INF4 Sekvensiell logikk del
Hovedpunkter Låsekretser (latch er) SR latch med NOR-porter S R latch med NAN-porter -latch Flip-flop Master-slave -flip-flop JK flip-flop T-flip-flop Omid Mirmotahari 3
efinisjoner Kombinatorisk logikk Utgangsverdiene er entydig gitt av nåværende kombinasjon av inngangsverdier. Sekvensiell logikk Inneholder hukommelse (låsekretser) Utgangsverdiene er gitt av nåværende kombinasjon av inngangsverdier, samt sekvensen av tidligere inngangs-/utgangsverdier. Omid Mirmotahari 4
Sekvensiell logikk Omid Mirmotahari 5
Eksempel - låsekrets Et eksempel på et vanlig behov innen digital design. Ønsker å ha en to-inputs krets med følgende egenskaper: ) Kretsen skal sette utgangen til hvis den får på inngangen S. Når inngangen S går tilbake til skal utgangen forbli 2) Kretsen skal resette utgangen til hvis den får på inngangen R. Når inngangen R går tilbake til skal utgangen forbli på. Omid Mirmotahari 6
Sannhetverditabell??? S R Omid Mirmotahari 7
Praktiske eksempler Logikk som behandler signaler fra fysiske sensorer: For eksempel varmefølende persondetektor: IR-lys IR sensor / Reset S R Låse krets / 24V relé Alarm sirene Når IR-lyset varierer mottar logikken et ras av kortvarige er pulser (msek). Logikken skal sette sirenen permanent på på første mottatte puls Omid Mirmotahari 8
Praktiske eksempler 2 Logikk som behandler signaler fra fysiske sensorer: Laserbasert tyveridetektor Laser Lysbrudd Lys sensor / Reset S R Låse krets / 24V relé Alarm sirene Når laserlyset blir brutt mottar logikken en eller flere er pulser. Logikken skal sette sirenen permanent på første mottatte puls. Omid Mirmotahari 9
Praktiske eksempler Kontaktprelling fra mekanisk bryter. Mekaniske brytere gir ikke rene logiske nivå ut i overgangsfasen. Slike signaler må ofte renses ved bruk av låsekretser. Typisk spenningsforløp Omid Mirmotahari
SR-latch funksjonell beskrivelse ) Kretsen skal sette til hvis den får på inngang S. Når inngang S går tilbake til skal forbli på S R 2) Kretsen skal resette til når den får på inngang R. Når inngang R går tilbake til skal forbli på 3) Tilstanden på både S og R brukes normalt ikke SR S R låst Omid Mirmotahari
SR-latch funksjonell beskrivelse S (set) R (reset) Spenning S R SR S R låst Tid Omid Mirmotahari 2
SR-latch Portimplementasjon NOR S Øvre NOR S Nedre NOR R R *Signalet er ikke invertert av for tilstand S=, R= Omid Mirmotahari 3
SR-latch Analyse Tilstand S=, R=: En NOR port med fast inn på en av inngangene er ekvivalent med NOT S= R= = Øvre NOR S Nedre NOR R 4
SR-latch Analyse Tilstand S=, R=: En NOR port med fast inn på en av inngangene gir alltid ut S= R= = Øvre NOR S Nedre NOR R = Omid Mirmotahari 5
SR-latch Analyse Tilstand S=, R=: En NOR port med fast inn på en av inngangene gir alltid ut S= R= = Øvre NOR S Nedre NOR R = Omid Mirmotahari 6
SR-latch Analyse Tilstand S=, R=: En NOR port med fast inn på en av inngangene gir alltid ut S= R= Øvre NOR S Nedre NOR R I denne tilstanden er utgang ikke den inverterte av. enne tilstanden brukes normalt ikke Omid Mirmotahari 7
SR-latch oppsummering Tilstand S=, R= gir? Tilstand S=, R= gir Tilstand S=, R= gir Tilstand S=, R= gir SR S R låst Omid Mirmotahari 8
S R Latch S R latch lik funksjon som SR latch, men reagerer på inn (negativ logikk) S (set) R (reset) Spenning S R S R låst Tid Tilstanden S =, R = brukes normalt ikke Omid Mirmotahari 9
S R Latch Portimplementasjon NAN Kretsen kan analyserer på samme måte som for SR latch S S R R S R uforandret Omid Mirmotahari 2
Synkron logikk I større digitale system har man behov for å synkronisere dataflyten. Til dette bruker vi et globalt klokkesignal Uten global synkronisering ville det vært total kaos Omid Mirmotahari 2
