electronica digitala
-
Upload
florina-filipas -
Category
Documents
-
view
148 -
download
9
description
Transcript of electronica digitala
SISTEME DIGITALE (EA II)ELECTRONICA DIGITALA (CAL II)ELECTRONICA DIGITALA (CAL II)
Conf. univ. dr. ing. Oniga Stefan
2011/2012
Prezentarea materiei
Ci it l i ți lCircuite logice secvențiale• 2010/2011 (CID/PL)
D fi iții Cl ifi ă i– Definiții. Clasificări.– Circuite basculante bistabile
• RS, JK, T și D, , ș
• 2011/2012 ( SD/ED)– Numărătoare
• Numărătoare asincrone• Numărătoare sincrone
Registre– Registre• Registre de deplasare• Numărătoare in inel
Sisteme digitale/ Electronică digitală 2011/2012
• Numărătoare Jonson
Prezentarea materiei (cont)( )
Circuite de memorie• Definirea termenilor şi caracteristicile memoriilor• Memoria RAM
– Memoria RAM staticăMemoria RAM statică• Celula de memorie cu tranzistoare bipolare• Celula de memorie cu tranzistoare MOS
– Memoria RAM dinamică– Structura circuitelor de memorie şi semnale de comandă
• Memoriile ROM, PROM, EPROM, EEPROM– Memoriile bipolareMemoriile bipolare
• Programarea prin mască• Programarea la utilizator
– Memoriile ROM realizate în tehnologie unipolarăg p• Programarea prin mască• Programarea la utilizator
• Extinderea capacităţii memoriilor
Sisteme digitale/ Electronică digitală 2011/2012
Prezentarea materiei (cont)( )
Structuri elementare integrate• Introducere. Clasificare• Caracteristicile circuitelor logice
Circuite logice integrate realizate în tehnologie bipolară• Circuite logice integrate realizate în tehnologie bipolară• Circuite logice integrate TTL• Alte familii de circuite integrate TTLg• Subfamilia TTL Schottky• Familii de circuite logice MOS• Familia de circuite integrate CMOS
Sisteme digitale/ Electronică digitală 2011/2012
Prezentarea materiei (cont)( )
• Convertoare numeric analogice şi analog numerice– Convertoare numeric analogice
• Parametrii convertoarelor numeric analogiceStructuri de circuite pentru convertoare numeric analogice• Structuri de circuite pentru convertoare numeric analogice
– CNA cu reţea de rezistenţe ponderate– CNA cu reţea de rezistenţe R-2R
– Convertoare analog numerice• Parametrii CAN• Structuri de circuite pentru convertoare analog numerice• Structuri de circuite pentru convertoare analog numerice
– Converoarele analog numerice paralele– CAN cu generare de tensiune în trepte– CAN cu urmărire– CAN cu integrare simplă pantă– CAN cu integrare cu dublă pantă
Sisteme digitale/ Electronică digitală 2011/2012
g p– CAN cu aproximaţii succesive
Bistabile J-K
• Comandate de semnalul de clock• Comandate de semnalul de clock• 3 intrări: J (setare), K (resetare) si Clk (Clock)• Funcționare similară cu bistabilul S-R, dar spre diferență de acesta este permisă si
comanda simultană a intrărolor S și Rcomanda simultană a intrărolor S și R• La scrierea respectiv ștergerea simultană la fiecare impuls de clock starea ieșirii este
negată Qn+1 = nQ
Jn Kn Qn+1
0 0 Qn J Q3P Q
1PJ
n
1 0 10 1 01 1
CLK
Q
QKP 2P
T(Ck) _Q
• Dacă durata impulsului de clock este mai mare decât timpul de propagare prin poartă
1 1nQP 2K
P4
Sisteme digitale/ Electronică digitală 2011/2012
datorită reacției, ieșirile pot oscila.
Bistabile T active pe frontp
• Dacă intrările bistabilului J-K se leagă împreună => bistabil de tip T• Dacă intrările bistabilului J K se leagă împreună > bistabil de tip T• Dacă la intrare se aplică semnal activ (T = 1), ieșirea Q se complementează la fiecare
impuls de clockDacă T=0 ieșirea Q își menține starea• Dacă T=0, ieșirea Q își menține starea
• Cu toată simplitatea lor sunt foarte utilizate de exemplu la realizarea numărătoarelor.
