Cyfrowe układy scalone c.d. funkcje Ryszard J. Barczyński, 206 Politechnika Gdańska, Wydział FTiMS, Katedra Fizyki Ciała Stałego Materiały dydaktyczne do użytku wewnętrznego
Kombinacyjne układy cyfrowe Układy cyfrowe kombinacyjne realizują określoną funkcje logiczne - od najprostszych (bramki), do nieraz bardzo złożonych.
Bramki logiczne bramka AND iloczyn logiczny x y x & y x 2 x 2 y = x x 2 TABELA PRAWDY x x2 y 0 0 0 0 0 0 0 Wartość iloczynu logicznego jest równa (prawdzie) tylko wtedy, gdy wartości argumentów są równe. W pozostałych przypadkach otrzymujemy 0.
Mała skala integracji SSI bramki Podstawowy układ bramki AND serii CMOS 4000
Bramki logiczne bramka OR suma logiczna a b a + b x x 2 y y = x + x 2 TABELA PRAWDY x x2 y 0 0 0 0 0 Wartość sumy logicznej jest równa 0 (fałszowi) tylko wtedy, gdy wartości argumentów są równe 0. W pozostałych przypadkach otrzymujemy.
Bramki logiczne bramka NOT negacja x y x = y y = ~x TABELA PRAWDY x y 0 0 Sygnały logiczne mogą być negowane zarówno na wejściach, jak i na wyjściach.
Bramki logiczne bramka XOR alternatywa wykluczająca x y x = y x 2 x 2 TABELA PRAWDY x x2 y 0 0 0 0 0 0 Wartość alternatywy wykluczającej jest równa tylko wtedy, gdy wartości argumentów są różne. W pozostałych przypadkach otrzymujemy 0.
Bramka transmisyjna CMOS Bramka transmisyjna (przełącznik) z rodziny CMOS CD4000 Jej cechą charakterystyczną jest to, ze może przełączać zarówno sygnały cyfrowe, jak i analogowe.
Średnia skala integracji MSI multipleksery, komparatory, kodery...
Średnia skala integracji dekodery 7 Na wejściu podawany jest zakodowany numer wyjścia, na którym ma się pojawić wyróżniony sygnał (np. 0). Na pozostałych wyjściach powinien występować stan przeciwny do sygnału wyróżnionego (np. ). 6 0 A 5 zakodowana liczba B C 0 ENABLE# 4 3 2 0 0 Wyjście z sygnałem wyróżnionym
Skala integracji MSI liczniki, multipleksery, komparatory, kodery... Dekoder binarny 3 na 8
Średnia skala integracji Kodery (enkodery) 7 6 Koder priorytetu układ kodera o następujących cechach:. Na jego wejściu może pojawić się więcej niż jeden sygnał wyróżniony. 2. Każdemu wejściu przyporządkowano pewien stopień ważności, zwany priorytetem. 3. Na wyjściu pojawia się zakodowany numer tego wejścia z wyróżnionym sygnałem, które ma najwyższy priorytet. 0 0 5 4 3 2 0 C B A 0 zakodowana liczba 5 Wejście z sygnałem wyróżnionym
Średnia skala integracji Multipleksery D n+ D n Wy D 2 D D 0 A n A 0 Zadaniem multipleksera jest przekazywanie jednego sygnału (lub kilku sygnałów) Wejściowego na wyjście (wyjścia), przy czym wyboru dokonujemy za pomocą wejść adresowych.
Skala integracji MSI liczniki, multipleksery, komparatory, kodery... Podwójny multiplekser z 4
Średnia skala integracji Komparatory Zadaniem komparatora jest porównywanie dwóch wielkości binarnych
Cyfrowe układy sekwencyjne Układy cyfrowe sekwencyjne charakteryzują się tym, że zmieniają swój stan (kombinację sygnałów wyjściowych) w zależności od sygnałów wejściowych i poprzedniego stanu. Zwykle są sterowane sygnałem zegarowym. Elementarne układy sekwencyjne (przerzutniki) są konstruowane z bramek logicznych. Również mikroprocesory i pamięci są układami sekwencyjnymi.
Cyfrowe układy sekwencyjne Układy cyfrowe sekwencyjne charakteryzują się tym, że zmieniają swój stan (kombinację sygnałów wyjściowych) w zależności od sygnałów wejściowych i poprzedniego stanu. Zwykle są sterowane sygnałem zegarowym. Układy sekwencyjne posiadają zatem pamięć poprzedniego stanu. Najprostsze (elementarne) układy sekwencyjne nazywa się przerzutnikami
Przerzutniki W przerzutnikach scalonych wyróżnia się dwa podstawowe rodzaje wejść informacyjnych: wejścia asynchroniczne, oraz wejścia synchroniczne. Zmiana wartości informacji na wejściach asynchronicznych wywołuje bezpośrednio zmianę wartości zmiennych wyjściowych. Również wejścia synchroniczne determinują wartości zmiennych wyjściowych, ale zmiany następują tu w takt impulsu synchronizującego (zegarowego, taktującego, ang. clock). Sygnał zegarowy może aktywować zapis wartości wyjściowych zboczem (narastającym lub opadającym) albo poziomem (niskim lub wysokim).
Przerzutnik asynchroniczny RS Przerzutnik asynchroniczny RS posiada dwa wejścia S (ang. set) i R (ang. reset). To najprostszy przerzutnik bistabilny.
Przerzutnik asynchroniczny RS Realizacje przerzutnika asynchronicznego RS z bramek NOR i NAND.
Przerzutnik synchroniczny RS Przerzutnik synchroniczny SR dodatkowe wejście taktujące C, do którego doprowadza się sygnał synchronizujący. Pracę przerzutnika synchronicznego SR można opisać podobnie jak przerzutnika asynchronicznego SR z tym, że zmiana stanu następuje w chwilach wyznaczonych przez sygnał taktujący. Stan na wejściach informacyjnych jest niedozwolony (stan wyjściowy jest wtedy nieokreślony).
Przerzutnik synchroniczny RS R 00 0 S 00 0 0 0 0
Przerzutnik synchroniczny JK Przerzutnik JK ma właściwości i budowę podobną do przerzutnika SR, nie ma jednak niedozwolonych stanów wejściowych. J 00 0 K 0 0 0 00 0
Przerzutnik synchroniczny T Przerzutnik synchroniczny mający jedno wejście informacyjne T (ang. toggle). Często używany do budowy liczników i do dzielników częstotliwości.
Przerzutnik synchroniczny T T 0 0 0 Przerzutnik synchroniczny mający jedno wejście informacyjne T (ang. toggle). Często używany do budowy liczników i do dzielników częstotliwości.
Przerzutnik synchroniczny D D 0 0 0 Przerzutnik o jednym wejściu informacyjnym, oznaczonym literą D (ang. delay). Spełnia on funkcję przepisywania informacji z wejścia D na wyjście Q.