Eksamen i emne TFE4110 DIGITALTEKNIKK MED KRETSTEKNIKK

Transkript

1 .juni 20 Side av 9 NORGES TEKNISK- BOKMÅL NATURVITENSKAPLIGE UNIVERSITET Institutt for elektronikk og telekommunikasjon Faglig kontakt under eksamen: Bjørn B. Larsen / (Digitaldel) Peter Svensson / (Kretsteknikkdel) Eksamen i emne TFE40 DIGITALTEKNIKK MED KRETSTEKNIKK Fredag 3. juni 20 Tid kl. 09:00 3:00 Tillatte hjelpemidler: D: Ingen trykte eller håndskrevne hjelpemidler er tillatt. Bestemt, enkel kalkulator tillatt. Sensuren faller: 24. juni 20

2 .juni 20 Side 8 av 9. Hva er desimalverdien av (2)? Tallet er gitt på toerkomplement binær form. A. 23 (0) B. 22 (0) C (0) 2. Hva er hexadesimalverdien av det oktale tallet (8)? A (6) B (6) C (6) 3. Hvor stort adresseområde har et system med 32 bits adressebuss? A B (32 ) C Hvilken av disse funksjonene gir en ener på utgangen F dersom det er et ulikt antall enere på inngangene (V-Z)? A. F V, W, X, Y, Z V W X Y Z A V WX V WY V WZ V X Y V X Z V YZ WX Y WX Z X YZ V WX YZ B.,,,, F V W X Y Z V W X Y Z B C.,,,, F V W X Y Z V W X Y Z C

3 .juni 20 Side 9 av 9 5. To av de tre uttrykkene under er likeverdige. Hvilket av de tre utrykkene (A, B eller C) er ikke likeverdig med de to andre? A. A,,, B. B,,, C.,,, F W X Y Z W X Y Z W Y F W X Y Z W Z X Y W X Y F W X Y Z W Z X Y X Y C 6. Nedenfor er vist tre kombinatorisk kretser. Hvilken av kretsene (A, B eller C) F X, Y,3,7 (sum av mintermer)? beskriver funksjonen A. YZ X B. C.

4 .juni 20 Side 0 av 9 7. Hvilken av funksjonene A, B eller C representerer Karnaugh-diagrammet til høyre? A. WX YZ B. 00 X 0 X X 0 X C. 8. Hvilken funksjon er dette? A.,,,, F W X Y Z W Y WXY X Z A B.,,,, F W X Y Z WYWXYXZ B C.,,,, F W X Y Z W YWXYX Z C

5 .juni 20 Side av 9 9. Driveren for segment b i et 7-segmentdisplay skal tilfredsstille denne funksjonen FW, X, Y, Z 0,,2,4,7,8,9, med don t care betingelsene d 0,,2,3,4,5. Hvilket av alternativene er en forenklet funksjon for F? Her var det en feil i svaralternativene og denne oppgaven gikk ut. I dette eksempelet er svaralternativene korrigert. A. A,,, B. B,,, C.,,, F W X Y Z W YZ X Y X Z X Y Z F W X Y Z W Y X Z X Y Z F W X Y Z W C YZ WX 00 0 X X X X 0 X X 20. Hva er forsinkelsen gjennom kretsen i skjemaet under? A. t d = 5,6 ns B. t d = 6,2 ns C. t d = 6,6 ns Her må en sjekke antallet innganger til hver av portene, og type port. Finn den lengste veien. Det er ingen stier gjennom en inverter og begge de to 3 inngangsportene.