TD Q
CLK
J
CLK
Q
Q
T
TQ
CLKCLKK
Q
T Qn+1
0 Qn
1 Q
T Q
QCLK
Sisteme digitale/ Electronică digitală 2011/2012
1 nQQCLK
Utilizarea bistabililor • La fiecare front crescător ieșirea devine negatul stării anterioare• Un flip-flop divizează cu doi frecvența semnalului de intrare două flip-flopuri• Un flip flop divizează cu doi frecvența semnalului de intrare, două flip flopuri
divizează cu patru …..
Divizor de frecvență Numărător
HIGH HIGH
CLK
JQA
CLK
J
fin
QB fout
KK
fin
fout
Sisteme digitale/ Electronică digitală 2011/2012
Numărătoare
Numărătoarele sunt circuite secvențiale care numără impulsurile sosite pe intrarea și ”afișează rezultatul ” pe ieșirea Qafișează rezultatul pe ieșirea Q.
După direcția de numărare:• numărătoare directe• numărătoare directe,• numărătoare inverse,• numărătoare reversibile.
În funcție de codul în care numără:În funcție de codul în care numără:• binar, • BCD (zecimal codificat binar)
După modul de funcţionare :După modul de funcţionare :• numărătoare asincrone• numărătoare sincrone
Alte facilități:Alte facilități:• ștergere sincronă/asincronă• presetare sincronă/asincronă
Sisteme digitale/ Electronică digitală 2011/2012
Numărătoare asincrone
• Fiecare FF-T divizează cu 2 frecvențaNr.
Imp.tactQD QC QB QA
Fiecare FF T divizează cu 2 frecvența impulsului aplicat la intrarea sa.
• Daca interconectăm ”n” celule T = > n x TFF , divizare 2
0 0 0 0 01 0 0 0 12 0 0 1 03 0 0 1 14 0 1 0 0cu 2n .
• Capacitatea unui numărător reprezintă numărul maxim cu care se termină ciclul de numărare.
4 0 1 0 05 0 1 0 16 0 1 1 07 0 1 1 18 1 0 0 0
• Numărătorul are m = k + 1 stări distincte.
• Numărul m este numit modulul numărătorului
9 1 0 0 110 1 0 1 011 1 0 1 112 1 1 0 013 1 1 0 1
(numărător module m).
• De ex. 4 TFF – numără între 0-15 => m=16
13 1 1 0 114 1 1 1 015 1 1 1 1
16 (0) 0 0 0 017 (1) 0 0 0 1
Funcționarea asincronă = bistabilele nu comută sincorn (simultan). Semnalul aplicat la intrare declanșează modificarea stării bistabililor. In continuare un FF îl provoaca bascularea următorului
Sisteme digitale/ Electronică digitală 2011/2012
următorului.=> Pentru un timp scurt există o combinație greșită pe ieșiri
Numărătoare asincrone directe
• Lanţ de bistabile de tip T ce au ieşirile Q conectate la intrările de tact ale bistabilului următor, iar intrările T conectate la nivel logic 1 intrările T conectate la nivel logic 1. • Numărarea se face în sens direct dacă se folosesc bistabile active pe front căzător.
T J QJ Q J Q J Q
1
QD
AT
CLK
QK
QB
CLK
QK
CLK
QK
QC
CLK
QK
QA
DCB
QDQB QCQA
T QA 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0A
QB 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0
QC 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0
QD 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0
Sisteme digitale/ Electronică digitală 2011/2012
Nx =QD*23+QC*22+QB21+QA*20
Caracteristicile numărătoarelor asincrone
• În perioada de tranziție a stărilor apar si combinații nedorite pe ieșiri
• Datorită simplității circuitului are dezavantajul funcționării la frecvențe limitate.
• Daca timpul de propagare tipic pentru un FF este de Tp = 10 ns atunci timpul de propagare total pentru un numărător asincron pe 4 biți este:
•Tp(tot) = 4 x Tp = 4 x 10 ns = 40 ns
• Frecvențamaximă de funcționare:
Sisteme digitale/ Electronică digitală 2011/2012
• fmax = 1/ Tp(tot) = 1/40 ns = 25 MHz
Numărătoare asincrone inverse
S bți i l i i ii bi t bil l i T l i t bi t bil l i ătQ• Se obțin prin legarea ieșirii a bistabilului T la intrarea bistabilului următor.
