Synkronisten sekvenssipiirien suunnittelu

Transkriptio

1 Digitaalitekniikka (piirit) Luku 6 Sivu (5) Synkronisten sekvenssipiirien suunnittelu.8.24 Fe/AKo Synkronisten sekvenssipiirien suunnittelu

2 Digitaalitekniikka (piirit) Luku 6 Sivu 2 (5) Synkronisten sekvenssipiirien suunnittelu.8.24 Fe/AKo Johdanto Tässä luvussa esitetään synkronisen sekvenssipiirin suunnitteluvaiheet esitetään ASM-menetelmä, joka on synkronisten sekvenssipiirien järjestelmällinen suunnittelumenetelmä, ja sen työkalu ASM-kaavio käydään perusteellisesti läpi neljä synkronisen sekvenssipiirin suunnitteluesimerkkiä ASM-menetelmää käyttäen Mooren kone, jossa on vain kellotulo kaksi Mooren konetta, joissa on muitakin tuloja edellisistä viimeistä vastaava Mealyn kone esitetään toteutukset D-kiikkuja ja portteja käyttäen kuvataan toteutus T- ja JK-kiikkuja käyttäen (lisäsisältöä) esitetään kellosignaalin erilaisia käyttötapoja ja sekvenssipiirin alustus Luvun tavoitteena on opettaa suunnittelemaan synkroninen sekvenssipiiri ASM-menetelmää käyttäen

3 Digitaalitekniikka (piirit) Luku 6 Sivu 3 (5) Synkronisten sekvenssipiirien suunnittelu.8.24 Fe/AKo Synkronisen sekvenssipiirin suunnitteluprosessi Määrittely sanallinen vuokaavio Suunnittelu päälohkokaavio piirin nimi signaalien nimet CLK ASM-kaavio tai tilakaavio joko HDL-kuvaus tai Simulointi Testaus tila- ja lähtötaulut lausekkeet piirikaavio H HJ JKS JKS EI HJK HJK 2 HJK 3 Kellojakso CLK D = Q + Q D = Q Q+ Q D2 = Q Q Q2 + Q Q Q2 = Q + Q = Q+ Q Q2 = Q Q2 + Q Q2 D D D2 Nykyinen tila Q2 Q Q Nykyinen tila Q2 Q Q D C D C D C Q Q Q Q Q2 Q2 Tulot Seuraava tila D2 D D Lähdöt & = & & & &

4 Digitaalitekniikka (piirit) Luku 6 Sivu 4 (5) Synkronisten sekvenssipiirien suunnittelu.8.24 Fe/AKo ASM-menetelmä Systemaattinen menetelmä synkronisten sekvenssipiirien suunnitteluun ASM = Algorithmic State Machine = tilakone = synkroninen sekvenssipiiri Menetelmän on esittänyt Christopher R. Clare Sopii Mooren kone- ja Mealyn kone -toteutuksiin Ei rajoita suunnittelutavan valintaa HDL-kuvaus ASM käsin tehtävä suunnittelu Ei rajoita toteutustavan valintaa kombinaatiopiirin toteutus tilarekisterissä käytettävä kiikkutyyppi Havainnollinen Menetelmän työkalu: ASM-kaavio (ASM chart) ASM-kaavio sisältää kaiken piirin suunnittelussa tarvittavan tiedon

5 Digitaalitekniikka (piirit) Luku 6 Sivu 5 (5) Synkronisten sekvenssipiirien suunnittelu.8.24 Fe/AKo Jaskan kuppilan perusmainoksen määrittely Nykytilanne: UTTELE AN ILASSA Perus Uusi haluttu toimintatapa vuokaavioesityksenä: UTTELE UTTELE AN UTTELE AN ILASSA

6 Digitaalitekniikka (piirit) Luku 6 Sivu 6 (5) Synkronisten sekvenssipiirien suunnittelu.8.24 Fe/AKo Perusmainoksen toteutusperiaate ja lohkokaavio Toteutusperiaate Tehdään 4-tilainen ASM, jossa kellojakso on. Kussakin tilassa ohjataan halutut mainoksen osat palamaan Koska tilasekvenssi on aina samanlainen, tarvitaan tulosignaaliksi vain kellosignaali Lohkokaavio Signaalien nimet? Kello,5,5 Hz Hz f = /T Kellojakso CLK Ohjain JKP JKP Lamput UTTELE AN ILASSA Perus

