Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 1 Διάλεξη 8: Ολοκληρωμένα κυκλώματα – Συνδυαστική λογική – Πολυπλέκτες – Κωδικοποιητές - Αποκωδικοποιητές Δρ Κώστας Χαϊκάλης.

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Παρουσίαση με θέμα: "ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 1 Διάλεξη 8: Ολοκληρωμένα κυκλώματα – Συνδυαστική λογική – Πολυπλέκτες – Κωδικοποιητές - Αποκωδικοποιητές Δρ Κώστας Χαϊκάλης."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 1 Διάλεξη 8: Ολοκληρωμένα κυκλώματα – Συνδυαστική λογική – Πολυπλέκτες – Κωδικοποιητές - Αποκωδικοποιητές Δρ Κώστας Χαϊκάλης

2 Ολοκληρωμένα κυκλώματα Τα ηλεκτρονικά κυκλώματα μπορούν να κατασκευασθούν σε ολοκληρωμένη μορφή (integrated circuits – ICs). Στο εσωτερικό των ψηφιακών ICs βρίσκονται πολλές λογικές πύλες ενωμένες μεταξύ τους ώστε να σχηματιστεί το απαιτούμενο ψηφιακό κύκλωμα. Τα chips έχουνε έναν αριθμό από «ποδαράκια» (pins) τα οποία χρησιμοποιούνται με σκοπό την επικοινωνία του ψηφιακού κυκλώματος με τον έξω κόσμο. Τα ICs επινοήθηκαν για πρώτη φορά από τον Geoffrey William Arnold Dummer, o οποίος κατάφερε να κατασκευάσει ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα για πρώτη φορά το ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 2

3 Επίπεδα Ολοκλήρωσης Ανάλογα με το επίπεδο ολοκλήρωσης (δηλαδή πόσα τρανζίστορ χωράνε σε ένα chip) υπάρχουν τέσσερις κατηγορίες ολοκληρωμένων κυκλωμάτων:  SSI (Small Scale of Integration)  MSI (Medium Scale of Integration)  LSI (Large Scale of Integration)  VLSI (Very Large Scale of Integration) ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 3

4 Οικογένειες Ψηφιακής Λογικής Ανάλογα με το πως υλοποιούνται οι διάφορες πύλες (συνήθως μας ενδιαφέρουν οι NAND και NOR) τα ψηφιακά ολοκληρωμένα κυκλώματα χωρίζονται σε οικογένειες ψηφιακής λογικής:  TTL: Transistor – Transistor Logic  ECL: Emitter Coupled Logic  MOS: Metal Oxide Semiconductor  CMOS: Complementary MOS ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 4

5 Οικογένειες ψηφιακής λογικής Κάθε οικογένεια χαρακτηρίζεται ως προς τις επιδόσεις της στα εξής:  Ικανότητα οδήγησης (Fan Out): Πόσα φορτία μπορεί να οδηγήσει η έξοδος μιας πύλης χωρίς να κινδυνέψει η κανονική της λειτουργία (ως φορτίο συνήθως ορίζουμε το ρεύμα που χρειάζεται η είσοδος μιας πύλης της ιδίας οικογένειας).  Κατανάλωση Ισχύος (power dissipation): Πόση ισχύ τροφοδοσίας χρειάζεται η κάθε πύλη.  Καθυστέρηση Διάδοσης (propagation delay): Ο μέσος χρόνος που χρειάζεται για να διαδοθεί η αλλαγή του σήματος από την είσοδο στην έξοδο.  Περιθώριο Θορύβου (Noise Margin): Ελάχιστη τάση εξωτερικού θορύβου που προκαλεί ανεπιθύμητη αλλαγή στην έξοδο ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 5

6 Ολοκληρωμένα Κυκλώματα ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 6

7 Ολοκληρωμένα Κυκλώματα ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 7

8 Ολοκληρωμένα Κυκλώματα ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 8

9 Λογικά κυκλώματα Τα λογικά κυκλώματα διακρίνονται σε συνδυαστικά (combinational) και ακολουθιακά (sequential) Τα συνδυαστικά περιέχουν μόνο λογικές πύλες, ενώ τα ακολουθιακά περιέχουν επιπλέον και στοιχεία μνήμης Συνδυαστικά κυκλώματα: Οι έξοδοι σε κάθε χρονική στιγμή είναι συνάρτηση των εισόδων εκείνης της χρονικής στιγμής και μόνο Ακολουθιακά κυκλώματα: Οι έξοδοι είναι συνάρτηση των εισόδων εκείνης της χρονικής στιγμής, όπως επίσης και της κατάστασης των στοιχείων μνήμης, η οποία είναι συνάρτηση των προηγούμενων εισόδων ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 9

10 Συνδυαστικά κυκλώματα ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 10

11 Σχεδιασμός συνδυαστικών κυκλωμάτων ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 11

12 Ανάλυση συνδυαστικού κυκλώματος Έχουμε ένα κύκλωμα και θέλουμε να εξάγουμε την λογική συνάρτηση που υλοποιεί καθώς και τον πίνακα αλήθειας του Διαδικασία ανάλυσης  Ονομάζουμε τις εξόδους των πυλών του κυκλώματος  Βρίσκουμε τις συναρτήσεις σε κάθε επίπεδο ξεκινώντας από το πρώτο και φτάνοντας μέχρι το τελευταίο ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 12

13 Ανάλυση Συνδυαστικού Κυκλώματος – Παράδειγμα 1 ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 13

14 Πίνακας αλήθειας ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 14

15 Παράδειγμα 2 ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 15

16 Ημι-Aθροιστής (Half Adder) ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 16