• Folosim bistabile active pe front căzător.
Q
Sisteme digitale/ Electronică digitală 2011/2012
Numărătoare reversibile
D tă i i Q FF T l i t FF T ăt ă di tă• Daca conectăm ieșirea Q a FF-T la intrarea FF-T următor – numărare directă
• Daca conectăm ieșirea a FF-T la intrarea FF-T următor – numărare inversă
• Un numărător reversibil se obține dacă cu ajutorul unui semnal de control (X) și a
Q
• Un numărător reversibil se obține dacă cu ajutorul unui semnal de control (X) și a
unor porți logice realizăm legarea ieșirii Q la intrarea următoare când X =1 și a ieșirii
când X=0
Q
când X=0.
Bemenet1
J
CLK
Q
QK
Kontrol
J
CLK
Q
QK
J
CLK
Q
QK
Kontrol
X=1 – numărare înainte
X
X=0 – numărare înapoi
Sisteme digitale/ Electronică digitală 2011/2012
Scurtarea ciclului de numărare
• Proiectarea unor numărătoare Modulo-N, N ≠ putere a lui 2L l d l N l i l ă ăt l i î t i iți lă• La cel de al N-lea impuls, numărătorul revine în starea inițială
• Procedura de proiectare a numărătorului divizor cu N este următoarea :• se caută numărul N de bistabile necesar (n),
2n-1 N 2n;• se leagă toţi bistabilii într-o schemă de numărător asincron cu transport succesiv• Se leagă toate ieşirile bistabilelor care au Q=1 după al N-lea impuls de tact la intrările unei porţi ŞI-NU. Se leagă ieşirea porţii ŞI-NU la terminalele ale bistabililor.
De ex ciclurile unui nr pe 4 biți
Cl
De ex. ciclurile unui nr. pe 4 bițiBINAR:
01 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F01 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F
ZECIMAL:
Sisteme digitale/ Electronică digitală 2011/2012
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Numărător zecimal asincron
• circuitul este format din 4 bistabile (23<10<24) cu intrare de ștergere Cl2n-1 N 2n
• completăm circuitul cu o poartă SI care la apariția stării 1 0 1 0 (10 în zecimal) șterge toți bistabilii și aduce numărătorul în starea inițială 0 0 0 0.
1
N=10 => n=424-1 10 24;
K
Q
__Cl
__Ck
__Ck
Q
__Cl
_Q K
__Ck
T_Q
__Cl
J
K
J__Ck
JJ
_Q
Q
_QK
Q
__Cl
Imp. sz. QD QC QB QA(Álapot) 0 0 0 0 0
1 0 0 0 1
Q QB C QD2.A
A.
A
1Q
1 0 0 0 12 0 0 1 03 0 0 1 14 0 1 0 05 0 1 0 1
Ck
QA
6 0 1 1 07 0 1 1 18 1 0 0 09 1 0 0 1
10 (0) 1(0) 0 1(0) 0 QB
QC
QD
10 (0) 1(0) 0 1(0) 0
Sisteme digitale/ Electronică digitală 2011/2012
QD
Cl
Numărător zecimal asincron (2)( )
• Dacă timpul de propagare de la apariţia semnalului de iniţializare la ştergerea bistabilului p p p g p ţ ţ ş gvariază puternic de la un etaj la altul, impulsul de ştergere poate să se termine înainte ca toate bistabilele să fie aduse la zero
1
K
Q
__Cl
__Ck
__Ck
Q
__Cl
_Q K
__Ck
T_Q __
Cl
J
K
J__Ck
JJ
_Q
Q
_QK
Q
__Cl
Q
QB C QD2.A
A.
