Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Podstawy Techniki Cyfrowej Dr inż. Marek Mika Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa im. Jana Amosa Komeńskiego W Lesznie Wykład 6: Podstawowe i złożone układy.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Podstawy Techniki Cyfrowej Dr inż. Marek Mika Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa im. Jana Amosa Komeńskiego W Lesznie Wykład 6: Podstawowe i złożone układy."— Zapis prezentacji:

1 Podstawy Techniki Cyfrowej Dr inż. Marek Mika Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa im. Jana Amosa Komeńskiego W Lesznie Wykład 6: Podstawowe i złożone układy kombinacyjne, zjawisko hazardu

2 Plan Podstawowe układy kombinacyjne – bramki Złożone układy kombinacyjne Zjawisko hazardu

3 Typy symboli reprezentujących bramki Symbole o kształcie prostokątnym Symbole o kształcie zróżnicowanym

4 Podstawowe bramki – symbole o kształtach zróżnicowanych

5 Zwiększanie liczby wejść symboli o kształtach zróżnicowanych Przy użyciu symboli o kształtach zróżnicowanych liczba wejść bez wskaźników negacji nie powinna przekraczać 4, a liczba wejść ze wskaźnikami negacji nie powinna przekraczać 3

6 Symbole o kształcie prostokątnym czy zróżnicowanym? Główne zalety kształtu prostokątnego: –mniejszy i prostszy schemat logiczny (symbole mogą stykać się poziomymi krawędziami) –zdefiniowane w standardzie symbole układów złożonych Główne zalety kształtu zróżnicowanego: –większa czytelność i łatwiejsza interpretacja bramek W praktyce czasem stosuje się jednocześnie obydwa rodzaje symboli: –zróżnicowane – dla bramek podstawowych –prostokątne – dla pozostałych układów

7 Wskaźniki negacji i polaryzacji Stosowane do konstrukcji schematów logicznych w dwóch różnych systemach oznaczeń Wskaźniki negacji (kółeczka) stosuje się przy konstrukcji schematów logicznych w konwencji abstrakcyjnych stanów logicznych (0, 1) Wskaźniki polaryzacji (trójkąciki) stosuje się przy konstrukcji schematów logicznych w konwencji wielkości fizycznych, mierzonych na wejściach i wyjściach układów cyfrowych Przyjmuje się umownie, żę w sensie logicznym wyróżnia się dwa przeciwstawne poziomy wielkości fizycznej: –poziom bardziej dodatni – poziom wysoki – H (High) –poziom mniej dodatni – poziom niski – L (Low)

8 Równoważność symboli wg praw de Morgana

9 Logiki: dodatnia i ujemna Wskaźniki negacji mogą być użyte do opisu realnych układów, jeżeli wprowadzone zostaną jednoznaczne związki między abstrakcyjnymi stanami 0 i 1, a realnymi poziomami L i H Logika dodatnia – stan 1 jest równoważny poziomowi wysokiemu H, a stan 0 poziomowi niskiemu L Logika ujemna – stan 1 jest równoważny poziomowi niskiemu, a stan 0 jest równoważny poziomowi wysokiemu W praktyce stosuje się wyłącznie logikę dodatnią (nie trzeba na schemacie podawać stosowanej logiki)

10 Złożone układy kombinacyjne Złożone układy kombinacyjne powstają przez odpowiednie połączenie pewnej liczby podstawowych elementów logicznych (bramek i inwerterów) Kolejność postępowania przy syntezie złożonego układu kombinacyjnego 1.określenie funkcji logicznej według wymagań (np. w postaci tablicy stanów, zbiorów T i D) 2.określenie i minimalizacja formy boolowskiej 3.sporządzenie schematu układu, odpowiadającego minimalnej formie boolowskiej 4.optymalizacja konfiguracji schematowej

11 Realizacje bramek w różnych SFP Przykład – AND w realizacji na bramkach NOR Inne przykłady na ćwiczeniach

12 Wpływ praktyki Najprostsze i najszybsze struktury tranzystorowe mają bramki z inwersją (NAND i NOR), a bramki AND i OR otrzymuje się przez dodanie inwersji na wyjściach Występuje konieczność ograniczenia liczby wejść bramek – konieczność dekompozycji bramek wielowejściowych na zespoły bramek o limitowanej liczbie wejść Minimalna liczba bramek nie jest celem nadrzędnym, ważniejszymi kryteriami stają się: szybkość działania, regularność rozkładu topograficznego, ograniczenie długości ścieżek połączeniowych