17 Ημι-Aθροιστής (Half Adder) ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 17 Σχεδιασμός λογικού κυκλώματος

18 Πλήρης Aθροιστής (Full Adder) ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 18

19 Πλήρης Aθροιστής (Full Adder) ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 19

20 Πλήρης Aθροιστής (Full Adder) ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 20

21 Πλήρης Aθροιστής (Full Adder) ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 21

22 Ημι-Aφαιρέτης (Half Subtractor) ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 22

23 Πλήρης Aφαιρέτης (Full-Subtractor) ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 23

24 Πληρης Aφαιρέτης (Full-Subtractor) ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 24

25 Σύμβολα Ημι και Πλήρους Αθροιστή ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 25

26 Δυαδική πρόσθεση 4 bits ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 26

27 Δυαδική πρόσθεση 4 bits ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 27 Αν k=4 τότε ένας δυαδικός αθροιστής είναι ένα κύκλωμα με 9 εισόδους:  4 εισόδους για τον πρώτο προσθετέο, 4 εισόδους για το δεύτερο και 1 κρατούμενο εισόδου και 5 εξόδους:  4 εξόδους για το άθροισμα και το κρατούμενο εξόδου

28 Υλοποίηση με πλήρεις αθροιστές ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 28 Δυαδικός αθροιστής (ριπής κρατουμένου – ripple carry) των 4 bit

29 Μετατροπή κωδίκων ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 29 Εξαιτίας της πληθώρας των κωδικών που υπάρχουν, συχνά χρειαζόμαστε κυκλώματα μετατροπής από τον ένα κώδικα στον άλλο. Ο παρακάτω πίνακας αληθείας χρησιμοποιείται για την υλοποίηση ενός κώδικα BCD σε έναν κώδικα excess-3.

30 Παράδειγμα 4: Μετατροπή κώδικα BCD σε κώδικα υπερβολής κατά 3 - Πίνακας αλήθειας ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 30

31 Απλοποίηση μεταβλητών εξόδου με χάρτη Karnaugh ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 31

32 Παράδειγμα 5 ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 32 Άρα, οι μεταβλητές εξόδου θα είναι:  w = A + BC + BD = A + B(C + D)  x = B’C + B’D + BC’D’=B’(C+D)+B(C+D)’  y = CD + C’D’ = CD + (C+D)’  z = D’

33 Υλοποίηση λογικού κυκλώματος ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 33

34 Πολυπλέκτες ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 34 Στους πολυπλέκτες γενικά έχουμε 2^n εισόδους σε 1 έξοδο  2^n είσοδοι δεδομένων  1 έξοδος δεδομένων  n είσοδοι επιλογής

35 Πολυπλέκτης 2Χ1 ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 35

36 Πολυπλεκτης 4Χ1 ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 36

37 Υλοποίηση λογικών συναρτήσεων με πολυπλεκτες ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 37 Χρησιμοποιώντας έναν πολυπλέκτη 2^n X 1 μπορούμε να υλοποιήσουμε οποιαδήποτε συνάρτηση (n+1) μεταβλητών. Παράδειγμα 1: Εάν F(A,B,C) =Σ(1,3,5,6), τότε στις εισόδους επιλογής του πολυπλέκτη s1 και s0 βάζουμε δυο μεταβλητές, π.χ. B και C.  Οι γραμμές επιλογής (ή επίτρεψης) του πολυπλέκτη παίρνουν τιμές 0, 1, Α και Α’ ανάλογα με τον πίνακα αλήθειας της συνάρτησης.

38 Παράδειγμα 1 ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 38

39 Παράδειγμα 2 ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 39 Συνάρτηση 3 μεταβλητών F(x,y,z) = Σ(1,2,6,7)

40 Παράδειγμα 3 ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 40 Συνάρτηση 4 μεταβλητών F(x,y,z,w) = Σ(1,3,4,11,12,13,14,15)

41 Παράδειγμα 4 ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 41 Να υλοποιηθεί η λογική συνάρτηση 3 μεταβλητών F(A, B, C)=Σ(1, 2, 4, 5) με πολυπλέκτη 4Χ1

42 Παράδειγμα 4 ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 42

43 Παράδειγμα 5 ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 43 Να υλοποιηθεί η λογική συνάρτηση 4 μεταβλητών F(A, B, C, D)=Σ(0, 1, 3, 4, 8, 9, 15) με πολυπλεκτη 8Χ1

44 Παράδειγμα 5 ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 44

45 Αποκωδικοποιητές ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 45 Ένας αποκωδικοποιητής από n σε 2^n γραμμές σχηματίζει τους ελαχιστόρους που παράγονται από το συνδυασμό των n μεταβλητών. Πρόκειται για ένα κύκλωμα που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την υλοποίηση συνδυαστικών κυκλωμάτων.

46 Παράδειγμα 1: Αποκωδικοποιητής 3 σε 8 ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 46

47 Πίνακας αλήθειας ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 47

48 Παράδειγμα 2: Αποκωδικοποιητής 2 σε 4 ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 48

49 Πίνακας αλήθειας ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 49

50 Παράδειγμα 3 ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 50 Εάν S(x,y,z)=Σ(1,2,4,7) και C(x,y,z)=Σ(3,5,6,7), να γίνει υλοποίηση με αποκωδικοποιητή:


Κατέβασμα ppt "ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 1 Διάλεξη 8: Ολοκληρωμένα κυκλώματα – Συνδυαστική λογική – Πολυπλέκτες – Κωδικοποιητές - Αποκωδικοποιητές Δρ Κώστας Χαϊκάλης."

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Διαφημίσεις Google