7 Digitaalitekniikka (piirit) Luku 6 Sivu 7 (5) Synkronisten sekvenssipiirien suunnittelu.8.24 Fe/AKo? 2 ASM-kaavio: tilalohko ja lähtönuoli ASM Oma tilalohko (state box) jokaiselle ASM:n tilalle: tilan nimi, (state name) aktiiviset lähdöt ja tilakoodi (state code) Lähtönuoli (exit path) kuvaa siirtymisen nykyisestä tilasta seuraavaan tilaan Riittävät kuvaamaan ASM:n, jossa on vain kellosignaali Tilan nimi SN OUT OUT2 BBB ASM-lohko Tilakoodi = tilarekisterin tila = PS-signaalien arvot Lähtönuoli Tilalohko Tilassa aktiiviset lähtösignaalit OPER Esimerkki RUN NORM

8 Digitaalitekniikka (piirit) Luku 6 Sivu 8 (5) Synkronisten sekvenssipiirien suunnittelu.8.24 Fe/AKo Perusmainoksen ASM-kaavio Perus Esittele perusmainos Vuokaavio ASM-kaavio UTTELE EI? 3 UTTELE AN UTTELE AN ILASSA H Lohkokaavio Kello,5,5 Hz Hz Kellojakso CLK Ohjain JKP JKP Lamput UTTELE AN ILASSA HJ HJK Kellojakso 2 s

9 Digitaalitekniikka (piirit) Luku 6 Sivu 9 (5) Synkronisten sekvenssipiirien suunnittelu.8.24 Fe/AKo? 4 Tilakoodit Jokaiselle tilalle annetaan oma yksikäsitteinen tilakoodi Tilakoodi koostuu nollista ja ykkösistä Jos ASM:ssa on s tilaa, tilakoodissa on vähintään k bittiä niin, että 2 k s eli k log Kukin ASM:n tilarekisterin kiikku tallettaa yhden tilakoodin bitin eli kiikkuja on yhtä monta kuin tilakoodissa bittejä Kaksi peruskäytäntöä tilakoodin valinnassa perinteinen: minimimäärä bittejä minimimäärä kiikkuja, mutta mutkikas kombinaatiopiiri kuuma kiikku (one-hot): bittejä sama määrä kuin tiloja, biteistä yksi on ykkönen, muut nollia paljon kiikkuja, mutta usein yksinkertainen kombinaatiopiiri tässä opintojaksossa käytetään perinteistä menetelmää Tilakoodi EI H HJ HJK Kellojakso

10 Digitaalitekniikka (piirit) Luku 6 Sivu (5) Synkronisten sekvenssipiirien suunnittelu.8.24 Fe/AKo Perusmainoksen tarkennettu lohkokaavio EI H HJ HJK Yksi kiikku / tilakoodin bitti CLK D D Kellojakso D C D C Tilarekisteri Q Q Q Q Perus Tilamuuttujat eli tilasignaalit eli nykyisen tilan signaalit (PS) Kombinaatiopiiri D D Seuraavan tilan signaalit (NS)

11 Digitaalitekniikka (piirit) Luku 6 Sivu (5) Synkronisten sekvenssipiirien suunnittelu.8.24 Fe/AKo? 5 Perusmainoksen tilataulu ja lähtötaulu EI H HJ HJK Q Q Kellojakso Nykyinen tila Q Q Nykyinen tila Q Q Tilataulu Seuraava tila D D Lähtötaulu Lähdöt Tilataulu on seuraavan tilan signaalien totuustaulu ja lähtötaulu lähtösignaalien totuustaulu Perus

12 Digitaalitekniikka (piirit) Luku 6 Sivu 2 (5) Synkronisten sekvenssipiirien suunnittelu.8.24 Fe/AKo Seuraavan tilan funktioiden lausekkeet Tilataulusta saadaan seuraavan tilan eli D-tulojen kytkentäfunktioiden lausekkeet Lausekkeet nähdään tässä tapauksessa suoraan tilataulusta, Karnaugh'n karttoja ei tarvita Nykyinen tila Q Q Seuraava tila D D Kytkentäfunktioiden lausekkeet: D = Q Q D = Q Perus

