Czas propagacji od wej zegara do wyjść licznika przy zliczaniu - Tpl Czas wykrycia stanu maksymalnego przez układ kombinacyjny na wyjściu licznika czyli czas propagacji układu kombinacyjnego - Tpuk Czas przejścia sygnału zerowania przez bramkę zatrzasku RS - Tpb Czas propagacji od wejścia RESET do wyjść licznika TplR Czas wykrycia zmiany wyjść licznika ze stanu maksymalnego na inny czyli czas propagacji układu kombinacyjnego Tpuk Czas przejścia sygnału zerowania przez bramkę zatrzasku RS Tpb ORAZ Połowa okresu zegara ½ Tclk Czas przejścia kończącego zerowanie przez bramkę NOT i 2 bramki zatrzasku RS 3*Tpb TCLK> MAX (Tpl+Tpuk+Tpb+TplR+Tpuk+Tpb,1/2Tclk+3*Tpb)+ TM Czas trwania impulsu na wejściu zerowania jest różnicą pomiędzy momentem zakończenia zerowania wyliczonym powyżej, a momentem rozpoczęcia zerowania = Tpl+Tpuk+Tpb Analiza parametrów czasowych układu skracania zakresu zliczania licznika, zerowanie asynchroniczne (WARIANT z blokadą niegotowego sygnału zerowania) 8

9 ZASADY: 1. nowy stan licznika jest spowodowany zboczem sygnału zegarowego, 2. zerowanie jest wyzwalane poziomem sygnału RESET trwającym odpowiednio długo, 3. impuls aktywny sygnału zerującego pojawia się po usunięciu jego blokady, usunięcie blokady jest wyzwalane upływem połowy okresu sygnału zegarowego. Na czas trwania cyklu zegara z zerowaniem składają się: Połowa impulsu zegarowego ½ Tclk Propagacja przez bramkę blokady Tpb Czas propagacji od wejścia RESET do wyjść licznika TplR Czas wykrycia zmiany wyjść licznika ze stanu maksymalnego na inny czyli czas propagacji układu kombinacyjnego Tpuk Czas przejścia sygnału zerowania przez bramkę blokady Tpb Czas martwy TM TCLK> ½ Tclk +Tpb+TplR+Tpuk+Tpb+TM 9