igitaalitekniikka (piirit) Luku 5 ivu (7).8.24 Fe/AKo C J C K C T C C J C K
igitaalitekniikka (piirit) Luku 5 ivu 2 (7).8.24 Fe/AKo Johdanto Tässä luvussa esitetään salpapiirit, jotka ovat yksinkertaisimpia sekvenssipiirejä esitetään kiikkupiirit, joita käytetään synkronisten sekvenssipiirien tilarekisterin toteuttamiseen käydään läpi eri kiikkutyypit sekä tulosignaalien tyypin että liipaisutavan mukaan jaoteltuina esitetään reunaliipaistavan kiikun ajoitukseen liittyvät parametrit esitetään salpojen ja kiikkujen piirrosmerkit ja toimintakaaviot selvitetään kiikkujen asynkronisten asetus- ja nollaustulojen toiminta ja käyttö Luvun tavoitteena on antaa peruskäsitys salpojen toiminnasta ja ominaisuuksista esittää kiikkujen toiminta ja ominaisuudet antaa valmius käyttää kiikkuja synkronisten sekvenssipiirien suunnittelussa
igitaalitekniikka (piirit) Luku 5 ivu 3 (7).8.24 Fe/AKo, yleistä alvat (latch) ja kiikut (flip-flop) ovat yksinkertaisia sekvenssipiirejä, jotka pystyvät muistamaan niihin talletetun tilan ( tai ) salvan ja kiikun tila ja lähtösignaali voivat pysyä samoina, vaikka tulosignaalit muuttuvat vain tietty tulosignaalin muutos aiheuttaa tilan muutoksen, jolloin myös lähtösignaali muuttuu alvat ovat hyvin yksinkertaisia peruspiirejä ei välttämättä kellotuloa LATCH FF lähtösignaalin muutos voi tapahtua heti tulosignaalin muututtua Kiikut ovat salpoja mutkikkaampia piirejä kiikussa on aina kellotulo, jonka tahdissa se muuttaa tilaansa muiden tulosignaalien muutoksilla ei ole suoraa vaikutusta kiikun tilaan lähtösignaali voi muuttua vain kellosignaalin muuttuessa Kiikkuja käytetään synkronisten sekvenssipiirien tilarekistereissä tallettamaan sekvenssipiirin tila
-salpa igitaalitekniikka (piirit) Luku 5 ivu 4 (7).8.24 Fe/AKo Esittele -salpa -salpa ( = et, = eset) on yksinkertaisin sekvenssipiiri e voidaan toteuttaa joko TAI-EI-porteilla (tulojen aktiivinen arvo = ) tai JA-EI-porteilla (tulojen aktiivinen arvo = ); tässä TAI-EI-toteutus -salpa asetetaan -tulolla ja nollataan -tulolla Tulosignaaliyhdistelmä = = on kielletty Piirrosmerkki Piirikaavio Toimintakaavio Ei yleistä tarkennusmerkkiä Tila Ei muutu Nollattu Asetettu Kielletty? Tarkennusmerkit kertovat tyypin Aikakaavio
igitaalitekniikka (piirit) Luku 5 ivu 5 (7).8.24 Fe/AKo Kellotulolla varustettu -salpa Poistaa tilanteen = = asettamalla = = ( = elay) Piirrosmerkki C Piirikaavio & & Esittele -salpa? 2 Ohjausriippuvuus Toimintakaavio Tila X Ei muutu Nollattu Asetettu & Aikakaavio &
igitaalitekniikka (piirit) Luku 5 ivu 6 (7).8.24 Fe/AKo Kiikkutyypit -salpa ei sovellu synkronisen sekvenssipiirin tilarekisterissä käytettäväksi, koska sen tila voi muuttua kellosignaalin aikana Tarvitaan piiri, joka muuttaa tilaansa vain kellosignaalin muutoshetkellä Kiikku on piiri, jolla on tällainen ominaisuus Kiikkutyypit liipaisutavan mukaan: reunaliipaistava kiikku (edge-triggered flip-flop, yleinen) vastakkaisreunoin liipaistava kiikku (data lock-out flip-flop, master-slave flip-flop, harvinainen) pulssilla liipaistava kiikku (pulse-triggered flip-flop, harvinainen) Kiikkutyypit tulon tai tulojen mukaan -kiikku (yleisin) T-kiikku (ohjelmoitavissa logiikkaverkoissa yleinen) JK-kiikku (harvinainen) T JK FF