13 Digitaalitekniikka (piirit) Luku 6 Sivu 3 (5) Synkronisten sekvenssipiirien suunnittelu.8.24 Fe/AKo Lähtösignaalien lausekkeet Lähtötaulusta saadaan lähtösignaalien kytkentäfunktioiden lausekkeet Lausekkeet nähdään tässä tapauksessa suoraan lähtötaulusta, Karnaugh'n karttoja ei tarvita? 6 Nykyinen tila Q Q Lähdöt Kytkentäfunktioiden lausekkeet: = Q + Q = Q = Q Q Perus

14 Digitaalitekniikka (piirit) Luku 6 Sivu 4 (5) Synkronisten sekvenssipiirien suunnittelu.8.24 Fe/AKo Perusmainoksen kombinaatiopiirin piirikaavio D-tulojen ja lähtöjen lausekkeet toteutetaan porttipiireillä D = Q Q D D = Q Q = Q + Q = Q = Q Q Q Q = D & Perus

15 Digitaalitekniikka (piirit) Luku 6 Sivu 5 (5) Synkronisten sekvenssipiirien suunnittelu.8.24 Fe/AKo Perusmainoksen piirikaavio Yhdistämällä kiikut ja kombinaatiopiiri saadaan koko perusmainoksen piirikaavio:? 7 CLK D D D C D Q Q Q = D C Perus &

16 Digitaalitekniikka (piirit) Luku 6 Sivu 6 (5) Synkronisten sekvenssipiirien suunnittelu.8.24 Fe/AKo Jaskan kuppilan parannetun mainoksen määrittely Halutaan mahdollisuus yötoimintaan ja päivätoimintaan Kaksi erilaista toimintatapaa: valinta kytkimellä tulo ParM Vuokaavio UTTELE UTTELE AN UTTELE AN ILASSA Ei Yötoiminta? Kyllä

17 Digitaalitekniikka (piirit) Luku 6 Sivu 7 (5) Synkronisten sekvenssipiirien suunnittelu.8.24 Fe/AKo Parannetun mainoksen toteutus ja lohkokaavio Toteutusperiaate Tehdään 4-tilainen ASM, jossa kellojakso on. Kussakin tilassa ohjataan halutut mainoksen osat palamaan Tulosignaalilla valitaan tilasekvenssi määrittelyn mukaisesti Lohkokaavio Tulosignaalin nimi ParM Kytkin Ohjain Lamput Kello,5,5 Hz Hz CLK JKPA JKPA UTTELE AN ILASSA Kellojakso

18 Digitaalitekniikka (piirit) Luku 6 Sivu 8 (5) Synkronisten sekvenssipiirien suunnittelu.8.24 Fe/AKo ASM-kaavio: tulosignaalien kuvaaminen Tulosignaali kuvataan päätöslohkolla (decision diamond) Kussakin tilassa on yksi päätöslohko jokaista tilanmuutokseen vaikuttavaa tulosignaalia kohti Päätöslohkot piirretään peräkkäin, ei rinnakkain Päätöslohkot kuuluvat aina siihen tilalohkoon, josta lähtevässä lähtönuolessa ne ovat kiinni, ei koskaan seuraavaan ASM? 8 SN BBB OUT OUT2 Esimerkki OPER RUN NORM Tulosignaali IN IN2 Päätöslohko SLOW FAST

19 ? 9 Digitaalitekniikka (piirit) Luku 6 Sivu 9 (5) Synkronisten sekvenssipiirien suunnittelu.8.24 Fe/AKo Parannetun mainoksen ASM-kaavio Lohkokaavio Kytkin Ohjain Kello,5,5 Hz Hz Vuokaavio UTTELE UTTELE AN UTTELE AN ILASSA Ei Kyllä Yötoiminta? CLK JKPA JKPA Lamput UTTELE AN ILASSA ParM Esittele parannettu mainos EI H HJ HJK Tulosignaalin vaikutus Kellojakso ASM-kaavio

