Elektronika i techniki mikroprocesorowe

Transkrypt

1 Elektronika i techniki mikroprocesorowe Technika cyfrowa ZłoŜone one układy cyfrowe Katedra Energoelektroniki, Napędu Elektrycznego i Robotyki Wydział Elektryczny, ul. Krzywoustego 2

2 PLAN WYKŁADU idea układów sekwencyjnych przerzutniki RS, D, T, JK Rejestry i liczniki Idea układów programowalnych Realizacje układów programowalnych Programowanie układów Lattice W4: Technika cyfrowa 2

3 Układy sekwencyjne x y x n układ sekwencyjny y m -występują elementy pamiętaj tające -moŝe e występowa pować zegar zegar y i =f i (x,x (n-), x (n-2), 2),, x 2, x 2 (n-), x 2 (n-2), 2),,..x,..x n ) W4: Technika cyfrowa 3

4 Podział układ adów w sekwencyjnych Układy sekwencyjne synchroniczne asynchroniczne Przykłady układów sekwencyjnych: rejestry liczniki dzielniki częstotliwości W4: Technika cyfrowa 4

5 Przerzutnik asynchroniczny RS W4: Technika cyfrowa 5

6 Przykład zastosowania przerzutnika RS h2 h P P n- W4: Technika cyfrowa 6

7 Podział przerzutników w synchronicznej przerzutniki synchroniczne przerzutnik JK przerzutnik D przerzutnik T W4: Technika cyfrowa 7

8 Przerzutnik JK J K clk W4: Technika cyfrowa 8

9 Przerzutnik JK technologia HC W4: Technika cyfrowa 9

10 Przerzutnik D D clk W4: Technika cyfrowa

11 Przerzutnik T T clk W4: Technika cyfrowa

12 Konwersja przerzutników konwersja JK na przerzutnik D D J K clk dwójka licząca J K clk clk W4: Technika cyfrowa 2

13 Układy cyfrowe rejestr równolegr wnoległy wyjścia danych D D D D clk wejścia danych clk D3 D2 D D 3 2 W4: Technika cyfrowa 3

14 Układy cyfrowe rejestr przesuwający D D D2 D3 we szer D D D D clk clr we D D D2 D3 W4: Technika cyfrowa 4

15 Układy cyfrowe rejestr przesuwający z wejściem równolegr wnoległym D D D2 D3 we szer D D D D clk wpis wejście równoległe W4: Technika cyfrowa 5

16 Realizacja praktyczna rejestru 74HC66 W4: Technika cyfrowa 6

17 Zastosowania rejestrów przechowywanie danych pamięci zamiana informacji z szeregowej na równoległą zamiana informacji z równoległej na szeregową sterowanie liczniki pierścieniowe dzielniki częstotliwości generatory liczb pseudolosowych W4: Technika cyfrowa generator losowy 7

18 Układy cyfrowe - liczniki Licznik to sekwencyjny układ cyfrowy słuŝący do zliczania i pamiętania liczby impulsów podawanych w określonym przedziale czasu na jego wejście zliczające. Dodatkowe wejścia: - zerujące, - ustawiające. impulsy zliczane wyjścia licznik n-stanowy zerowanie ustawianie W4: Technika cyfrowa 8

19 W4: Technika cyfrowa 9 Liczniki binarne i BCD Liczniki binarne i BCD s A B C D Licznik binarny Licznik BCD s A B C D

20 Licznik asynchroniczny Licznik asynchroniczny - wyjścia zmieniają się asynchronicznie A B C D we J J J J K K K K we A B C D W4: Technika cyfrowa 2

21 Licznik synchroniczny Licznik synchroniczny - wyjścia zmieniają się A B C D synchronicznie J J J J K K K K we we A B C D W4: Technika cyfrowa 2

22 Realizacja praktyczna licznika 74HC93 Licznik rewersyjny (moŝliwe zliczanie w dwóch kierunkach) z wpisem równoległym zerowaniem 2 wejścia zliczające W4: Technika cyfrowa 22

23 Zastosowania liczników odmierzanie odcinków czasu dzielniki częstotliwości operacje arytmetyczne (dodawanie, mnoŝenie, pierwiastkowanie, podnoszenie do kwadratu) W4: Technika cyfrowa 23

24 Przykład sekwencyjnego układu sterowania zał wył układ sterowania M zał () S buczek wył () R Hz reset E CAO clk licznik w przód S silnik W4: Technika cyfrowa 24 R

25 Przykład - przebiegi czasowe zał wył buczek E reset clk licznik CAO silnik zał () S buczek wył () R Hz reset E CAO licznik w przód clk S W4: Technika cyfrowa 25 R silnik

26 Układy programowalne - definicja Cyfrowe układy programowalne - układy scalone wysokiej skali integracji, składające się z sieci bramek oraz przerzutników, których struktura połączeń moŝe zostać zaprogramowana (wielokrotnie) przez uŝytkownika. W4: Technika cyfrowa 26

27 Układy programowalne - dlaczego? wystarczająca złoŝoność i stopień integracji efektywność narzędzi komputerowego projektowania łatwość opracowania i uŝycia niskie koszty opracowania układów łatwość modyfikacji krótki czas wprowadzania urządzenia na rynek niskie ryzyko inwestycji W4: Technika cyfrowa 27

28 Układy programowalne - zastosowanie W4: Technika cyfrowa 28

29 Układy programowalne - producenci Altera (CPLD - SRAM, EEPROM) Xlinx (FPGA - SRAM, CPLD - Flash) Lattice (FPGA - SRAM, CPLD - EEPROM) Actel (FPGA - Flash, Antifuse) Cypress (CPLD - EEPROM, Flash) Atmel (FPGA - SRAM, CPLD - Flash, EEPROM) Lucent (FPGA - SRAM) W4: Technika cyfrowa 29

30 Układy programowalne - typy W4: Technika cyfrowa 3

31 Układy programowalne - PLD i CPLD struktura PAL makrokomórka GAL W4: Technika cyfrowa 3

32 Układy programowalne - firma Lattice W4: Technika cyfrowa 32

33 Rodzina - isplsi 6E W4: Technika cyfrowa 33

34 specyfikacja układu (opis) Etapy implementacji Kompilacja (konwersja opisu źródłowego, sprawdzenie reguł projektowych, synteza logiczna) optymalizacja opisu logicznego (minimalizacja funkcji) symulacja funkcjonalna dekompozycja opisu logicznego na części realizowane w blokach logicznych CPLD wpasowanie opisu logicznego w makrokomórki CPLD tworzenie plików wyjściowych programowanie układu symulacja czasowa analiza czasów propagacji W4: Technika cyfrowa 34

35 Oprogramowanie Active CAD W4: Technika cyfrowa 35

36 Active CAD edytor schematów W4: Technika cyfrowa 36

37 Active CAD język VHDL W4: Technika cyfrowa 37

38 Active CAD edytor grafów w przejść W4: Technika cyfrowa 38

39 Active CAD wyniki symulacji W4: Technika cyfrowa 39

40 Układy programowalne zastosowanie Uc Id Ud NAGRZEWNICA khz Io Fmierz uk Hitachi 348F Izad + - Lattice 6E T T2 T3 T4 wsad Twsad Fo=8.kHz Io=73.A RS485 MODBUS zabezpieczenia przekształtnika i wzbudnika - przepływy - temperatury - ograniczenia prądowe i napięciowe chłodzenie wodne klawiatura PULPIT W4: Technika cyfrowa 4

41 KONIEC WYKŁADU NR 5 W4: Technika cyfrowa 4