Układy kombinacyjne. cz.2

Transkrypt

1 Układy kombinacyjne cz.2

2 Układy kombinacyjne 2/26 Kombinacyjne bloki funkcjonalne

3 Kombinacyjne bloki funkcjonalne - dekodery 3/26 Dekodery Są to układy zamieniające wybrany kod binarny (najczęściej NB) na kod pierścieniowy (zanegowany lub nie). Dekodery dostępne w seriach układów cyfrowych oprócz wejść informacyjnych (dekodowanych), posiadają teŝ wejścia sterujące (odblokowujące wyjścia).

4 Kombinacyjne bloki funkcjonalne - dekodery 4/26 Dekoder NB 1z8 z wejściem odblokowującym A B C dekoder NB 1z8 A B C Y 7 Y 6 Y 5 Y 4 Y 3 Y 2 Y 1 Y 0 0 x x x Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7

5 Kombinacyjne bloki funkcjonalne - dekodery 5/26 Dekoder NB /1z8 z wejściem odblokowującym A B C dekoder NB 1z8 A B C Y 7 Y 6 Y 5 Y 4 Y 3 Y 2 Y 1 Y 0 1 x x x często stosowane w konstrukcji dekoderów adresów systemów mikroprocesorowych Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7

6 Kombinacyjne bloki funkcjonalne - dekodery 6/26 Dekoder BCD /1z10 A B C D dekoder BCD 1z10 ABCD Y 9 Y 8 Y 7 Y 6 Y 5 Y 4 Y 3 Y 2 Y 1 Y Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y8 Y9

7 Kombinacyjne bloki funkcjonalne - enkodery 7/26 nkodery zwykłe Działają odwrotnie do dekoderów - zamieniają kod pierścieniowy na kod NB lub inny. Przykład enkodera 1z10 NB. enkoder 1z10 NB X 9 X 8 X 7 X 6 X 5 X 4 X 3 X 2 X 1 X 0 ABCD X9 X8 X7 X6 X5 X4 X3 X2 X1 X Pracuje poprawnie tylko gdy na wejścia X podany jest poprawny kod pierścieniowy A B C D

8 Kombinacyjne bloki funkcjonalne - enkodery 8/26 nkodery priorytetowe Wejściom X i przypisane są priorytety. Na wejściach X i nie jest wymagany kod pierścieniowy. Wyjścia kodowe podają zawsze numer tego spośród aktywnych w danej chwili wejść X i, które ma najwyŝszy priorytet.

9 Kombinacyjne bloki funkcjonalne - enkodery 9/26 enkoder priorytetowy 1z8 NB X 7 X 6 X 5 X 4 X 3 X 2 X 1 X 0 ABC O x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x X7 X6 X5 X4 X3 X2 X1 X0 O A B NajwyŜszy priorytet ma wejście X 7, a najniŝszy X 0. JeŜeli słowo wejściowe X jest równe 01h albo 00h to wyjścia ABC = 000 rozróŝnienie umoŝliwia wyjście O C

10 Kombinacyjne bloki funkcjonalne - enkodery 10/26 Seryjne enkodery priorytetowe miewają dodatkowe wejścia zezwalające na ich pracę lub działają w tzw. logice ujemnej (aktywny niski poziom logiczny). Niektóre posiadają dodatkowe sygnały umoŝliwiające łączenie je w układy o zwielokrotnionej liczbie wejść priorytetowych. X15X14X13X12X11X10 X9 X8 X7 X6 X5 X4 X3 X2 X1 X0 priorytety: X15>...>X0 A3 10 X0 11 X1 12 X A2 A1 A X0 11 X1 12 X A2 A1 A X0 11 X1 12 X A2 A1 A A2 13 X3 1 X4 2 X5 3 X6 GS O X3 1 X4 2 X5 3 X6 GS O X3 1 X4 2 X5 3 X6 GS O A1 A0 4 X7 /I 4 X7 /I 4 X7 /I Typowym zastosowaniem enkoderów priorytetowych są proste sprzętowe kontrolery systemów przerwań. Zgłoszenia przerwań pochodzące z róŝnych źródeł są doprowadzone do wejść enkodera. Na jego wyjściu pojawia się kod aktualnie najwaŝniejszego ze zgłoszonych przerwań.

11 Kombinacyjne bloki funkcjonalne - transkodery 11/26 Konwertery kodów (transkodery) Układy słuŝące do zamiany jednego kodu na inny. Do budowy konwerterów moŝna wykorzystywać podstawowe bramki logiczne lub układy PLD. Bardzo wygodnym środkiem realizacyjnym są takŝe pamięci typu PROM. Przykładowo, PROM o pojemności 256B moŝe funkcjonować jako konwerter pomiędzy dowolnymi kodami 8-bitowymi: na wejścia adresowe A i podaje się kod wejściowy X, a z wyjść danych D i odczytuje się kod wyjściowy Y. X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 /C D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7