igitaalitekniikka (piirit) Luku 5 ivu 7 (7).8.24 Fe/AKo euna- ja vastakkaisreunoin liipaistavat kiikut Näitä kiikkuja nimitetään myös dynaamisiksi kiikuiksi Kiikku muuttaa sisäistä tilaansa kellosignaalin muutoksen eli aktiivisen reunan jälkeen nousevalla reunalla ( ) liipaistavat (positive-edge-triggered) kiikut (yleisin) laskevalla reunalla ( ) liipaistavat (negative-edge-triggered) kiikut Tilanmuutos näkyy lähdössä reunaliipaistavassa kiikussa heti kellosignaalin aktiivisen reunan jälkeen (välitön lähtö) nykyään yleisessä käytössä olevat kiikut ovat reunaliipaistavia vastakkaisreunoin liipaistavassa kiikussa vasta kellosignaalin toisensuuntaisen muutoksen jälkeen (viivästetty lähtö) vastakkaisreunoin liipaistavia kiikkuja ei nykyään juuri käytetä
igitaalitekniikka (piirit) Luku 5 ivu 8 (7).8.24 Fe/AKo Nousevalla reunalla liipaistava -kiikku Esittele -kiikku Yleisin kiikkutyyppi Kiikun seuraava tila on -tulon arvo muutoshetkellä Tilan ja lähtösignaalin muutos tapahtuu, kun kellosignaali muuttuu Piirrosmerkki Toimintakaavio? 3 C ynaamisen tulon merkintä (t+) Aikakaavio Tila Nollautuu Asettuu
igitaalitekniikka (piirit) Luku 5 ivu 9 (7).8.24 Fe/AKo Nousevalla reunalla liipaistava T-kiikku Esittele T-kiikku Tila joko vaihtuu tai ei muutu kellosignaalin nousevalla reunalla (T = Toggle) Käytetään erityisesti ohjelmoitavissa logiikkaverkoissa (kiikun voi ohjelmoida joko :ksi tai T:ksi) Piirrosmerkki Toimintakaavio? 4 T T C T (t+) Tila (t) Ei muutu (t) Vaihtuu Aikakaavio T T
igitaalitekniikka (piirit) Luku 5 ivu (7).8.24 Fe/AKo? 5 Nousevalla reunalla liipaistava JK-kiikku Kaksi tulosignaalia: J ja K Hyvin monipuolinen toiminta uunnittelussa työläs Yksinkertaistaa joskus toteutusta J K Piirrosmerkki J C K JK Aikakaavio Toimintakaavio J K (t+) Tila (t) Ei muutu Nollautuu Asettuu (t) Vaihtuu Esittele JK-kiikku J K
igitaalitekniikka (piirit) Luku 5 ivu (7).8.24 Fe/AKo eunaliipaistavan kiikun ajoitus? 6 Kiikun keskeiset ajoitusparametrit ovat varoajat: asettumisaika ja pitoaika etenemisviive Tulosignaalit eivät saa muuttua varoaikana C Lähtösignaali muuttuu etenemisviiveen kuluttua kellosignaalin reunasta Nousevalla reunalla liipaistavan -kiikun ajoitus: Asettumisaika (setup time) Pitoaika (hold time) t su t h t pd Etenemisviive (propagation delay) aa muuttua t su t h aa muuttua t pd
igitaalitekniikka (piirit) Luku 5 ivu 2 (7).8.24 Fe/AKo Vastakkaisreunoin liipaistava JK-kiikku Tulojen tila otetaan talteen kellosignaalin nousevalla reunalla Lähdöt muuttuvat kellosignaalin laskevalla reunalla (viivästetty lähtö) J K J K Piirrosmerkki J C K Viivästetyn lähdön tarkennusmerkki Aikakaavio J K JK Toimintakaavio (t+) (t) (t) Tila Ei muutu Nollautuu Asettuu Vaihtuu Lisä