20 Digitaalitekniikka (piirit) Luku 6 Sivu 2 (5) Synkronisten sekvenssipiirien suunnittelu.8.24 Fe/AKo Parannetun mainoksen tarkennettu lohkokaavio EI ParM H HJ HJK CLK D D D C D C Tilarekisteri Q Q Q Q Kombinaatiopiiri D D Kellojakso

21 Digitaalitekniikka (piirit) Luku 6 Sivu 2 (5) Synkronisten sekvenssipiirien suunnittelu.8.24 Fe/AKo? Parannetun mainoksen tilataulu ja lähtötaulu EI H HJ HJK Nykyinen tila Q Q Kellojakso Tulo Seuraava tila D D Nykyinen tila Q Q ParM Tilataulussa on mukana myös tulosignaali Mooren koneen lähtötaulussa on vain nykyinen tila Lähdöt

22 Digitaalitekniikka (piirit) Luku 6 Sivu 22 (5) Synkronisten sekvenssipiirien suunnittelu.8.24 Fe/AKo Seuraavan tilan funktioiden lausekkeet? Tilataulusta saadaan seuraavan tilan eli D-tulojen Karnaugh n kartat Kartoista johdetaan kytkentäfunktioiden lausekkeet tilakiikkujen D-tuloille Karnaugh'n kartat: Nykyinen tila Q Q Tulo Seuraava tila D D D Q Q D Kytkentäfunktioiden lausekkeet: Q Q D = Q Q + Q Q + Q = Q Q + Q D = Q + Q ParM

23 Digitaalitekniikka (piirit) Luku 6 Sivu 23 (5) Synkronisten sekvenssipiirien suunnittelu.8.24 Fe/AKo Lähtösignaalien lausekkeet Lähtötaulusta saadaan lähtösignaalien lausekkeet Lähtötaulu on sama kuin perusmainoksessa samat lausekkeet kuin perusmainoksessa Nykyinen tila Q Q Lähdöt Kytkentäfunktioiden lausekkeet: = Q + Q = Q = Q Q ParM

24 Digitaalitekniikka (piirit) Luku 6 Sivu 24 (5) Synkronisten sekvenssipiirien suunnittelu.8.24 Fe/AKo Parannetun mainoksen kombinaatiopiirin piirikaavio D-tulojen ja lähtöjen lausekkeet toteutetaan porttipiireillä ParM D = Q + Q D = Q Q + Q = Q + Q = Q = Q Q Q Q Q & = D D &

25 Digitaalitekniikka (piirit) Luku 6 Sivu 25 (5) Synkronisten sekvenssipiirien suunnittelu.8.24 Fe/AKo Parannetun mainoksen piirikaavio Yhdistämällä kiikut ja kombinaatiopiiri saadaan seuraava koko parannetun mainoksen piirikaavio:? 2 CLK D D D C D Q Q Q & = C ParM &

26 Digitaalitekniikka (piirit) Luku 6 Sivu 26 (5) Synkronisten sekvenssipiirien suunnittelu.8.24 Fe/AKo Jaskan kuppilan supermainoksen määrittely Kolme erilaista toimintatapaa yötoiminta, päivätoiminta ja Happy Hour-toiminta valinta kahdella kytkimellä tulot ja Super Vuokaavio Ei Happy Happy Hour? Hour? Kyllä UTTELE UTTELE AN UTTELE AN ILASSA 6 s Ei Yötoiminta? Kyllä

27 Digitaalitekniikka (piirit) Luku 6 Sivu 27 (5) Synkronisten sekvenssipiirien suunnittelu.8.24 Fe/AKo Supermainoksen toteutus ja lohkokaavio Toteutusperiaate Yleisperiaate sama kuin aiemmissakin mainoksen versioissa Voidaan toteuttaa joko Mooren koneena tai Mealyn koneena Mooren koneessa on enemmän tiloja, mutta elegantimpi toiminta Lohkokaavio Kytkimet Ohjain Lamput UTTELE JKS JKS AN Super Kello CLK,5,5 Hz Hz ILASSA Kellojakso

