Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Orbis pictus 21. století Tato prezentace byla vytvořena v rámci projektu.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Orbis pictus 21. století Tato prezentace byla vytvořena v rámci projektu."— Transkript prezentace:

1 Orbis pictus 21. století Tato prezentace byla vytvořena v rámci projektu

2 Sekvenční obvody - zpoždění a zpětné vazby OB21-OP-EL-CT-JANC-M-3-001

3 Sekvenční logické obvody  Logické obvody jsou takové elektronické obvody, u nichž mohou vstupní i výstupní proměnné v ustáleném stavu nabývat jedné ze dvou možných hodnot, logické nuly nebo logické jedničky.  Podle závislosti hodnot výstupních proměnných z logického obvodu na hodnotách vstupních proměnných dělíme logické obvody na kombinační a sekvenční.

4 Kombinační logické obvody  Kombinační logické obvody jsou takové, u kterých jsou okamžité hodnoty výstupních proměnných jednoznačně určeny jen okamžitou kombinací hodnot vstupních proměnných.  Předcházející stav logického obvodu nemá vliv na hodnoty výstupních proměnných.

5 Kombinační logické obvody Obr.1 Kombinační logický obvod

6 Kombinační logické obvody  Kombinační obvody považujeme za funkční celky, které se realizují:  buď spojením základních logických členů  nebo pomocí integrovaných obvodů se střední hustotou integrace.

7 Kombinační logické obvody Typickými představiteli kombinačních logických obvodů jsou:  Dekodéry  Multiplexory a demultiplexory  Komparátory  Obvody pro aritmetické operace (sčítačky, generátory přenosu apod.).

8 Sekvenční logické obvody  Sekvenční logické obvody jsou takové, u kterých hodnoty výstupních proměnných závisí nejen na okamžité kombinaci hodnot vstupních proměnných, ale i na hodnotách z předcházejícího stavu logického obvodu.  Znamená to, že sekvenční obvod musí obsahovat paměť vstupních signálů z předchozího stavu.  Tyto, tzv. vnitřní signály vytváří potom spolu s novými vstupními signály nový výstupní signál.

9 Sekvenční logické obvody  Sekvenční logický obvod se skládá z kombinačního logického obvodu a paměti.  Jako paměti se používají např. klopné obvody.  V paměťových prvcích uchovávají předchozí stav obvodu a reagují na něj. Obr.2 Sekvenční logický obvod

10 Sekvenční logické obvody  Z obrázku je patrné, že sekvenční logický obvod má kombinační část, která generuje hodnoty výstupů y1, y2, …, ym a dále budící signály klopných obvodů.  Dále má sekvenční část, tvořenou klopnými obvody. Na základě budících signálů generují klopné obvody vnitřní proměnné sekvenčního obvodu.  Vstupní signály kombinační části jsou vstupní signály x1, x2, …, xn a vnitřní proměnné q1, q2, …, qk z výstupů paměťové části.

11 Sekvenční logické obvody  Sekvenční část je tvořena klopnými obvody, které jsou řízeny periodickým číslicovým signálem s periodou T, který se v praxi nazývá hodinový signál nebo taktovací signál z anglického clock.  Hodinový signál taktuje klopné obvody sekvenční části a definuje vnitřní stavy sekvenčního obvodu v časech t, t+1, t+2, atd.

12 Zpoždění v kombinačních obvodech  V logických obvodech vzniká mezi jednotlivými stupni logických členů zpoždění. Toto zpoždění výstupního signálu vůči vstupnímu je dáno způsobem realizace logického obvodu.  Protože spínací součástky nemají čas sepnutí a rozepnutí nulový, musí nutně dojít k časovému posunutí reakce výstupního signálu vůči vstupnímu signálu.  Po ustálení hodnot na vstupech logické sítě tedy nějakou dobu trvá než se nám na výstupu objeví odpovídající správná hodnota výstupní proměnné.

13 Zpoždění v kombinačních obvodech  Signál musí projít celou strukturou logické sítě, tj. všemi jejími stupni a až potom se na výstupu objeví správná výstupní hodnota.  Toto zpoždění tedy závisí na zpoždění jednotlivých elementárních logických členů a na jejich počtu přes který signál postupuje.  Jak již bylo řečeno, závisí na použité technologii realizace logické sítě a u elektronických obvodů dosahuje zpoždění jednoho členu řádově jednotky až desítky nanosekund.

14 Zpětné vazby v kombinačních obvodech  V kombinačních logických obvodech nejsou používány zpětné vazby mezi členy.  Tyto zpětné vazby zavádíme u sekvenčních logických obvodů.  U sekvenčních logických obvodů tedy musí vzniknout smyčka, která připojuje výstupní signál zpět na vstup.  Toto propojení nemusí být nutně realizováno přímo, ale signál může postupovat i přes několik členů.

15 Zpětné vazby v kombinačních obvodech  Kdybychom realizovali sekvenční obvody jako asynchronní, tak by docházelo k různému zpoždění signálu při průchodu různými větvemi obvodu.  Výsledek by proto mohl být náhodný, a proto obvykle sekvenční obvody navrhujeme jako synchronní, taktované synchronizačním hodinovým signálem.  Zavedeme tím pro každou smyčku klidový stav. Po odeznění přechodných jevů se smyčky opět připojí k okolí.

16 Rozdelení sekvenčních obvodů  Sekvenční obvody tedy dělíme na:  Synchronní Tyto obvody jsou synchronizovány samostatnými signály, které se nazývají synchronizační, nebo hodinové a určují jednotlivé takty (časové intervaly) tj. diskretní čas.  Asynchronní U asynchronních logických obvodů nastává okamžitá změna stavu na vstupu.Ze vstupních hodnot se generuje výstupní signál okamžitě, pouze se zpožděním vzniklým vlastním obvodem.