A
1Q
Între punctele A1 și A2 inserăm un circuit ce
T
p 1 ș 2memorează ieşirea porţii ŞI-NU după cel de-al M-lea impuls
Sisteme digitale/ Electronică digitală 2011/2012
Numărătoare asincrone integrateg
– Numărător BCD - SN7490. Numărător divizor cu 10. Ieşirile circuitului sunt în cod BCD. Poate fi utilizat de asemenea ca divizor cu 2 sau 5 Circuitul este prevăzut cu intrări Poate fi utilizat de asemenea ca divizor cu 2 sau 5. Circuitul este prevăzut cu intrări speciale pentru aducerea la 0 şi pentru iniţializarea combinaţiei 1001. Un 1 logic aplicat la intrarea R0i toți bistabilii sunt șterși. Un 1 logic aplicat la intrarea R ieșirile circuitului sunt aduse în starea 1 0 0 1 (9 zecimal)Un 1 logic aplicat la intrarea R9i ieșirile circuitului sunt aduse în starea 1 0 0 1 (9 zecimal).
– Numărător binar pe 4 biți - SN7493.Numărător divizor cu 16 - dacă impulsurile de numărat se aplică la intarea In.A și ieșirea Q se conectează la intrarea In B QA se conectează la intrarea In.B .
– Daca impulsurile de intrare se aplică la intrarea In.B și legăm între ele QD și In.A, obținem un divizor, la care la ieșirea QA se obțin impulsuri dreptunghiulare simetrice.
InQDQA"1" In B QCQB
14
1
3
12
13
J
CLK
K
Q
QCL
QDAB
QAQBQCQDR0(1)
R0(2)
QA1 In. B
14
1
3
12
13
J
CLK
K
Q
QCL
In. A14
1
3
12
13
J
CLK
K
Q
QCL
QC
Out
QB
14
1
3
12
13
J
CLK
K
Q
QCL
RO(1) 2
K QC
RO(2)
2
K QC
2
K QC
2
K QC
Figura din dreapta reprezintă un numărător modulo ?
Sisteme digitale/ Electronică digitală 2011/2012Cl=R01&R02=QA&(QC&QD)
M = 13
Figura din dreapta reprezintă un numărător modulo - ?
Numărătoare binare sincrone
• Elimină neajunsurile numărătoarelor sincrone Nr. Q0 Q1 Q2 Q3 Q4• Elimină neajunsurile numărătoarelor sincrone. • Toți bistabilii comută sincron cu semnalul de clock extern
0 0 0 0 0 01 1 0 0 0 02 0 1 0 0 03 1 1 0 0 04 0 0 1 0 0
• Q0 își modifică starea la fiecare impuls de clock. Acest lucru se obșine daca:
4 0 0 1 0 05 1 0 1 0 06 0 1 1 0 07 1 1 1 0 08 0 0 0 1 0
• T0=J0=K0=1• FF1 comută numai dacă Q0=1, în consecință:
8 0 0 0 1 09 1 0 0 1 010 0 1 0 1 011 1 1 0 1 012 0 0 1 1 0
• T1=J1=K1= Q0 (intrările lui FF1 se leagă la Q0)• FF2 comută dacă Q0=Q1=1, în consecință:
T Q Q
12 0 0 1 1 013 1 0 1 1 014 0 1 1 1 015 1 1 1 1 016 0 0 0 0 1
• T2=Q0Q1
• T3=Q0Q1Q2
T =Q Q Q Q
16 0 0 0 0 117 1 0 0 0 1
Sisteme digitale/ Electronică digitală 2011/2012
• T4=Q0Q1Q2Q3
Numărător sincron cu transport paralelp p
T0=1T1=Q0T2=Q0Q1T3=Q0Q1Q2
2 4Q 3Q0 1 QQ Q
T3 Q0Q1Q2T4=Q0Q1Q2Q3
J
CLK
Q J
CLK
QJ
CLK
Q J
CLK
Q J
CLK
Q
Q
K K
Q
12
3
K K
1
K
Tmin=tpb+tpp.
Q0Q
1
1Q3
Q
Q
Q2
2
Q100
Sisteme digitale/ Electronică digitală 2011/2012
Pentru etajul n este nevoie de o poartă SI cu n-1 intrări
Numărător sincron cu transport succesivp
T1=Q01 0T2=Q0Q1 =T1Q1T3=Q0Q1Q2=T2Q2; T =Q Q Q Q =T Q
4Q 1 Q0 3Q 2 QQ
T4=Q0Q1Q2Q3=T3Q3
J
CLK
Q
K
J
CLK
Q
K
J
CLK
Q
K
J
CLK
Q
K
J
CLK
Q
K
2 3T1
2 3Q Q1 QT1T
T =t +(N-2) t
- dezavantaj – timpii de propagare prin porțile ȘI se adună
Sisteme digitale/ Electronică digitală 2011/2012
Tmin=tpb+(N-2) tpp
Numărător BCD sincron
Prin adăugarea de logică suplimentară care detectează atingerea stării 1001, numărătorul este readus la starea inițială 0000.
