Twoim problemem jest to, że powszechną NICOŚĆ mylisz z osobistą PUSTKĄ
Pracownia Elektroniczna Instytut Fizyki Doświadczalnej UG
Układy sekwencyjne
1. Czas trwania: 6h
2. Cele ćwiczenia
Poznanie zasad działania podstawowych typw przerzutnikw: RS, D-latch, D, T, JK-MS.
Poznanie zasad działania rejestrw i licznikw.
Projekt, montaż i sprawdzenie działania zadanego układu sekwencyjnego.
3. Wymagana znajomość pojęć
sekwencyjna funkcja logiczna,
synchroniczność i asynchroniczność przerzutnikw,
analiza działania przerzutnika RS,
symbole, budowa, zasada działania i tabela przejść przerzutnikw,
rejestr,
dzielnik częstotliwości,
licznik asynchroniczny,
licznik synchroniczny,
licznik liczący w grę i w dł,
licznik binarny i modulo-N.
4. Wstęp
Układ sekwencyjny to układ, w ktrym stan wyjścia Y (Y=(Y
1
,Y
2
,..,Y
n
)) zależy od stanu wejścia
(X=(X
1
,X
2
,..,X
n
)) w danej chwili t i stanu wejścia w chwilach poprzednich (t-1,t-2,...).
Y
t
=f(X
t
, X
t-1
,X
t-2
,...,X
0
)
Układy sekwencyjne posiadają cechę pamięci (
stan wewnętrzny
). Stan wewnętrzny A określony
jest przez stany Q
i
elementw pamiętających (A=(Q
1
,Q
2
,...,Q
n
)). Związki pomiędzy stanem
wejścia, stanem wewnętrznym i stanem wyjścia opisane są za pomocą funkcji
przejść
(δ) i
funkcji
wyjść
(λ).
Stan wyjścia układu może zależeć od stanu wewnętrznego i stanu wejścia (tzw. automat
MealyÓego):
Y
t
= λ(A
t
,X
t
)
lub (co jest często spotykane w praktyce) tylko od stanu wewnętrznego (automat MooreÓa):
Y
t
= λ(A
t
)
¨ D. Fenc, J.J. Młodzianowski, 2008
Strona: 1
 Pracownia Elektroniczna Instytut Fizyki Doświadczalnej UG
Układ realizujący funkcję wyjść (λ) jest układem kombinacyjnym a blok (δ) realizuje pamięć.
X
X
Y
Y
Rys. 1 Automat Meay'ego i automat Moore'a
W automatach synchronicznych stan wejść może zmieniać stan wewnętrzny tylko w chwili
pojawienia się sygnału synchronizującego (taktu zegara). Automaty asynchroniczne nie
posiadają zegara a stan wewnętrzny może się zmieniać bezpośrednio pod wpływem stanu wejść.
Podstawowym elementem budulcowym układw sekwencyjnych są przerzutniki.
W zależności od konstrukcji wyrżnia się przerzutniki: RS, D-latch, D, T oraz JK. Działanie
przerzutnikw można przedstawiać za pomocą tabel przejść lub graficznie przedstawiając
przebiegi czasowe wejść i wyjść.
Zgodnie z teorią automatw układ kombinacyjny jest szczeglnym przypadkiem układu
sekwencyjnego.
S
Q
D
SET
Q
D
SET
Q
J
SET
Q
Rys. 2. Symbole przerzutnikw RS, Latch, D i JK.
Q
E
Q
Q
K
Q
CLR
CLR
CLR
R
S
Rys. 3 Przykładowe przebiegi czasowe w przerzutniku RS.
Q
¨ D. Fenc, J.J. Młodzianowski, 2008
Strona: 2
R
Pracownia Elektroniczna Instytut Fizyki Doświadczalnej UG
E
D
Rys. 4 Przykładowe przebiegi czasowe w przerzutniku D-latch.
Q
CK
D
Q
Rys. 5 Przykładowe przebiegi czasowe w przerzutniku D.
Przerzutniki stanowią podstawowy element budulcowy układw większej skali integracji. W
szczeglności wyrżnia się: liczniki, rejestry, pamięci.
4.1 Licznik
Licznik służy do zliczania impulsw. W zależności od konstrukcji wyrżnia się liczniki:
asynchroniczne, synchroniczne, binarne, modulo-N, liczące áw przdÑ, rewersyjne, itp.
