Digitaalitekniikka (piirit) Luku 4 Sivu (6).8.24 Fe/AKo Tilarekisteri Kombinaatiopiiri
Digitaalitekniikka (piirit) Luku 4 Sivu 2 (6).8.24 Fe/AKo Johdanto Tässä luvussa todetaan esimerkin avulla kombinaatiopiirien rajoittuneisuus ja perustellaan sekvenssipiirien käyttötarve esitetään sekvenssipiirien yleiset ominaisuudet, lajit ja rakenteet kuvataan synkronisen sekvenssipiirin rakenne ja osat esitetään esimerkki synkronisesta sekvenssipiiristä ja sen toiminnan aikakaavio esitetään synkronisten sekvenssipiirien pääluokat ja niiden erot ja ominaisuudet lisäsisältönä esitetään asynkronisten tulojen vaikutus synkronisen sekvenssipiirin toimintaan Luvun tavoitteena on muodostaa yleiskäsitys sekvenssipiireistä, erityisesti synkronisista sekvenssipiireistä, pohjaksi synkronisten sekvenssipiirien suunnittelulle
Digitaalitekniikka (piirit) Luku 4 Sivu 3 (6).8.24 Fe/AKo Johdatus sekvenssipiireihin: proffamuistutin Proffamuistutin auttaa hajamielistä professoria muistamaan: ota mukaan sateenvarjo, kun sataa ota mukaan päällystakki, kun on pakkasta Proffamuistuttimessa on kolme anturia: sadeanturi pakkasanturi anturi, joka ilmoittaa, milloin ovimatolla seistään Proffamuistuttimessa on kaksi lamppua: sateenvarjolamppu päällystakkilamppu lamppu palaa, kun kyseinen esine on otettava mukaan ja ovimatolla seistään
Digitaalitekniikka (piirit) Luku 4 Sivu 4 (6).8.24 Fe/AKo Proffamuistuttimen lohkokaavio ja signaalit C COLD RAIN ONMAT PROFCNTR COAT UMBR
Digitaalitekniikka (piirit) Luku 4 Sivu 5 (6).8.24 Fe/AKo Proffamuistuttimen totuustaulu ja kytkentäfunktiot COLD RAIN ONMAT COAT UMBR PROFCNTR Sataa ja proffa matolla Pakkasta ja proffa matolla Sataa lunta ja proffa matolla COAT = COLD RAIN ONMAT + COLD RAIN ONMAT COAT = COLD ONMAT UMBR = COLD RAIN ONMAT C COLD RAIN ONMAT COAT UMBR
Digitaalitekniikka (piirit) Luku 4 Sivu 6 (6).8.24 Fe/AKo Proffamuistuttimen piirikaavio C COLD RAIN ONMAT PROFCNTR COAT UMBR COAT = COLD ONMAT UMBR = COLD RAIN ONMAT COLD ONMAT & COAT RAIN & UMBR
Digitaalitekniikka (piirit) Luku 4 Sivu 7 (6).8.24 Fe/AKo Parannettu proffamuistutin Proffan hajamielisyys lisääntyy Proffa unohtaa matolta poistuttuaan, mitä piti ottaa mukaan Syntyy vaarallinen värähtelytilanne: proffa tulee matolle: lamppu syttyy proffa lähtee hakemaan esinettä, siirtyy pois matolta proffa unohtaa esineen, palaa matolle... Parannuskeino: lamppu jää palamaan, vaikka proffa poistuukin matolta Lamppu palaa määräajan, jotta proffa voi vilkaista, mitä piti ottaa mukaan energiaa ei kuluteta proffan ollessa poissa kotoa Tällaista laitetta ei voida toteuttaa kombinaatiopiirillä, koska lähtösignaalien arvot riippuvat tulosignaalien nykyisistä arvoista tulosignaalien aiemmista arvoista eli historiasta???