13 Dekompozycja i faktoryzacja W przypadku ogólnym dekompozycję wykonuje się korzystając z twierdzenia Shannona o rozkładzie funkcji logicznej W bardziej złożonych układach stosuje się dekompozycję funkcjonalną (blokową) W niektórych przypadkach można uzyskać zmniejszenie liczby bramek przez zwiększenie liczby poziomów układu w wyniku zastosowania faktoryzacji – przekształcenie formy boolowskiej przez znalezienie wspólnych czynników w mintermach i wprowadzenie nawiasów

14 Minimalizacja form boolowskich dla układów wielowyjściowych Minimalizacja oddzielnych form wyjściowych jest trudna, ale można skorzystać ze specjalizowanego oprogramowania np. Espresso MV lub MVSIS W praktyce syntezy układu dokonuje się korzystając z komputerowych systemów projektowych –projektanci ograniczają się do opisu układu –synteza i optymalizacja wykonywane przez oprogramowanie

15 LUT LUT = Look-Up Table Tzw. „scalone tablice stanów” Blok pamięci stałych stosowany zamiast złożonych sieci bramkowych

16 Kryteria optymalizacji Do najpopularniejszych kryteriów optymalizacji układów cyfrowych zalicza się: –minimalną złożoność układową –minimalne opóźnienie propagacji, tj. maksymalna szybkość działania –minimalny koszt –maksymalna niezawodność –zapewnienie poprawnego działania układów przy pewnych uszkodzeniach (fault tolerant design) – dodanie układów redundantnych i/lub kodów korekcyjnych –zapewnienie odpowiedniej testowalności (testable logic design) – odpowiednie projektowanie by zmniejszyć koszty testowania

17 Zjawisko hazardu Hazard w układach kombinacyjnych, to krótkie zakłócenie szpilkowe pojawiające się na wyjściu układu podczas procesów przejściowych Może wystąpić wtedy, gdy ten sam sygnał przesyłany jest do tej samej bramki, kilkoma drogami o różnych opóźnieniach Na wyjściu może pojawić się krótki impuls wynikający z różnicy tych opóźnień

18 Hazard statyczny w jedynkach

19 Unikanie hazardu Wprowadzenie dodatkowej bramki reprezentującej pozostały implikant

20 Hazard dynamiczny Występuje w układach wielopoziomowych Polega na pojawieniu się na wyjściu układu impulsu szpilkowego bezpośrednio po zmianie poziomów logicznych z 0 na 1 albo z 1 na 0 Może wystąpić, gdy chociaż jeden sygnał przesyłany jest do wyjścia trzema drogami o różnych opóźnieniach

21 Hazard dynamiczny przykład

22 Unikanie hazardu dynamicznego Rysunek przedstawia układ równoważny układowi z poprzedniego slajdu – zlikwidowano hazard dynamiczny, ale pozostał hazard statyczny

23 Przyczyny powstawania hazardu co najmniej jeden sygnał wejściowy dochodzi do wyjścia co najmniej dwoma drogami o różnych opóźnieniach jednoczesnej zmianie co najmniej dwóch sygnałów wejściowych, które przechodzą do wyjścia drogami o różnych opóźnieniach układ zapewnia dla wszystkich sygnałów wejściowych drogi o jednakowych opóźnieniach, lecz sygnały te zmieniają swe stany logiczne niejednocześnie

24 Zjawisko hazardu w praktyce W układach kombinacyjnych nie jest niebezpieczne Niebezpieczne tylko, gdy układ kombinacyjny współpracuje lub stanowi część asynchronicznego układu sekwencyjnego Hazard może być zjawiskiem pożytecznym np. w detektorach zbocza impulsu wejściowego

25 Detektor narastającego zbocza impulsu wejściowego

26 Detektor opadającego zbocza impulsu wejściowego

27 Detektor obydwu zboczy impulsu wejściowego

28 DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ


Pobierz ppt "Podstawy Techniki Cyfrowej Dr inż. Marek Mika Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa im. Jana Amosa Komeńskiego W Lesznie Wykład 6: Podstawowe i złożone układy."

Podobne prezentacje


Reklamy Google