Sivu (5) 2.2.2 Fe Seuraavassa on esitetty tenttitehtävien malliratkaisut ja tehtäväkohtainen arvostelu. Osassa tehtävistä on muitakin hyväksyttäviä ratkaisuja kuin malliratkaisu. 2 Tehtävät on esitetty Times New Roman -tekstityypillä kuten tehtäväpaperissakin. 3 Ratkaisut on esitetty Arial-tekstityypillä. 4 Arvostelu on esitetty kursivoituna Arial Italic -tekstinä. a) Selosta lyhyesti Mooren koneen ja Mealyn koneen ero ja eron vaikutus piirin toimintaan. Mooren koneessa lähtösignaalit riippuvat vain piirin tilasta eivätkä suoraan tulosignaalien arvoista. Mealyn koneessa ainakin yksi lähtösignaali riippuu suoraan paitsi piirin tilasta myös ainakin yhden tulosignaalin arvosta. Tällaista lähtösignaalia nimitetaan ehdolliseksi lähdöksi. Vaikutus piirin toimintaan on se, että Mooren koneessa lähtösignaalit eivät voi muuttua kesken kellojakson, vaan muutos tapahtuu aina piirin viiveen verran kellopulssin aktiivisen reunan jälkeen. Mealyn koneessa mikä hyvänsä ehdollinen lähtösignaali voi muuttua kesken kellojaksonkin milloin vain, jos vain tulosignaali(t) muuttuu tai muuttuvat niin, että siitä seuraa kyseisen lähtösignaalin muutos. b) Synkronisen sekvenssipiirin ASM-kaaviossa on 7 tilaa. Montako kiikkua vähintään tarvitaan ASM:n toteuttamiseen? Montako käyttämätöntä tilaa on, jos ASM toteutetaan minimimäärällä kiikkuja? 5 kiikkua, 32-7=5 käyttämätöntä tilaa. a) Oikea tai likimain oikea ero: p., hyväksyttävä eron vaikutuksen selostus: p. b) p. / oikea vastaus. 2 Alla on esitetty kellopulssin nousevalla reunalla liipaistavan T-kiikun kellosignaalin ja T-tulosignaalin aikakaavio. Kiikun viive kellosignaalin nousevasta reunasta lähtösignaalin muutokseen on ns. Piirrä lähtösignaalin aikakaavio ja merkitse siihen viiveet. Kiikku vaihtaa tilansa, jos T =, kun kellosignaali muuttuu. 5 ns T ns ns Lähtösignaalin muutokset vain kellosignaalin nousevan reunan jälkeen: p. Kolme tilanmuutosta oikein: p., neljä tilanmuutosta oikein: 2 p. Viiveet merkitty ja oikein: p.
Sivu 2 (5) 2.2.2 Fe 3 Ohessa on esitetty ladattava PI-siirtorekisteri. a) Esitä sen signaalien merkitys ja selosta lyhyesti piirin toiminta. LOA SRG4 M[] M2[LOA] C3/ LOA Siirron valintatulo Rinnakkaislatauksen valintatulo Kellotulo PI PI PI2 PI3,3,2,3,2,3 Sarjatulo: datatulo siirrettäessä dataa Sarjalähtö: datalähtö siirrettäessä ja ladattaessa dataa PI - PI3 Rinnakkaistulot: datatulot ladattaessa Toiminta PI-siirtorekisterillä on kaksi toimintatapaa: siirto ja lataus. Tällä rekisterillä on myös kolmas toimintatapa: tilan säilytys. Kun = LOA =, piiri säilyttää tilansa. Kun = ja LOA =, piiri siirtää. Tällöin kellosignaalin nousevalla reunalla sarjatulon arvo siirtyy siirtorekisterin ylimpään kiikkuun ja samalla kunkin kiikun tila siirtyy alempaan kiikkuun. Kun = ja LOA =, piirin kiikkuihin latautuu kellosignaalin nousevalla reunalla rinnakkaistulojen PI - PI3 arvo. Kun tämän jälkeen asetetaan = ja LOA =, siirtorekisterissä oleva tieto saadaan peräkkäisillä kellopulsseilla sarjamuodossa lähtösignaalista. Piiri toimii tiedon muuntimena rinnakkaismuodosta sarjamuotoon. Yhdistelmä = LOA = on kielletty. b) Täydennä alla esitetty aikakaavio. Aluksi on valittuna lataus. Ensimmäinen kellopulssi lataa siirtorekisterin sisällöksi, joten saa arvon. Koko loppuajan rekisteri siirtää. Nuolilla on esitetty, miten ladatut arvot tulevat :n arvoiksi. Viidennestä kellopulssista lähtien alkaa seurata 3-4 kellopulssin viiveellä :n arvoa. Viiveen arvo riippuu siitä, missä kohdassa kellojaksoa muuttuu. PI3 - PI LOA Lataus Siirto Siirto Siirto Siirto Siirto Siirto Siirto a) 3-6 kohtaa oikein: p., hyväksyttävä toiminnan selostus: p., b) Jossain määrin oikea kaavio: p., täysin tai lähes täysin oikea kaavio: 2 p. 4 SPL-piirissä on 6 liitäntänastaa. Yksi nasta tarvitaan maata ja toinen syöttöjännitettä varten. Kuusi nastoista on tulonastoja - näistä yksi on kellotulo - ja loput ohjelmoitavien liitäntöjen liitäntänastoja. Jos ohjelmoitava liitäntä ohjelmoidaan tuloksi, siihen liittyvä makrosolu jää käyttämättömäksi. Jos se