Digitaalitekniikka (piirit) Luku 4 Sivu 8 (6).8.24 Fe/AKo, yleistä? Sekvenssipiirin lähtösignaalien arvot riippuvat piirin tilasta (state) Piirin tila riippuu piirin alkutilasta tulosignaalien historiasta Lähtösignaalien arvot voivat riippua myös tulosignaaleiden nykyisistä arvoista Sekvenssipiiri tallettaa ja muistaa oman tilansa Sekvenssipiirissä on sisäisiä takaisinkytkentöjä Kaksi päätyyppiä: asynkroniset sekvenssipiirit synkroniset sekvenssipiirit ASYNC IN SYNC Asynkroninen sekvenssipiiri muuttaa tilaansa tulosignaalin muuttuessa Synkroninen sekvenssipiiri muuttaa tilaansa yhden CLK tulosignaalin - kellosignaalin (clock signal) - tahdissa kellosignaali saadaan yleensä kello-oskillaattorista OUT
Digitaalitekniikka (piirit) Luku 4 Sivu 9 (6).8.24 Fe/AKo Kombinaatio- ja sekvenssipiirien rakenne Kombinaatiopiiri n m n Asynkroninen sekvenssipiiri m k Tulosignaalit Kellosignaali Synkroninen sekvenssipiiri n Lähtösign. Tilarekisteri Nykyinen tila k Kombinaatiopiiri Tulosign. Lähtösign. Kombinaatiopiiri Tulosign. Lähtösign. Takaisinkytkentäsignaalit Kombinaatiopiiri Takaisinkytkentäsignaalit m Seuraava tila k COMB ASYNC SYNC
Digitaalitekniikka (piirit) Luku 4 Sivu (6).8.24 Fe/AKo Synkroniset sekvenssipiirit Tila talletettuna tilarekisteriin Tilanmuutokset kellosignaalin tahdissa Tulosignaalit Synkronisen sekvenssipiirin yleinen rakenne Lähtösignaalit? 2 CLK IN-INn Kellosignaali Kombinaatiopiirpiiri Tilarekisteri Nykyinen tila (present state) PS-PSk OUT-OUTm Seuraava tila (next state) NS-NSk
Digitaalitekniikka (piirit) Luku 4 Sivu (6).8.24 Fe/AKo Synkronisen sekvenssipiirin rakenne? 3 Tilarekisteri toteutetaan kiikuilla Jokaiselle PS-signaalille on oma kiikku Tarvittavien kiikkujen määrä riippuu tilojen määrästä k kiikkua tiloja kaikkiaan 2 k Piirissä tarvitaan s tilaa kiikkuja tarvitaan vähintään k siten, että 2 k s eli k log 2 s IN n Kombi- m CLK naatio- Tila- PS piiri NS rekis- teri k k k kiikkua OUT Kombinaatiopiiri voidaan toteuttaa porttipiireillä, tulovalitsimella tai muilla kombinaatiopiirien toteutustavoilla Nykyään koko synkroninen sekvenssipiiri toteutetaan usein ohjelmoitavalla logiikkaverkolla sisältää kombinaatiopiirin toteuttamiseen tarvittavan osan sisältää tarvittavat kiikut
Digitaalitekniikka (piirit) Luku 4 Sivu 2 (6).8.24 Fe/AKo Esimerkki synkronisesta sekvenssipiiristä Piiri on valon vilkutin Lähtösignaalit L ja L2 ohjaavat kumpikin omaa lamppuaan Jos tulosignaali VUOR =, lamput vilkkuvat samassa tahdissa Jos tulosignaali VUOR =, lamput vilkkuvat vuorotellen Kellosignaali määrää vilkutuksen taajuuden Tulosignaali VUOR Kellosignaali CLK NS NS Tilarekisteri Tila- Nykyinen tila PS PS Kombi- Kombinaatiopiirnaatiopiiri Seuraava tila NS NS Esittele valon vilkutin Lähtösignaalit L L2
Digitaalitekniikka (piirit) Luku 4 Sivu 3 (6).8.24 Fe/AKo Signaalien aikakaavio ) Tilanmuutos 2) Lähdöt ja seur. tila VUOR CLK NS TR PS KP L L2 NS Tila NOL YKS KAK KOL NOL CLK? 4 PS PS VUOR NS NS L L2
Digitaalitekniikka (piirit) Luku 4 Sivu 4 (6).8.24 Fe/AKo Synkronisten sekvenssipiirien pääluokat Mooren kone Mealyn kone? 5 Vain piirin tila vaikuttaa lähtösignaaleihin Lähtösignaalit muuttuvat kellosignaalin tahdissa IN CLK Lähdöt muodostavakombinaatiopiirva Tilarekisteri PS NS OUT Tila ja tulosignaalit vaikuttavat lähtösignaaleihin Lähtösignaalit voivat muuttua kesken kellojakson IN CLK Vain Mealyn koneessa Lähdöt muodostavakombinaatiopiirva Tilarekisteri PS Seuraavan tilan muodostavakombinaatiopiirva Seuraavan tilan muodostavakombinaatiopiirva NS OUT
Asynkroniset tulot Digitaalitekniikka (piirit) Luku 4 Sivu 5 (6).8.24 Fe/AKo Tulot, jotka muuttuvat riippumatta kellosignaalista, ovat asynkronisia tuloja Käytännössä laitteen ulkoiset tulot ovat yleensä tällaisia Mooren koneessa ei vaikutusta Mealyn koneessa voivat aiheuttaa lähtösignaalien kellosignaalista riippumattomia muutoksia Asynkroniset tulot voidaan synkronoida synkronoivalla rekisterillä Lisä IN Synkronoiva INS noiva rekisteri Asynkronisia Kombinaatiopiirpiiri tuloja Synkronoituja tuloja CLK Tilarekisteri PS NS Tila- NS OUT
Digitaalitekniikka (piirit) Luku 4 Sivu 6 (6).8.24 Fe/AKo Yhteenveto Sekvenssipiirin lähtösignaalien arvot arvotriippuvat piirin piirinalkutilasta, tulosignaalien historiasta ja jatulosignaalien nykyarvoista Sekvenssipiirissä on on takaisinkytkentöjä Asynkroniset sekvenssipiirit muuttavat tilaansa tulosignaalien muuttuessa Synkroniset sekvenssipiirit muuttavat tilaansa kellosignaalin tahdissa Synkroninen sekvenssipiiri koostuu kombinaatiopiiristä ja jatilarekisteristä Piirin Piirintila tilaon on talletettu tilarekisteriin, joka jokaon on muodostettu kiikuista Kiikkujen lukumäärällä k saadaan aikaan aikaan2 k eri eritilaa Mooren koneessa vain vain nykytila vaikuttaa lähtösignaaleihin, Mealyn koneessa sekä sekänykytila että ettätulosignaalit Tulosignaalien asynkronisuudella ei eiole erityistä vaikutusta Mooren koneessa Mealyn Mealynkoneessa asynkroniset tulot tulotaiheuttavat lähtösignaalien kellosignaalista riippumattomia muutoksia