ΕΝΟΤΗΤΑ 5Η ΣΥΝΔΥΑΣΤΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΤΗΣ ΤΥΠΙΚΗΣ ΛΟΓΙΚΗΣ Α΄ Τμήμα Πληροφορικής και Επικοινωνιών, «Ενίσχυση Σπουδών Πληροφορικής», ΕΠΕΑΕΚ ΙΙ Ιωάννη Καλόμοιρου, Προηγμένα Ψηφιακά Συστήματα ΕΝΟΤΗΤΑ 5Η ΣΥΝΔΥΑΣΤΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΤΗΣ ΤΥΠΙΚΗΣ ΛΟΓΙΚΗΣ Α΄ Εισαγωγικό παράδειγμα: σχεδίαση απλού επεξεργαστή Αποκωδικοποιητές (74LS138, 74LS139, 74LS245) Aπομονωτές τριών καταστάσεων

Εισαγωγικό παράδειγμα: Ένας απλός Επεξεργαστής

Ποια κυκλώματα περιλαμβάνονται (Η χρήση τους στον επεξεργαστή πρέπει να είναι απολύτως κατανοητή στο τέλος των παραδόσεων του μαθήματος.) 1. Συνδυαστικά: Αποκωδικοποιητές, πολυπλέκτης, αθροιστής, αφαιρέτης. 2. Ακολουθιακά: Καταχωρητές, απαριθμητές. 3. Μνήμες (σε πλήρες υπολογιστικό κύκλωμα).

Επιμέρους κυκλώματα του επεξεργαστή: Κύκλωμα Ελέγχου

ΑΠOΚΩΔΙΚΟΠΟΙΗΤΕΣ (DECODERS): ΑΠOΚΩΔΙΚΟΠΟΙΗΤΕΣ (DECODERS): m είσοδοι απεικονίζονται σε n εξόδους προκειμένου να παράγουν συγκεκριμένη λογική. Τα κυκλώματα αυτά έχουν, επίσης, κάποιες εισόδους ενεργοποίησης. Παραδείγματα: Αποκωδικοποιητής BCD σε δεκαδικό ή δεκαδικό σε BCD. Αποκωδικοποιητής 7 τομέων. Δυαδικός αποκωδικοποιητής n-σε-2n.

Δυαδικός αποκωδικοποιητής Ο δυαδικός αποκωδικοποιητής έχει n εισόδους και 2n εξόδους. Χρησιμοποιείται προκειμένου να επιλέξουμε μία από τις 2n εξόδους, με τη βοήθεια των n εισόδων. Παράδειγμα είναι ο αποκωδικο-ποιητής διευθύνσεων, που χρη-σιμοποιούμε για να επιλέξουμε μία διεύθυνση μνήμης από σύνολο 2n, με τη βοήθεια n γραμμών του διαδρόμου διευθύνσεων. Παρατηρείστε τη λειτουργία της εισόδου Enable.

Αποκωδικοποιητής 3:8 Οι τρεις είσοδοι αποκω-δικοποιούνται σε οκτώ εξόδους, που η κάθε μια αντιπροσωπεύει έναν από τους ελάχιστους όρους (minterms) των n μεταβλητών εισόδου.

Το ολοκληρωμένο κύκλωμα 74LS139 - Βασική λειτουργία Το 74LS139 είναι ένας δυαδικός αποκωδικοποιητής με δύο εισόδους, τέσσερις εξόδους και μία είσοδο ενεργοποίησης. Για κάθε δυνατό συνδυασμό των εισόδων μόνον μία έξοδος βρίσκεται σε λογικό μηδέν, ενώ οι άλλες βρίσκονται σε λογικό 1. Όταν ένας ακροδέκτης ενεργοποιείται με λογικό μηδέν ονομάζεται active low και συμβολίζεται με τον κύκλο, όπως φαίνεται στο σχήμα.

Το ολοκληρωμένο κύκλωμα 74LS139 Διάγραμμα ακροδεκτών-κυκλωματικό διάγραμμα

ΑΣΚΗΣΗ Να σχεδιάσετε δυαδικό αποκωδικοποιητή με τρεις εισόδους και οκτώ εξόδους, χρησιμοποιώντας ένα 74LS139 (ή αλλιώς δύο ½ 74LS139). Να περιγράψετε τη λειτουργία του κυκλώματος με τη βοήθεια του πίνακα αληθείας. (Υπόδειξη: Σκεφθείτε να αξιοποιήσετε τις εισόδους Enable του ολοκληρωμένου κυκλώματος προκειμένου να επιλέγετε μία από τις δύο ομάδες εξόδων).

Ο ολοκληρωμένος αποκωδικοποιητής 3-σε-8 74LS138 O 74LS138 είναι ένα MSI που λειτουργεί ως δυαδικός αποκωδικοποιητής 3 εισόδων Α,Β,C, και 8 εξόδων Υ0-Υ7. Επίσης, έχει τρεις εισόδους ενεργοποίησης, που το βοηθούν να συνδεθεί με άλλα όμοια ολοκληρωμένα κυκλώματα σε συνδεσμολογία καταρράκτη. Στο διπλανό σχήμα εξετάστε το ρόλο των εισόδων ενεργοποίησης G1, G2A, G2B. Παρατηρείστε ότι οι έξοδοι είναι active Low.