4.2 Rejestr
Rejestr służy do przechowywania informacji. W zależności od konstrukcji sposobu
wprowadzania informacji wyrżnia się rejestry: rwnoległe, szeregowe, przesuwne, itp.
Rozwinięciem rejestru jest pamięć, ktra jest zespołem rejestrw. W zależności od sposobu
wykonania wyrżnia się wiele rodzajw pamięci (ROM, EPROM, EEPROM, FLASH, SRAM,
DRAM, itp.).
¨ D. Fenc, J.J. Młodzianowski, 2008
Strona: 3
Pracownia Elektroniczna Instytut Fizyki Doświadczalnej UG
4.3 Projektowanie układw sekwencyjnych.
Projektując układ sekwencyjny należy zaprojektować zarwno funkcję przejść jak i wyjść oraz
określić rodzaj automatu (MooreÓa lub MealyÓego). W oglności procedura projektowania, w
szczeglności automatw asynchronicznych jest pracochłonna.
Jedną z metod przedstawiania działania układu sekwencyjnego jest graf stanw. Graf można
realizować zarwno jako automat MealyÓego jak i MooreÓa. Wierzchołki grafu odpowiadają
stanom wewnętrznym (A) a łuki przejściom między stanami. W przypadku automatu MooreÓa
stany wyjść (Y) zaznacza się bezpośrednio przy wierzchołkach a w przypadku automatu
MealyÓego przy łukach. Przy łukach automatu MealyÓego zaznacza się rwnież stany wejść.
001
010
000
1
2
0
3
011
110
6
5
4
101
100
Rys. 6 Przykładowy graf MooreÓa 3 bitowego licznika synchronicznego.
a/Y
0
A
1
b/Y
1
bc/Y
0
c/Y
1
ac/Y
2
A
0
b/Y
1
A
2
Rys. 7 Przykładowy graf synchronicznego automatu Mealy'ego
ab/Y
3
¨ D. Fenc, J.J. Młodzianowski, 2008
Strona: 4
Pracownia Elektroniczna Instytut Fizyki Doświadczalnej UG
Na rys. 6 przedstawiono graf MooreÓa dla 3 bitowego licznika liczącego od 0 do 6 (stany
wewnętrzne A i stany wyjść Y=(Y
1
,Y
2
,Y
3
) zaznaczono wartościami liczbowymi). Na rys. 7
przedstawiony jest przykładowy graf automatu MealyÓego. Automat ten ma trzy stany
wewnętrzne (A
0
,A
1
,A
2
), cztery stany wyjściowe (Y
0
,Y
1
,Y
2
,Y
3
) oraz trzy wejścia (a,b,c).
Innym sposobem przedstawienia działania układu jest tabela przejść (tab.1). Z lewej strony
tabeli przejść automatu MooreÓa wypisane są wszystkie stany wewnętrzne a z prawej stan wyjść
układu. Tabela automatu MealyÓego, ktra musi uwzględnić rwnież stan wejść jest bardziej
skomplikowana.
A
t
A
t+1
Y
0 1 000
1 2 001
2 3 010
3 4 011
4 5 100
5 6 101
6 0 110
Tab. 1 Tabela przejść 3 bitowego automatu MooreÓa z rys 6.
Na podstawie tablicy przejść i informacji o rodzaju zastosowanych, jako pamięć, przerzutnikw
można wyznaczyć tabelę wzbudzeń, ktra realizowana jako układ kombinacyjny określa
wzajemne połączenia poszczeglnych przerzutnikw.
Wspłcześnie automaty projektuje się przy użyciu specjalizowanych językw programowania
(np. VHDL) lub składając gotowe bloki funkcjonalne. Układy sekwencyjne można rwnież
realizować w postaci sterownikw mikroprocesorowych.
5. Zadania pomiarowe
5.1. Badanie działania asynchronicznego przerzutnika RS.
Korzystając z bramek NAND (NOR) zmontować przerzutnik RS. Podając na wejścia R i S stany
logiczne 0 i 1 sprawdzić działanie przerzutnika RS. Wyniki pomiaru przedstawić w postaci
tabeli przejść i przebiegw czasowych. Wyjaśnić działanie przerzutnika w szczeglności pojęcie
stanu zabronionego. Zmodyfikować przerzutnik RS tak, aby otrzymać synchronizowany
przerzutnik RS. Wyjaśnić znaczenie sygnału E.
¨ D. Fenc, J.J. Młodzianowski, 2008
Strona: 5