Această poartă detectează starea 1001 și provoacă bascularea lui FF3 pe ăt l i l d l k următorul impuls de clock.
FF0 basculează la fiecare impuls de clock. Astfel numărarea reîncepe de la 0000.
Sisteme digitale/ Electronică digitală 2011/2012
Numărătoare sincrone integrateg
– SN74192 – numărător reversibil în cod BCD– SN74193 - numărător reversibil sincron binar de 4 biţi
- QA, QB,QC,QD – ieșiri.A, B, C, D ș- CR (carry - transport) indică prin nivel logic 0 atingerea combinaţiei 1001, respectiv 1111 la
ieşirile QDQCQBQA ale circuitelor CDB4192E, respectiv CDB4193E atunci când numărarea se faceînainte.înainte.
- BR (borrow - împrumut) comută pe nivelul logic 0 atunci când ieşirile numărătoarelor ating starea 0000, iar numărarea se face înapoi.
C l 8 i t ă i l i it l i tCele 8 intrări ale circuitului sunt:- LD (load - încărcare) comandă încărcarea asincronă a combinaţiei prezente la intrările DCBA.- CL (clear) şterge conţinutul tuturor numărătoarelor atunci când este trecut în starea logică 1.( ) ş g ţ g- CU (count up - numără înainte) intrare de tact pentru sensul de numărare direct. - CD (count down - numără înapoi) intrare de tact pentru sensul de numărare invers.
Sisteme digitale/ Electronică digitală 2011/2012
- D,C,B,A - intrări de date.
Legarea în cascadă a numărătoareg
• Este o metodă de obținere a numărătoarelor cu modul mai mare.• Următorul numărător este autorizat doar când numărătorul anterior a ajuns lavaloarea sa maximă.
Întrebări:Întrebări:a) Care este modulul numărătorului din obținut prin cascadarea a două de
numărătoare modulo 16? b) D ă f 100 kH ât t f ?b) Dacă fin =100 kHz, cât este fout?
a) Fiecare numărător divide frecvența cu 16 Astfel modulul este: 162 = 256Răspunsuri:
Sisteme digitale/ Electronică digitală 2011/2012
a) Fiecare numărător divide frecvența cu 16. Astfel modulul este: 16 = 256.b) Frecvența de ieșire este: 100 kHz/256 = 391 Hz
Numărător sincron reversibil de 12 biţi cu transport succesivţ p
CM=1 Numărare înapoi
TACT CM
CL
CM 1 Numărare înapoi
CM=0 Numărare înainte
CL LOAD CU CDN1:QAN1:QBN1:QCN1:QDN1 QD CR1 BR1N2:QAN2:QBN2:QCN2:QD CR2
BR2
Sisteme digitale/ Electronică digitală 2011/2012
BR2N3:QAN3:QBN3:QCN3:QD
Exemple de utilizare a numărătoarelor sincronep
Divizoare de frecvenţă:ţ• La intrările de date ale modului se aplică raportul de divizare dorit N. • Numărătorul numără în jos şi în momentul în care ieşirile sale devin egale cu 0 se generează semnalul BR, prin intermediul căruia se reiniţializează circuitul.• Semnalul de ieşire BR are durata tipică de 30 ns şi frecvenţa f/N.
Generarea complementului faţă de 2:• Numărul care se doreşte a fi convertit se aplică sub formă de impulsuri la intrarea CD a • Numărul care se doreşte a fi convertit se aplică sub formă de impulsuri la intrarea CD a numărătorului sincron. • Dacă circuitul a fost iniţial adus la 0, se obţine la ieşirile numărătorului, complementul faţă de 2 a numărului introdus
Sisteme digitale/ Electronică digitală 2011/2012
numărului introdus.