28 Digitaalitekniikka (piirit) Luku 6 Sivu 28 (5) Synkronisten sekvenssipiirien suunnittelu.8.24 Fe/AKo Supermainoksen ASM-kaavio: Moore Vuokaavio Ei UTTELE Ei Lohkokaavio,5 Hz CLK Happy Hour? UTTELE AN JKS UTTELE AN UTTELE AN ILASSA Yötoiminta? Kyllä Kyllä ILASSA 6 s Super H HJ Esittele supermainos ASM - Mooren kone EI HJK HJK 3 Kolme tilasignaalia HJK 2 Kellojakso

29 Digitaalitekniikka (piirit) Luku 6 Sivu 29 (5) Synkronisten sekvenssipiirien suunnittelu.8.24 Fe/AKo CLK Supermainoksen lohkokaavio: Moore Tilarekisteri D D D C D Q Q Q C Q D2 D Q2 C Q2 Kombinaatiopiiri D D D2 Super H HJ EI HJK HJK 2 HJK 3 Kolme kiikkua Kellojakso

30 Digitaalitekniikka (piirit) Luku 6 Sivu 3 (5) Synkronisten sekvenssipiirien suunnittelu.8.24 Fe/AKo Supermainoksen tilataulu: Moore Tilataulussa viisi muuttujaa 32 riviä Lyhennetään tilataulua käyttäen muuttujille hällävälejä Nykyinen tila Q2 Q Q Tulot Seuraava tila D2 D D Käyttämättömät tilat Super H HJ EI HJK HJK 2 HJK 3 Kellojakso

31 Digitaalitekniikka (piirit) Luku 6 Sivu 3 (5) Synkronisten sekvenssipiirien suunnittelu.8.24 Fe/AKo Supermainoksen lähtötaulu: Moore Mooren koneessa tulot eivät vaikuta lähtöihin Käyttämättömissä tiloissa lähdöillä ei ole väliä Nykyinen tila Q2 Q Q Lähdöt Käyttämättömät tilat Super H HJ EI HJK HJK 2 HJK 3 Kellojakso

32 Digitaalitekniikka (piirit) Luku 6 Sivu 32 (5) Synkronisten sekvenssipiirien suunnittelu.8.24 Fe/AKo Seuraavan tilan funktioiden lausekkeet: Moore, D2 Tarvitaan viiden muuttujan Karnaugh'n kartta Jos tilataulun rivillä on tai :iä, rivi kuvautuu Nykyinen tila Q2 Q Q useaan kartan ruutuun Tulot Seuraava tila D2 D D D2 Karnaugh'n kartta, D2 Q2 = Q2 = Q Q D2 Lisä Super Q Q Kytkentäfunktion D2 lauseke: D2 = Q Q Q2 + Q Q Q2

33 Digitaalitekniikka (piirit) Luku 6 Sivu 33 (5) Synkronisten sekvenssipiirien suunnittelu.8.24 Fe/AKo Seuraavan tilan funktioiden lausekkeet: Moore, D Tarvitaan viiden muuttujan Karnaugh'n kartta Jos tilataulun rivillä on tai :iä, rivi kuvautuu Nykyinen tila Q2 Q Q useaan kartan ruutuun Tulot Seuraava tila D2 D D D Karnaugh'n kartta, D Q2 = Q2 = Q Q D Kytkentäfunktion D lauseke: = Q Q+ Q D= Q Q+ Q Q+ Q Lisä Super Q Q

34 Digitaalitekniikka (piirit) Luku 6 Sivu 34 (5) Synkronisten sekvenssipiirien suunnittelu.8.24 Fe/AKo Seuraavan tilan funktioiden lausekkeet: Moore, D Tarvitaan viiden muuttujan Karnaugh'n kartta Jos tilataulun rivillä on tai :iä, rivi kuvautuu Nykyinen tila Q2 Q Q useaan kartan ruutuun Tulot Seuraava tila D2 D D D Karnaugh'n kartta, D Q2 = Q2 = Q Q D Kytkentäfunktion D lauseke: D = Q + Q Lisä Super Q Q