Sivu 3 (5) 2.2.2 Fe määritellään lähdöksi, siihen liittyvällä makrosolulla voi toteuttaa P-muotoisen (kombinaatio)- lausekkeen tai tilarekisterin yhden kiikun ja sen -tulon lausekkeen. a) Montako makrosolua piirissä on? Makrosolujen lukumäärä = kiikkujen lukumäärä = ohjelmoitavien liitäntöjen määrä. Esitettyjen ehtojen perusteella tämä on 6-2 - 6 = 8. b) Montako tilaa piirillä toteutetussa ASM:ssa voi enintään olla? Kahdeksalla kiikulla voidaan toteuttaa 2 8 = 256-tilainen ASM. Tällöin kaikkien lähtösignaalien on tultava suoraan kiikkujen lähdöistä. c) Piirillä toteutetaan 58-tilainen ASM, jonka lähdöistä kaksi saadaan suoraan kiikkujen lähdöistä (lähdöiksi ohjelmoiduista ohjelmoitavista liitännöistä). Montako lähtöä ASM:ssa voi kaikkiaan enintään olla? 58-tilainen ASM vaatii 6 kiikkua (2 6 = 64). Jokaista kiikkua vastaa yksi makrosolu eli se vie yhden ohjelmoitavan liitännän. Näinollen enintään 8-6 = 2 ohjelmoitavaa liitäntää voidaan konfiguroida kombinaatiolähdöiksi. Saadaan siis enintään 2 + 2 = 4 lähtöä. d) Kohdan c) mukaisessa ASM:ssa on kaikkiaan neljä lähtöä. Montako tuloa kellotulon lisäksi ASM:ssa voi enintään olla? Edellä todettiin, että lähtöjä voi olla enintään neljä. Kun niitä on kyseinen määrä, ei yhtään ohjelmoitavaa liitäntää voida määritellä tuloksi, vaan tuloja ovat vain alussa mainitut 6 - = 5 tuloa. a) 8 makrosolua, b) 256 tilaa, c) 4 lähtöä, d) 5 tuloa. p. / oikein laskettu arvo. 5 igitaalisessa venäläisessä ruletissa on painike ja lamppu. Sen kellojakso on viisi sekuntia. Aluksi lamppu ei pala. Pelaaja painaa painiketta lyhyesti. Lamppu palaa painalluksen ajan varmistaen, että pelaaja pelaa rehellistä peliä ja on painanut painikkeen pohjaan asti. Jos kellopulssin nouseva reuna ei osu painalluksen kanssa samaan aikaan, lamppu sammuu heti painalluksen loputtua. Tällöin pelaaja on voittanut pelin. Jos taas kellopulssin nouseva reuna sattuu painalluksen kestoaikana, lamppu jää palamaan yhden kellojakson ajaksi ja sammuu sitten. Tällöin pelaaja on hävinnyt pelin. Toteuta edellä kuvattu digitaalinen venäläinen ruletti Mealyn koneena. Käytä toteutuksessa portteja ja yhtä -kiikkua. a) Piirrä piirin ASM-kaavio. b) Laadi piirin tilataulu ja lähtötaulu. c) Esitä kiikun -tulon ja lähtösignaalin lausekkeet. d) Piirrä piirin piirikaavio.
Sivu 4 (5) 2.2.2 Fe a) Toimintaperiaate saadaan suoraan määrittelystä. Aluksi ollaan alkutilassa ALK ja siinä pysytään niin kauan kuin painiketta ei paineta eli tulosignaali =. Tällöin ei lamppua polteta eli lähtösignaali =. Kun pelaaja painaa painiketta ( = ), sytytetään heti ehdollisella lähdöllä lamppu ( = ) ja varaudutaan menemään häviötilaan HAV. Siihen mennään määrittelyn mukaisesti, jos kellopulssin nouseva reuna sattuu tulemaan painalluksen aikana. Tilassa HAV poltetaan lamppua ja siitä mennään aina alkutilaan. Valitaan alkutilan tilakoodiksi ja HAV-tilan tilakoodiksi. ALK Saadaan oheinen ASM-kaavio: b) Saadaan seuraava yhdistetty tila- ja lähtötaulu: Nykyinen tila Tulo Seuraava tila Lähtö HAV Kellojakso = 5 s c) Kun muuttujia on vain kaksi, ja, ei tarvita Karnaugh'n karttaa sieventämiseen, vaan funktioiden lausekkeet saadaan suoraan taulukosta. Nähdään, että on : n ja :n JA-funktio ja on :n ja :n TAI-funktio. Saadaan seuraavat lausekkeet: = = + d) Saadaan seuraava piirikaavio: & C p. / kohta. Jos useat kohdat ovat likimain oikein, saa vastaavan osan pisteistä. Pistemäärät ja niitä vastaavat arvosanat: Pistemäärä Arvosana - 6 7-8 9-2 2-4 3 5-7 4 8-2 5
Sivu 5 (5) 2.2.2 Fe