6 .juni 20 Side 2 av 9 Oppgave 3 (30 %) Du skal lage en styringsenhet for et digitalkamera. For å redusere kompleksiteten skal du bare styre 4 piksel i kameraet. Figur 3. viser et symbol for tilstandsmaskinen i denne styringsenheten. Figur 3.2 viser tilstandsdiagrammet for denne tilstandsmaskinen. Funksjonen til tilstandsmaskinen beskrives slik: (Om du ikke vil bruke tid på å forstå funksjonen kan du gå direkte til spørsmålene.) Nullstill Ta_bilde Eksponer Vent_ferdig Les_0 Gjenta Les_ Klokke ADC Figur 3. Symbol for tilstandsmaskinen Inngangen Ta_bilde starter sekvensen med å ta et bilde når den er. Inngangen Vent_ferdig kommer fra en teller som angir at ønsket eksponeringstid er utløpt. Denne tiden er forhåndsinnstilt når bildet blir tatt. Inngangen Gjenta gir et valg mellom å gå direkte til en ny utlesing av bildet eller tilbake til normaltilstanden. Vanligvis vil en gå til normaltilstanden, men for testformål kan det være behov for å gå tilbake til en ny utlesing. Signalet Les_0 angir at pikselrad 0 skal leses av, mens Les_ angir at rad skal leses. Signalet ADC aktiviserer to analog til digital-konverterere. De står i parallell og behandler hver sin pikselkolonne. Oppgaven er definert her: Disse signalene er definert: Signal Retning Funksjon Verdi Aksjon Nullstill Utgang Nullstiller sensorelektronikken i kameraet 0 Sensoren kan ta et bilde Sensoren tømmes for ladning og bildeinformasjon Eksponer Utgang Ta et bilde 0 Sensoren tar ikke opp bildedata. Sensoren tar opp bildedata Les_0 Utgang Styrer avlesing av rad 0. 0 Ikke les data Åpne for lesing av innholdet i rad 0 Les_ Utgang Styrer avlesing av rad. 0 Ikke les data

7 .juni 20 Side 3 av 9 Signal Retning Funksjon Verdi Aksjon Åpne for lesing av innholdet i rad ADC Utgang Styrer AD-konvertererene 0 Ikke konverter data Konverter data fra Analog til Digital. Ta_bilde Inngang Start eksponering av et bilde og utlesing av det resulterende bildet. Vent_ferdig Inngang Signal fra en timermodul som angir om eksponeringstiden for et bilde er ute. Gjenta Inngang Angir om kontrolleren skal gjenta utlesingen uten å ta et nytt bilde først. 0 Ikke ta bilde Start eksponeringen 0 Tiden er ikke ute. Tiden er ute 0 Ikke gjenta (Gå til normaltilstanden.) Gjenta utlesingen. (Gå til begynnelsen av utlesing i S2.) S0 Ta_bilde = S Vent_ferdig = Nullstill = Eksponer = S2 Les_0 = S3 Les_0 = ADC = Gjenta = Gjenta = 0 S7 S6 S5 S4 Les_ = Les_ = ADC = Les_ = Les_0 =. Figur 3.2: Tilstandsdiagram

8 .juni 20 Side 4 av 9 Tilstandsmaskinen benytter notasjonen til høyre. Hver sirkel representerer en tilstand. Navnet på tilstanden står øverst. I nederste del står de aktive signalene som har verdien i denne tilstanden. Alle utgangene som ikke er tatt med skal ha verdien 0 i denne tilstanden. Tilstand Signal_ = Signal_2 = Betingelse Dersom det er en betingelse for å skifte til en annen tilstand er denne betingelsen angitt ved forbindelsen til den neste tilstanden. Dersom ikke noen av de angitte vilkårene for å skifte tilstand er oppfylt blir vi stående i den tilstanden vi er i. Tilstandsskift skjer på positiv klokkeflanke når det legges nye data i tilstandsregisteret. a) (2 %) Hvilken type tilstandsmaskin er dette? (Moore eller Mealy). Begrunn svaret ditt. Dette er en Moore-maskin fordi utgangene bare er bestemt av tilstanden som tilstandsmaskinen er i. b) (3 %) Tegn et blokkskjema som viser hvordan tilstandsmaskinen er oppbygd med innganger, utganger, registerblokk og logisk blokk. I denne deloppgaven skal du ikke tegne innholdet i den logiske blokken. Nullstill Ta_bilde Vent_ferdig Gjenta Inngangsogikk Neste_tilstand Register Tilstand Utgangslogikk Eksponer Les_0 Les_ ADC Klokke Blokkskjema for tilstandsmaskin c) (6 %) Lag en Nestetilstands- og utgangstabell for tilstandsmaskinen. Alle utgangene skal være komplett definert (både 0 og skal angis). Her forventes en eller to tabeller som angir sammenhengen mellom Nåtilstand (inne i tilstandssymbolet), utgangsverdier (inne i tilstandssymbolet) og neste tilstand, bestemt av betingelsen. Dersom vi er i S0 og Ta_bilde = 0, skal vi gå til S. De to andre inngangene blir ikke testet her, og det angis med en X. Dette er Neste-tilstandstabellen. For S2 til S6 er det ikke gitt noen betingelse for hopp. Det betyr at vi skal skift tilstand uansett hva inngangene viser. Utgangstabellen angir hver enkelt utgang for enkelt tilstand. Disse tabellene kan slåes sammen til en, som vist nedenfor:

9 .juni 20 Side 5 av 9 Tilstand Innganger Neste tilstand Utganger Ta_bilde Vent_ferdig Gjenta Nullstill Eksponer Les_0 Les_ ADC S0 X X S 0 X X S S X X S2 X 0 X S S2 X X X S S3 X X X S S4 X X X S S5 X X X S S6 X X X S S7 X X 0 S0 X X S d) (6 %) Bestem en tilstandstilordning der du lar alle tilstandene være representert med en binær verdi. Du skal tilstrebe at tilstandsmaskinen bruker minst mulig effekt på grunn av tilstandsendring. I dette tilfellet er det bitendring i tilstandsverdien som gir effekt. Definer et sett med tilstandsverdier som gir minimum bitendring totalt. Anta at alle overganger har samme sannsynlighet. Begrunn hvorfor løsningen du velger er en god løsning. Bruker Gray-kode og sjekker om det er mulig å få bare et bit som skifter verdi også for hoppet fra S7 til S2. Det er totalt 8 tilstander, så det er mulig å gå rundt med bare enkeltskift. Gjentar tilstandsdiagrammet og angir bitverdien for alle tilstandene, samt antall bit som endrer verdi på hver overgang. Angir summen av bitendring.her er summen = 9, og det er det samme som antallet overganger. Dermed er det ikke mulig å få et bedre resultat.

10 .juni 20 Side 6 av e) (7 %) Bruk implikasjonstabellmetoden for å sjekke om noen av tilstandene i tilstandstabellen er ekvivalente. Forklar summarisk prinsippet for implikasjonstabellmetoden og hvorfor resultatet ditt blir som det blir. Om du finner ekvivalente tilstander, skal de slås sammen og du må tegne nytt tilstandsdiagram for den reduserte tilstandsmaskinen. Setter opp matrisen med alle tilstandene minus. Sammenligner med etterfølgende tilstander i listen. Sjekker om utgangene er like. Dersom utgangene er like sjekkes neste tilstand. Dersom utganger og neste tilstand er like er tilstandene ekvivalente. Om neste tilstand ikke er de samme registreres hvilke alternativ som finnes. Dersom disse er ekvivalente kan de aktuelle tilstanden slåes sammen. S2 og S4 har identiske utganger. Det samme har S5 og S7. Imidlertid er neste tilstand forskjellig. Det er også forskjell i betingelsene.

11 .juni 20 Side 7 av 9 S X S2 X X S3 X X X S4 X X <S3, S5> X S5 X X X X X S6 X X X X X X S7 X X X X X <S0, S5> <S2, S5> S0 S S2 S3 S4 S5 S6 X f) (6 %) Bruk tabellmetoden for å forenkle denne funksjonen. FW, X, Y, Z 0,,2,7,9,3 Vis hvordan du går frem ved å angi hvert trinn. Du behøver ikke å skrive forklarende tekst. Angi svaret som sum av produkt. Lister først opp alle aktive tilstander og sorterer etter antall enere. Slår sammen de som bare er forskjellig i en posisjon (0,) 000- W X Y essensiell (0,2) 00-0 W X Z essensiell (,9) -00 X YZ Dekt av (0) og (9,3) (9,3) -0 WY Z essensiell W XYZ essensiell ,,, 0,,2,7,9,3 F W X Y Z WXYWXZWYZWXYZ

12 Powered by TCPDF ( 20 Side 9 av 9 HUSK Å LEVER DETTE ARKET SOM DEL AV BESVARELSEN Svartabell for oppgave 2: Kandidatnummer: Emnekode: Side: / SPØRSMÅL NR.: A B C B 2 B 3 C 4 B 5 A 6 C 7 B 8 A 9 B 0 B A 2 B 3 A 4 C 5 C 6 A 7 B 8 C 9 20 B