35 Digitaalitekniikka (piirit) Luku 6 Sivu 35 (5) Synkronisten sekvenssipiirien suunnittelu.8.24 Fe/AKo Lähtösignaalien lausekkeet: Mooren kone Lähtöjen Karnaugh'n kartat ja funktiot Lisä Q2 Q2 Nykyinen tila Q2 Q Q Lähdöt Q Q = Q + Q Q2 Q Q Q Q = Q + Q2 Super = Q2 + Q Q

36 Digitaalitekniikka (piirit) Luku 6 Sivu 36 (5) Synkronisten sekvenssipiirien suunnittelu.8.24 Fe/AKo Supermainoksen lausekkeet ja piirikaavio: Moore CLK D = Q + Q D= Q Q+ Q D D D2 D2 = Q Q Q2 + Q Q Q2 D C D C D C Q Q Q Q Q2 Q2 & = & & = Q+Q = Q + Q2 = Q2 + Q Q Super &

37 Digitaalitekniikka (piirit) Luku 6 Sivu 37 (5) Synkronisten sekvenssipiirien suunnittelu.8.24 Fe/AKo Supermainoksen toteutus Mealyn koneena Mealyn koneessa tulosignaalit voivat vaikuttaa suoraan lähtösignaaleihin Käyttämällä tätä ominaisuutta selvitään Supermainoksessakin nelitilaisella ASM:lla Annetaan tulosignaalin vaikuttaa suoraan lähtösignaaleihin Lähtöä, johon jokin tulo vaikuttaa suoraan, sanotaan ehdolliseksi lähdöksi (conditional output) Super

38 Digitaalitekniikka (piirit) Luku 6 Sivu 38 (5) Synkronisten sekvenssipiirien suunnittelu.8.24 Fe/AKo ASM-kaavio: ehdollisten lähtöjen kuvaaminen? 3 ASM-kaaviossa ehdollinen lähtö kuvataan ehdollisella lähtölohkolla (conditional output box) Ehdollinen lähtölohko on aina päätöslohkon perässä päätöslohkossa on se tulosignaali, josta lähtösignaali riippuu ehdollisessa lähtölohkossa on lähtösignaali SN Ehdollinen lähtö BBB OUT OUT2 IN OUT3 OPER Esimerkki Ehdollinen lähtölohko RUN SLOW FAST RAPID NORM ASM SLUGG

39 Digitaalitekniikka (piirit) Luku 6 Sivu 39 (5) Synkronisten sekvenssipiirien suunnittelu.8.24 Fe/AKo Supermainoksen ASM-kaavio: Mealy Vuokaavio Ei UTTELE UTTELE AN Ei UTTELE AN ILASSA Lohkokaavio,5 Hz CLK Happy Hour? JKS Yötoiminta? Kyllä Esittele supermainos Kyllä UTTELE AN ILASSA 6 s EI H Ehdolliset lähdöt Super ASM - Mealyn kone HJK? 4 HJ

40 Digitaalitekniikka (piirit) Luku 6 Sivu 4 (5) Synkronisten sekvenssipiirien suunnittelu.8.24 Fe/AKo Supermainoksen tilataulu: Mealy? 5 Tilataulussa neljä muuttujaa 6 riviä Lyhennetään tilataulua käyttäen muuttujille hällävälejä Nähdään, että seuraava tila ei riipu tulosta ; sen voisi jättää pois Nykyinen tila Q Q Tulot Seuraava tila D D EI H HJK HJ Super

41 Digitaalitekniikka (piirit) Luku 6 Sivu 4 (5) Synkronisten sekvenssipiirien suunnittelu.8.24 Fe/AKo? 6 Supermainoksen lähtötaulu: Mealy Mealyn koneen lähtötaulussa tulot ovat mukana Lähtötaulussa neljä muuttujaa 6 riviä Lyhennetään lähtötaulua käyttäen muuttujille hällävälejä Nähdään, että lähdöt eivät riipu tulosta ; sen voisi jättää pois Nyk. tila Q Q Tulot Lähdöt EI H HJK HJ Super