12 Kombinacyjne bloki funkcjonalne - transkodery 12/26 Układ przykład konwertera 4-bitowego kodu NB lub BCD na tzw. kod segmentowy, do sterowania wyświetlaczem 7segmentowym. dekoder 7447 DCBA LT RBI RBO a b c d e f g x x x x 0 x x x x x x x x x x x V A B C D RBI RBO LT 7447 A B C D RBI RBO LT a b c d e f g 7447 a b c d e f g f e a g d b c

13 Kombinacyjne bloki funkcjonalne - multipleksery 13/26 Multipleksery Multipleksery umoŝliwiają przekazanie informacji cyfrowej z jednego z wielu wejść na jedno wyjście. Multipleksery, oprócz N wejść i 1 wyjścia, posiadają jeszcze K wejść adresowych, wybierających jedno z wejść. Multipleksery mogą mieć takŝe wejścia odblokowujące ich pracę oraz zanegowane wyjścia sygnału wyjściowego Y.

14 Kombinacyjne bloki funkcjonalne - multipleksery 14/26 X7 multiplekser 8-1 A 2 A 1 A 0 Y x x x x X X X X X X X X 7 X6 X5 X4 X3 X2 X1 X0 Y X 7 Y X 0 A 2 A 1 A 0 A2 A1 A0

15 Kombinacyjne bloki funkcjonalne - multipleksery 15/26 Przy duŝej liczbie wejść multipleksery moŝna łączyć kaskadowo: X7 X6 X5 X4 X3 X2 X1 X0 X 7 X 0 A 2 A 1 A 0 Y Y X63 X62 X61 X60 X59 X58 X57 X56 X 7 X 0 A 2 A 1 A 0 Y +5V X 7 Y Y X15 X14 X13 X12 X11 X10 X9 X8 X 7 X 0 A 2 A 1 A 0 Y X7 X6 X5 X4 X3 X2 X1 X0 X 7 X 0 A 2 A 1 A 0 Y X 0 A 2 A 1 A 0 +5V A5 A4 A3 A2 A1 A0 A3 A2 A1 A0 +5V

16 Kombinacyjne bloki funkcjonalne - demultipleksery 16/26 Demultipleksery Działają odwrotnie do multiplekserów. Posiadają: 1 wejście informacji, 2 N wyjść i N wejść adresowych. Mogą teŝ być wyposaŝone w wejścia sterujące.

17 Kombinacyjne bloki funkcjonalne - demultipleksery 17/26 Y7 demultiplekser 1-8 Y6 A 2 A 1 A 0 Y 7 Y 6 Y 5 Y 4 Y 3 Y 2 Y 1 Y 0 x x x x X X X X X X X X X Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 X Y 7 Y0 Y 0 A 2 A 1 A 0 A2 A1 A0

18 Kombinacyjne bloki funkcjonalne - komparatory 18/26 Komparatory UmoŜliwiają porównywanie słów binarnych. Komparator jednobitowy: a b a>b a=b a<b a b a>b a=b a<b Rozbudowując powyŝszą sieć bramek uzyskuje się komparator wielobitowy. Iteracyjny komparator wielobitowy: komparator taki (zwany takŝe komparatorem szeregowym) porównuje kolejne pary bitów dwóch słów wejściowych, poczynając od najstarszych pozycji bitowych.

19 Kombinacyjne bloki funkcjonalne - komparatory 19/26 Układ 7485 porównuje 2 słowa 4-bitowe. Posiada po 3 wejścia i wyjścia relacji (A=B, A>B, A<B). A3A2A1A0 B3B2B1B0 wy> wy= wy< 7485 we> we= we< UmoŜliwia to łączenie wielu układów 7485 w kaskady porównujące słowa o długości kx4 bitów: x x x 3 x 2 x x 7 x 6 x x 11 x 10 x x y y y y y 7 y 6 y y y 3 y 2 y y 1 0 A3A2A1A0 B3B2B1B0 A3A2A1A0 B3B2B1B0 A3A2A1A0 B3B2B1B0 X>Y X=Y X<Y wy> wy= wy< 7485 we> we= we< wy> wy= wy< 7485 we> we= we< wy> wy= wy< 7485 we> we= we< +5V

20 Kombinacyjne bloki funkcjonalne - komparatory 20/26 Układ to prosty komparator słów 8-bitowych, wykrywający jedynie relację równości. Ma takŝe wejście zezwalające na porównanie słów, które moŝna wykorzystać przy kaskadowym połączeniu kilku takich układów. x 0 x 1 x 2 x 3 x 4 x 5 x 6 x 7 y 0 y 1 y 2 y 3 y 4 y 5 y 6 y 7 x 8 x 9 x 10 x 11 y 8 y 9 y 10 y 11 P7 Q7 P7 Q7 P7 Q7 P6 Q6 P6 Q6 P6 Q6 P5 Q5 P5 Q5 P5 Q5 P4 Q4 P4 Q4 P4 Q4 P3 Q3 P3 Q3 P3 Q3 P2 Q2 P2 Q2 P2 Q2 P1 Q1 P1 Q1 P1 Q1 P0 Q0 P0 Q0 P0 Q0 P=Q P=Q P=Q X=Y

21 Kombinacyjne bloki funkcjonalne - sumatory 21/26 Sumatory Sumatory słuŝą dodawaniu słów binarnych. a b (a+b)mod 2 a i b i c i-1 (a i +b i +c i-1 )mod 2 c Układ realizujący sumę słów 1-bitowych a i b, z jednoczesną generacją bitu nadmiaru c (tzw. przeniesienia wychodzącego). c i+1 Moduł pełnego sumatora i-tych bitów słów a i b, uwzględniającym takŝe przeniesienie wchodzące c i-1 powstałe z dodawania mniej znaczących bitów.