-Latch ataflyten gjennom en -latch kontrolleres av et klokkesignal ) Slipper gjennom et digital signal så lenge klokkeinngangen er (transparent) 2) I det øyeblikket klokkeinngangen går fra til låser utgangen seg på sin nåværende verdi. Forandringer på inngangen vil ikke påvirke utgangsverdien så lenge klokkesignalet er Clk Omid Mirmotahari 22
-Latch Clk = : kretsen slipper gjennom signalet Clk = : kretsen holder (låser) utgangssignalet Clk Clk Logisk verdi på i det øyeblikk Clk går i fra til bestemmer verdien som holdes på Omid Mirmotahari 23
-latch implementasjon Clk Omid Mirmotahari 24
-latch analyse Tilstand : Clk = NAN med fast på en inngang er ekvivalent med NOT Clk= = = S R 25
-latch analyse tilstand fortsetter S R = S R ette er en S R latch med inverterte innganger Tilstand S = R oppstår aldri, og kretsen er ekvivalent med en S R eller SR latch Omid Mirmotahari 26
-latch analyse tilstand fortsetter S R SR S R uforandret S og R vil alltid være forskjellige Fra sannhetstabellen ser vi at =S=, kretsen slipper signal rett gjennom (transparent) Omid Mirmotahari 27
-latch analyse tilstand 2 Tilstand 2: Clk = NAN med på en inngang gir alltid ut Clk= NAN med på en inngang er ekvivalent med NOT. Får stabil låsekrets. Utgang holdes. = = 28
Flip-flop Flip-Flop er kommer i to varianter: Positiv flanketrigget Negativ flanketrigget På en positiv flanketrigget Flip-Flop kan utgangen kun skifte verdi i det øyeblikk klokkesignalet går fra til. Hakk, indikerer flanketrigget Clk På en negativ flanketrigget Flip-Flop kan utgangen kun skifte verdi i det øyeblikk klokkesignalet går fra til. Clk Omid Mirmotahari 29
-Flip-Flop En latch er transparent for Clk= Clk Clk En positiv flanketrigget flip-flop sampler verdien på i det øyeblikk Clk går fra til (positiv flanke). enne verdien holdes fast på utgangen helt til neste positive flanke Clk Clk Omid Mirmotahari 3
Karakteristisk tabell/ligning For flip-flop er kan man generelt beskrive neste utgangsverdi (t+) som funksjon av nåværende inngangsverdi(er), og nåværende utgangsverdi (t) Karakteristisk tabell for flip-flop Clk Clk (t+) Karakteristisk ligning for flip-flop (t+) = Omid Mirmotahari 3
-Flip-Flop En positiv flanketrigget flip-flop kan lages av to -latcher (Master-Slave) Master Slave Clk 2 Clk2 2 = Clk Clk Clk Under Clk= er første latch (master) transparent Under Clk= er siste latch (slave) transparent 32
-Flip-Flop kompakt versjon Omid Mirmotahari 33
-Flip-Flop, eksempel En rippeladder vil i et kort tidsrom gi gal sum ut. Styring av signalflyt med flip-flops kamuflerer dette Clk A 3 Clk B 3 Clk A 2 Clk B 2 Clk A Clk B Clk A Clk B FF FF FF FF FF FF FF FF Clk FF C 4 Fulladder C 3 C 2 Fulladder Fulladder Halvadde r Clk Clk Clk Clk FF FF FF FF C C 4 S 3 S 2 S S På positiv Clk flanke kommer nye data inn til adderen. I samme øyeblikk leses forrige (stabiliserte) sum ut. Omid Mirmotahari 34
-Flip-Flop, eksempel Seriell adder Fulladder 35
JK Flip-Flop Kretsoppbygging Grafisk symbol Omid Mirmotahari 36
JK Flip-Flop En JK flip-flop har følgende egenskaper J=, K=: Utgang låst J=, K=: Resetter utgang til J=, K=: Setter utgang til J=, K=: Inverterer utgang " Utgangen kan kun forandre verdi på stigende klokkeflanke En JK flip-flop er den mest generelle flip-floppen vi har J K (t+) (t) (t) Omid Mirmotahari 37 (t+) = J (t) + K (t)
T Flip-Flop Kretsoppbygging Grafisk symbol Omid Mirmotahari 38
T Flip-Flop En T flip-flop har følgende egenskaper T=, Utgang låst T=, Inverterer utgang " Utgangen kan kun forandre verdi på stigende klokkeflanke et er lett å lage tellere av T flip-flop er T (t+) = T (t) (t+) (t) (t) Omid Mirmotahari 39