42 Digitaalitekniikka (piirit) Luku 6 Sivu 42 (5) Synkronisten sekvenssipiirien suunnittelu.8.24 Fe/AKo Seuraavan tilan funktioiden lausekkeet: Mealyn kone? 7 Jätetään tilataulusta muuttuja pois Nähdään, että tilataulu on sama kuin parannetun mainoksen tilataulu Seuraavan tilan signaaleille saadaan samat lausekkeet kuin parannetussa mainoksessa Nykyinen tila Q Q Tulot Seuraava tila D D D = Q Q + Q Q + Q = Q Q + Q D = Q + Q Nykyinen tila Q Q Tulo Super Seuraava tila D D

43 Digitaalitekniikka (piirit) Luku 6 Sivu 43 (5) Synkronisten sekvenssipiirien suunnittelu.8.24 Fe/AKo Lähtöjen funktioiden lausekkeet: Mealyn kone Jätetään lähtötaulusta muuttuja pois Nyk. tila Q Q Tulo Lähdöt Super Q Q = Q + Q? 8 Q Q = Q + Q Q Q = Q Q + Q + Q

44 Digitaalitekniikka (piirit) Luku 6 Sivu 44 (5) Synkronisten sekvenssipiirien suunnittelu.8.24 Fe/AKo Supermainoksen piirikaavio: Mealy Esittele Deeds-ASM & CLK D D D C D Q Q Q = C & &? 9 Super & &

45 Digitaalitekniikka (piirit) Luku 6 Sivu 45 (5) Synkronisten sekvenssipiirien suunnittelu.8.24 Fe/AKo T- ja JK-kiikkujen käyttö ASM-suunnittelussa Lisä Kiikkujen tilataulut ja muutostaulut T- tai JK-kiikkuja käytettäessä tilatauluun tarvitaan aiemmin esitettyä enemmän sarakkeita: T-tulon tai J- ja K-tulojen sarakkeet Ne saadaan muutostaulun avulla muutostaulusta nähdään, millä tulosignaaliarvo(i)lla siirrytään tietystä nykyisestä tilasta tiettyyn seuraavaan tilaan ASM T-kiikku T JK-kiikku JK Tilataulu Muutostaulu Tilataulu Muutostaulu T Q(t+) Q(t) Q(t+) T J K Q(t+) Q(t) Q(t+) J K Q(t) Q(t) Q(t) Q(t)

46 Digitaalitekniikka (piirit) Luku 6 Sivu 46 (5) Synkronisten sekvenssipiirien suunnittelu.8.24 Fe/AKo Tilataulu T- tai JK-kiikkuja käytettäessä Lisä Supermainos, Mealyn kone Tilataulu, jossa ovat mukana T- ja JK-kiikkujen tulot T JK Nykyinen tila Tulo Seuraava tila T-kiikkujen tulot JK-kiikkujen tulot Q(t) Q(t) Q(t+) Q(t+) T T J K J K T- tai JK-kiikun tulosignaalien arvot saadaan muutostaulusta

47 Digitaalitekniikka (piirit) Luku 6 Sivu 47 (5) Synkronisten sekvenssipiirien suunnittelu.8.24 Fe/AKo Kellosignaalin käyttötapa : ajastus ASM:n toiminnan ajastus Ainakin merkittävä osa tilanmuutoksista tapahtuu riippumatta tulosignaaleista Kellosignaalin taajuus antaa piirille toiminnan ajastuksen Kellosignaalin taajuuden arvo ja tarkkuus on yleensä tärkeä Sovelluksia Digitaalikello CLK Tiedon sarjamuotoinen siirto siirtojohdoissa (kupari tai kuitu) radioteitse Tietokoneen prosessorin ajastus Analogia-digitaali- ja digitaali-analogiamuunnos Ääni- ja videosignaalin käsittely ASM-kaavioesimerkki

48 Digitaalitekniikka (piirit) Luku 6 Sivu 48 (5) Synkronisten sekvenssipiirien suunnittelu.8.24 Fe/AKo Kellosignaalin käyttötapa 2: odotus Käyttäjän toiminnan havaitseminen Käyttäjä voi olla ihminen tai esimerkiksi jokin prosessi tai ympäristö Piiri pysyy samassa tilassa, kunnes jokin sen tulosignaali muuttuu Kellosignaalin taajuuden arvo ja tarkkuus ei ole tärkeä, kunhan se vain on riittävän suuri Sovelluksia Ihmisen käyttämien laitteiden liitännät näppäimistön liitäntä painikkeiden ja kytkinten liitännät Toiminnan ohjaus ulkopuolisten herätteiden mukaisesti teolliset prosessit mekaaniset järjestelmät, CLK esim. robotit ASM-kaavioesimerkki