22 Kombinacyjne bloki funkcjonalne - sumatory 22/26 Łącząc odpowiednio k modułów uzyskuje się sumator słów k-bitowych: b k-1 a k-1 b 1 a 1 b 0 a 0 c k c k-1 c 1 s k-1 s 1 s 0 Układ o takiej konstrukcji to tzw. układ iteracyjny. Końcowy wynik dodawania liczb a i b ustala się ze znacznym opóźnieniem, proporcjonalnym do ilości dodawanych bitów.

23 Kombinacyjne bloki funkcjonalne - sumatory 23/26 Przykładowe 4-bitowe sumatory (7483 i 74283) wykorzystują mechanizm równoległej propagacji bitów przeniesienia. Dzięki temu wynik dodawania, jak równieŝ przeniesienie wychodzące z najstarszego bitu ustalają się bardzo szybko C4 A4A3A2A1 B4B3B2B C0 S4S3S2S1 Układy te są mają wejście i wyjście przeniesienia - moŝliwe jest sumowanie dłuŝszych niŝ 4 bity słowa: X11X10X9X8 Y11Y10Y9Y8 X7X6X5X4 Y7Y6Y5Y4 X3X2X1X0 Y3Y2Y1Y0 A4A3A2A1 B4B3B2B1 A4A3A2A1 B4B3B2B1 A4A3A2A1 B4B3B2B1 C C0 C C0 C C0 S4S3S2S1 S4S3S2S1 S4S3S2S1 W11W10W9W8 W7W6W5W4 W3W2W1W0

24 Kombinacyjne bloki funkcjonalne - sumatory 24/26 Przykłady zastosowań sumatora 7483: X3X2X1X0 Y3Y2Y1Y0 A4A3A2A1 B4B3B2B1 Y3Y2Y1Y0 M/P C S4S3S2S1 C0 D4 X3X2X1X0 A4A3A2A1 B4B3B2B1 A4A3A2A1 B4B3B2B1 C S4S3S2S1 C0 C S4S3S2S1 C0 W3W2W1W0 D3D2D1D0 dodawanie lub odejmowanie liczb 4-bitowych, zaleŝnie od stanu sygnału M/ P dodawanie cyfr BCD (dodatkowy sumator realizuje tzw. korekcję dziesiętną, polegającą na dodaniu 6 do pierwotnej sumy słów X i Y)

25 Kombinacyjne bloki funkcjonalne - ALU 25/26 Jednostka ALU Jest układ realizujący wiele róŝnych operacji arytmetyczno-logicznych. Przykładem takiego układu jest 4-bitowa jednostka Moduł ten posiada: -wejścia 4-bitowych argumentów A 3 -A 0 i B 3 -B 0 ; -wyjście 4-bitowego wyniku operacji S 3 -S 0 ; -wejście przeniesienia wchodzącego C 0 ; -wyjście przeniesienia wychodzącego C 4 ; -wejścia F 3, F 2, F 1, F 0 wybierające rodzaj operacji; -wejście M rozróŝniające operacje logiczne (=1) i arytmetyczne (=0); -wyjście relacji A=B; -dwa wyjścia przeniesień pomocniczych G i T. A=B G T C4 A3A2A1A0 B3B2B1B S4S3S2S1 M F3 F2 F1 F0 C0

26 Kombinacyjne bloki funkcjonalne - ALU 26/26 Funkcja F 3 F 2 F 1 F 0 Wynik operacji S=... logika dodatnia logika ujemna M=1 - op.logiczne M=0 - op.arytmet. M=1 - op.logiczne M=0 - op.arytmet A A+C 0 A A-(1-C 0 ) A B (A B)+C 0 A B (A B)-(1-C 0 ) A B ( B A) +C 0 A B B A-(1-C 0 ) C C A B A+( B A) +C 0 A B (A B)+A+C B (A B)+( B A) +C 0 B (A B)+(A B) +C A B A-B-(1-C 0 ) A B A-B-(1-C 0 ) B A B A-(1-C 0 ) B A ( B A) +C A B A+(A B)+C 0 A B (A B)+A+C A B A+B+ C 0 A B A+B+ C B (A B)+(A B) +C 0 B (A B)+( B A) +C A B (A B)-(1-C 0 ) A B (A B)+ C A+A+C 0 0 A+A+C B A (A B)+A+C 0 B A A+(A B)+C A B (A B)+A+C 0 A B A+( B A) +C A A-(1-C 0 ) A A+C 0