17 Sekvenční logické obvody  Navrhování asynchronních sekvenčních sítí je složitější jako návrh synchronních sekvenčních obvodů, protože musíme vzít v úvahu chování asynchronních obvodů.  Vzniká zde možnost dočasných nesprávných signálů uvnitř obvodů i na výstupech obvodů.  Tyto nesprávné dočasné signály a nesprávné vnitřní stavy obvodů označujeme jako hazardy.  Návrh asynchronních obvodů musí být proveden tak, aby k těmto hazardům nedocházelo.

18 Sekvenční logické obvody  Poměrně jednoduše se dá hazardům zabránit použitím taktování v logické sekvenční síti a tím převedením asynchronního sekvenčního obvodu na obvod synchronní.  Zjednoduší se tak celý návrh sekvenčního obvodu a zanedbatelné není ani hledisko ekonomické.

19 Sekvenční logické obvody  Mezi důležité sekvenční obvody patří:  klopné obvody  posuvné registry  čítače  řadiče a řídící jednotky

20 Sekvenční logické obvody  Můžeme tedy shrnout:  Sekvenční obvody jsou tedy obvody se zpětnou vazbou (s pamětí)  Musí vzniknout smyčka — připojení výstupu zpět na vstup (ne nutně přímo)  U asynchronních obvodů — různá doba průchodu signálu různými větvemi — výsledek by proto mohl být náhodný  Pro odstranění nahodilostí zavádíme taktování — zavedeme pro každou smyčku klidový stav  Po odeznění přechodných jevů se smyčky opět připojí k okolí

21 Sekvenční logické obvody  Funkci sekvenčních obvodů můžeme popsat dvěma rovnicemi, rovnicí pro výstupy  a rovnicí pro následující vnitřní stav

22 Sekvenční logické obvody  V rovnicích značí Yi množinu výstupů sekvenčního obvodu Y = (y, y, …, y), Xj značí množinu vstupů X = (x, x, … x) a Q označuje množinu vnitřních stavů Q = (q, q, …, q).  V rovnicích značí Yi množinu výstupů sekvenčního obvodu Y i = (y 1, y 2, …, y m ), Xj značí množinu vstupů X j = (x 1, x 2, … x n ) a Q p označuje množinu vnitřních stavů Q p = (q 1, q 2, …, q k ).  Proměnné q, q, …, q se nazývají vnitřní proměnné a jsou tvořeny výstupy jednotlivých klopných obvodů.  Proměnné q 1, q 2, …, q k se nazývají vnitřní proměnné a jsou tvořeny výstupy jednotlivých klopných obvodů.  Množina všech výstupů klopných obvodů v určitém čase t tvoří vnitřní stav.  Indexem t rozlišujeme současný vnitřní stav Qa indexem t+1 následující vnitřní stav sekvenčního obvodu Q.  Indexem t rozlišujeme současný vnitřní stav Q p t a indexem t+1 následující vnitřní stav sekvenčního obvodu Q p t+1.

23 Sekvenční logické obvody  Hodinový signál taktuje klopné obvody sekvenční části sekvenční logické sítě a definuje vnitřní stavy sekvenčního obvodu v časech t, t+1, t+2, atd.  Logický obvod popsaný plně výše uvedenými rovnicemi nazýváme Mealyho sekvenčním obvodem nebo také Mealyho automatem.  V případě, že výstup sekvenčního obvodu je jednoznačně určen jeho vnitřním stavem, pak takovému obvodu říkáme Moorův sekvenční obvod nebo také Moorův automat.

24 Sekvenční logické obvody  Moorův sekvenční obvod je popsán rovnicí pro výstupy ve tvaru Obr.4 Moorův sekvenční obvod

25 Sekvenční logické obvody Obr.3 Mealyho sekvenční obvod

26 Sekvenční logické obvody  Příkladem sekvenčních obvodů Moorova typu jsou klopné obvody, jejichž výstup je jednoznačně určen jejich vnitřním stavem.  Rovnice pro popis vnitřních stavů je shodná pro Mealyho i Moorův sekvenční obvod.

27 Sekvenční logické obvody  Popis funkce sekvenčního obvodu můžeme vyjádřit:  časovým diagramem – popisuje časové chování obvodu. Pod sebou jsou na časové ose znázorněny okamžité hodnoty vstupních, výstupních a případně i vnitřních proměnných sekvenčního obvodu.

28 Sekvenční logické obvody  vývojovou tabulkou – má tolik řádků, kolik má sekvenční obvod vnitřních stavů. Sloupce vývojové tabulky znázorňují přechod do následujícího vnitřního stavu pro jednotlivé kombinace vstupních proměnných.

29 Sekvenční logické obvody  diagramem přechodů – jednotlivé vnitřní stavy sekvenčního obvodu označíme kroužky, do nichž vepíšeme aktuální vnitřní stav a hodnoty výstupů, např Q1/00. Jednotlivé kroužky vnitřních stavů jsou propojeny orientovanými větvemi, které vyznačují přechody mezi vnitřními stavy. Větve jsou opatřeny označením hodnot vstupů, které přechod vnitřního stavu způsobí.

30  Děkuji za pozornost  Ing. Ladislav Jančařík

31 Literatura  Antošová M, Davídek V.: Číslicová technika, KOPP České Budějovice 2008  Bernard J., Hugon J., Le Covec R.: Od logických obvodů k mikroprocesorům I, SNTL Praha 1982


Stáhnout ppt "Orbis pictus 21. století Tato prezentace byla vytvořena v rámci projektu."

Podobné prezentace


Reklamy Google