49 Digitaalitekniikka (piirit) Luku 6 Sivu 49 (5) Synkronisten sekvenssipiirien suunnittelu.8.24 Fe/AKo? 2 Kellosignaalin käyttötapa 3: yhdistelmä Käyttötapojen ja 2 yhdistelmä Piirin tila muuttuu osin tulosignaaleista riippumatta, osin niistä riippuen Piirissä on tilaketjuja Kellosignaalin taajuuden ja sen tarkkuuden merkitys riippuu tapauksesta Sovelluksia Hyvin monissa käytännön laitteissa Esimerkki: satunnaisuuden tekeminen pyöritään suurella kellotaajuudella tilojen kehässä käynnistetään, kun tulosignaali muuttuu pysäytetään, kun tulosignaali muuttuu tulosignaali(e)n muutosväli on satunnaissuure CLK ASM-kaavioesimerkki T T T T T T T = kiertää T = pysähtyy

50 Digitaalitekniikka (piirit) Luku 6 Sivu 5 (5) Synkronisten sekvenssipiirien suunnittelu.8.24 Fe/AKo Synkronisen sekvenssipiirin alustus Synkroninen sekvenssipiiri alustetaan alustussignaalilla (reset signal) alustussignaali saadaan erityisestä alustuspiiristä tyypillisesti alustussignaali nollaa kaikki piirin kiikut alustussignaali viedään kiikkujen asynkronisiin nollaustuloihin alustussignaali on usein nollana aktiivinen alustuksella piiri pakotetaan tiettyyn alkutilaan kun laitteeseen kytketään sähkö kun valvontapiiri (watchdog) havaitsee virhetilanteen kun painetaan laitteessa olevaa alustuspainiketta RES Merkintä ASM-kaavioon nuoli alkutilaan nuolen päähän alustussignaalin nimi D CLK RES D C R ASM-kaavioesimerkki RES Q Q

51 Digitaalitekniikka (piirit) Luku 6 Sivu 5 (5) Synkronisten sekvenssipiirien suunnittelu.8.24 Fe/AKo Yhteenveto Synkronisen sekvenssipiirin suunnitteluprosessiin kuuluvat määrittely, suunnittelu, simulointi ja ja testaus ASM-menetelmä on on synkronisten sekvenssipiirien systemaattinen suunnittelumenetelmä, jonka jonka keskeinen työkalu työkalu on on ASM-kaavio ASM-kaavion elementit ovat ovat tilalohko, lähtönuoli, päätöslohko ja ja ehdollinen lähtölohko Jaskan Jaskan kuppilan perusmainoksessa on on tulosignaalina vain vain kellosignaali: siitä siitäesitetään vuokaavio, lohkokaavio, ASM-kaavio, tilojen tilojen nimeäminen, tila- tila-ja ja lähtötaulu, kombinaatiopiirin suunnittelu ja ja piirikaavio Jaskan Jaskan kuppilan parannetussa mainoksessa on onyksi muu muu tulosignaali: siitä siitäesitetään vuokaavio, lohkokaavio, ASM-kaavio, tila- tila-ja ja lähtötaulu, kombinaatiopiirin suunnittelu ja ja piirikaavio Mooren koneena Jaskan Jaskan kuppilan supermainoksessa on on kaksi kaksi muuta muuta tulosignaalia: siitä siitä esitetään Mooren ja ja Mealyn Mealyn koneena vuokaavio, lohkokaavio, ASM-kaavio, tila- tila-ja ja lähtötaulu,, kombinaatiopiirin suunnittelu ja ja piirikaavio Tilarekisteri voidaan toteuttaa myös myös T- T-tai tai JK-kiikuilla Kellosignaalilla on on kolme kolme käyttötapaa: ajastus, odotus odotusja ja näiden näiden yhdistelmä Synkroninen sekvenssipiiri alustetaan erityisellä alustussignaalilla