Σχεδίαση αποκωδικοποιητή 4-σε-16 με το 74LS138 σε συνδεσμολογία καταρράκτη Εξηγείστε τη λειτουργία του διπλανού κυκλώματος και δώστε τον πίνακα αληθείας.

Σχεδίαση αποκωδικοποιητή με τη βοήθεια γλώσσας περιγραφής υλικού (HDL) library IEEE; use IEEE.std_logic_1164.all; entity V74x138 is port (G1, G2A_L, G2B_L: in STD_LOGIC; ---Enable Inputs A: in STD_LOGIC_VECTOR (2 down to 1); ---select inputs Y_L: out STD_LOGIC_VECTOR (7 down to 0); ---decoded outputs end V74x138; architecture V74x138_a of V74x138 is signal Y_L_i: STD_LOGIC_VECTOR (0 down to 7); begin with A select Y_L_i <= “01111111” when “000”, “10111111” when “001”, “11011111” when “010”, “11101111” when “011”, “11110111” when “100”, “11111011” when “101”, “11111101” when “110”, “11111110” when “111”, “11111111” when others; Y_L <= Y_L_i when (G1 and not G2A_L and not G2B_L)=‘1’ else “11111111”; end V74x138_a;

Αποκωδικοποιητής επτά τομέων Η απεικόνιση επτά τομέων χρησιμοποιεί μια ειδική διάταξη LED προκειμένου να αναπαραστήσει τους αριθμούς του δεκαδικού συστήματος και ορισμένα γράμματα και σύμβολα. Ο αποκωδικοποιητής επτά τομέων έχει τέσσερις εισόδους, όπου λαμβάνει τον κώδικα BCD και επτά εξόδους, οι οποίες οδηγούν την οθόνη επτά τομέων. Τυπικό ολοκληρωμένο που κάνει αυτή την αποκωδικοποίηση είναι το 74LS49 ή το 74LS47.

To ολοκληρωμένο κύκλωμα 74LS47

Παράδειγμα χρήσης του 74LS47

ΑΣΚΗΣΗ Να σχεδιάσετε αποκωδικοποιητή BCD σε δεκαδικό.

ΑΠΟΜΟΝΩΤΕΣ ΤΡΙΩΝ ΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ (TRI-STATE) ΟΙ ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΜΕ ΕΞΟΔΟΥΣ ΤΡΙΩΝ ΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ ΔΙΑΘΕΤΟΥΝ ΕΝΑΝ ΕΠΙΠΛΕΟΝ ΑΚΡΟΔΕΚΤΗ ΕΙΣΟΔΟΥ, ΤΟΝ ΑΚΡΟΔΕΚΤΗ ENABLE. Η ΕΞΟΔΟΣ ΠΕΡΝΑ ΑΠO ΜΙΑ ΒΑΘΜΙΔΑ ΑΠΟΜΟΝΩΣΗΣ, ΠΟΥ ΜΠΟΡΕΙ ΝΑ ΔΗΜΙΟΥΡΓΕΙ ΚΑΙ ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΗ (INVERTING OR NON-INVERTING BUFFER). Η ΕΙΣΟΔΟΣ ENABLE ΜΠΟΡΕΙ ΝΑ ΕINAI ACTIVE-LOW Ή HIGH. ΟΤΑΝ Η ΕΙΣΟΔΟΣ ENABLE ΔΕΝ ΕΙΝΑΙ ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΜΕΝΗ ΤΟΤΕ Η ΕΞΟΔΟΣ ΕΙΝΑΙ FLOATING, ΔΗΛΑΔΗ ΕΜΦΑΝΙΖΕΙ ΜΙΑ ΜΕΓΑΛΗ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗ, ΣΑΝ ΝΑ ΜΗΝ ΕΙΝΑΙ ΣΥΝΔΕΔΕΜΕΝΗ. ΟΤΑΝ ΤΟ ENABLE ΕΙΝΑΙ ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΜΕΝΟ, ΤΟΤΕ Η ΕΞΟΔΟΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΕΙ ΚΑΝΟΝΙΚΑ.

Εφαρμογή απομονωτή τριών καταστάσεων Με τη βοήθεια του Enable και των εξόδων τριών καταστάσεων, διαφορετικές πηγές μπορούν να μοιράζονται τον ίδιο διάδρομο δεδομένων. Στο παραπάνω σχήμα τα δεδομένα P,Q,R,S,T,U,V,W μπορούν να μοιράζονται την ίδια γραμμή SDATA με τη βοήθεια ενός αποκωδικοποιητή 74LS138, που επιλέγει ποιος απομονωτής εποικοινωνεί με τη γραμμή.

Το ολοκληρωμένο κύκλωμα 74x245 : Tri-state Tranceiver Τα δεδομένα μπορούν να μεταδοθούν από δεξιά προς τα αριστερά ή από αριστερά προς τα δεξιά, ανάλογα με τη λογική κατάσταση του ακροδέκτη DIR.

Παράδειγμα χρήσης αποκωδικοποιητή και απομονωτών τριών καταστάσεων Παράδειγμα χρήσης αποκωδικοποιητή και απομονωτών τριών καταστάσεων

Ένας αποκωδικοποιητής σε συνδυασμό με απομονωτές τριών καταστάσεων λειτουργεί, στην ουσία, ως πολυπλέκτης.