igitaalitekniikka (piirit) Luku 5 ivu 3 (7).8.24 Fe/AKo Kiikun asynkroniset nollaus- ja asetustulot? 7 Käytetään kiikun alustamiseen (reset) kun sähkö kytketään laitteeseen (power-on reset) muulloin järjestelmän käynnistyessä (start-up reset) Käytännön piireissä toinen (yleensä nollaus) tai molemmat Yleensä nollana aktiivisia Voi olla yhteinen usealle samassa paketissa olevalle kiikulle eunaliipaistava -kiikku: Piirrosmerkki C Toimintakaavio X X X X X X Kielletty Asetus Nollaus Toiminta kellon tahdissa
igitaalitekniikka (piirit) Luku 5 ivu 4 (7).8.24 Fe/AKo Käytännön kiikku- ja salpapiirejä Lisä aatavilla olevia kiikku- ja salpapiirejä: Tunnus Tyyppi Liipaisu Lähdöt Määrä Nollaus ja asetus 74xx74 -kiikku Nouseva Molemmat 2/paketti Molemmat, erilliset 74xx75 -salpa Läpin. -t. Molemmat 4/paketti Ei 74xx7 JK-kiikku Laskeva Molemmat 2/paketti Nollaus, erilliset 74xx9 JK-kiikku Nouseva Molemmat 2/paketti Molemmat, erilliset 74xx2 JK-kiikku Laskeva Molemmat 2/paketti Molemmat, erilliset 74xx3 JK-kiikku Laskeva Molemmat 2/paketti Asetus, erilliset 74xx75 -kiikku Nouseva Molemmat 4/paketti Nollaus, yhteinen 74xx373 -salpa Läpin. -t. Ei-invert. 8/paketti Ei 74xx374 -kiikku Nouseva Ei-invert. 8/paketti Ei 74xx82 -kiikku Nouseva Ei-invert. /paketti Ei 74xx6374 -kiikku Nouseva Ei-invert. 6/paketti Ei
igitaalitekniikka (piirit) Luku 5 ivu 5 (7).8.24 Fe/AKo Kiikkujen piirrosmerkkiyhteenveto Lisä C C T C -salpa Nousevalla reunalla liipaistava -kiikku Laskevalla reunalla liipaistava T-kiikku J C K J C K J C K Nousevalla reunalla liipaistava JK-kiikku Laskevalla reunalla liipaistava JK-kiikku Vastakkaisreunoin liipaistava JK-kiikku
igitaalitekniikka (piirit) Luku 5 ivu 6 (7).8.24 Fe/AKo Kiikkujen toimintakaavioyhteenveto Lisä -kiikku T-kiikku T (t+) Tila T (t+) Tila Nollautuu Asettuu (t) (t) Ei muutu Vaihtuu J K JK-kiikku (t+) Tila JK (t) Ei muutu Nollautuu Asettuu (t) Vaihtuu
igitaalitekniikka (piirit) Luku 5 ivu 7 (7).8.24 Fe/AKo Yhteenveto alvat alvatja ja kiikut kiikutovat sekvenssipiirejä, jotka jotka muistavat niihin niihin talletetun tilan tilan -salpa on onyksinkertaisin sekvenssipiiri; se se voidaan nollata nollata -tulolla ja ja asettaa asettaa -tulolla Kellotulolla varustettu -salpa ottaa ottaa-tulon mukaisen tilan tilan kellosignaalin arvon arvon ollessa ollessa ja ja säilyttää sen sen kellosignaalin arvon arvon ollessa ollessa Kiikku Kiikkumuuttaa tilaansa kellosignaalin aktiivisen reunan reunan jälkeen jälkeen ja ja säilyttää sen sen koko koko kellopulssin ajan ajan Kiikku Kiikku voi voi olla olla pulssilla liipaistava, reunaliipaistava tai tai vastakkaisreunoin liipaistava -, -, T- T-tai taijk-kiikku Kiikun Kiikun keskeiset ajoitusparametrit on on varoajat ja ja etenemisviive Yleisimmin käytetty kiikku kiikkuon on nousevalla reunalla liipaistava -kiikku Kiikussa voi voi olla olla asynkroninen nollaus- tai tai asetustulo tai tai molemmat Kiikun Kiikun piirrosmerkissä ei ei ole ole yleistunnusta, vaan vaan tyyppi tyyppi ja ja toiminta osoitetaan merkinnöillä Kiikun Kiikun toiminta voidaan kuvata kuvatatoimintakaaviolla