Sekvenční logické obvody(lso)

Transkript

1 Sekvečí logické obvody(lso) 1. Logické sekvečí obvody, tzv. paměťové čley, jsou obvody u kterých výstupí stavy ezávisí je a okamžitých hodotách vstupích sigálů, ale jsou závislé i a předcházejících hodotách výstupích sigálů. Stav výstupích sigálů logických sekvečích obvodů je tedy fukcí okamžitých hodot vstupích stavů a fukcí předchozího výstupího stavu, tedy vitřích sigálů. Tím se LSO liší od kombiačích obvodů, u kterých výstupí sigály jsou fukcí pouze okamžitých stavů vstupích sigálů. Logické sekvečí obvody také azýváme klopé obvody V LSO logickém sekvečím obvodu rozlišujeme stav- jeho vstupů (vstupí sigály) jeho vitří stav ( vitří sigály ) jeho výstupů ( výstupí sigály ) Obecě ozačujeme vitří stav LSO písmeem Pro další úvahu si ozačíme vitří stavy obvodů : - 1 -

2 je stav obvodu v okamžiku (také v čase t) +1 je stav obvodu v okamžiku +1, tedy v době ásledující ( také v čase t + t ) Vlastosti klopých obvodů KO a) klopý obvod může zaujímat pouze jede ze dvou vitřích stavů 0, ebo 1 b) stav klopého obvodu v určité době je podmíě stavem tohoto obvodu v době předcházející a stavem vstupích sigálů v době předcházející +1 = f (, v 1, v 2 ) kde v 1 a v 2 jsou hodoty vstupích sigálů v okamžiku c) výstup klopého obvodu ( paměťového čleu ) zobrazuje bezprostředě jeho vitří stav. Obvykle má klopý obvod dva výstupy ozačeé a, kde výraz představuje egaci stavu. 1.1 Rozděleí LSO-klopých obvodů- a) podle způsobu sychroizace je dělíme a a1) sychroí- změy stavů jsou řízey sychroizačími impulsy a2) asychroí změa vstupích stavů působí přímo a výstupy se zpožděím b) podle vstupů je dělíme a : jedovstupové dvouvstupové c) podle způsobu ovládáí vstupů : hladiové MS ( Master- Slave ) Derivačí d) podle fukce je dělíme a : klopé obvody RS T D JK - 2 -

3 2. Klopý obvod RS bistabilí KO Klopý obvod RS má dva stabilí stavy: = 1; = 0 Pokud se epřivede a vstupy R, S žádý sigál (R = S = 0), pak klopý obvod zůstává v předchozím stavu po příchodu log 1 (H) a vstup S, obvod překlopí do stavu 1 (H) = 1, = 0 po příchodu log 1 (H) a vstup R, obvod překlopí do stavu 0 (L) = 0, = 1 Trasformačí tabulka obvodu RS S R +1 trasformace 0 0 M paměťová trasformace - stav obvodu se eměí přechod do = obvod klopí do stavu = x x edefiovaý tzv. zakázaý stav obvodu Zjedodušeá tabulka obvodu RS Úplá tabulka obvodu RS i R S i R S x x x x x x Zjedodušeá tabulka představuje tzv. defiičí podmíky klopého obvodu RS. Tato tabulka má ve srováí s jiými dříve používaými tabulkami jedu zvláštost. Pokud jsou vstupy S, R obvodu ve stavu log 0, stav výstupu ezávisí ai a S ai a R, ale závisí a předchozím stavu obvodu, tedy a tzv. vitřím stavu. Při řešeí tedy uvažujeme další vstupí veličiu a tou je předchozí výstupí stav obvodu, který je obvodem zpěté vazby přiřaze ke vstupím proměým R a S. Tuto problematiku řeší tzv. úplá tabulka klopého obvodu - 3 -

4 RS. V této tabulce jsou vyjádřey výstupí stavy obvodu v době ásledé, vyjádřeé stavem +1. Z úplé tabulky vyjádříme operátorovou rovici obvodu pro ásledý stav. K vyjádřeí operátorové rovice obvodu použijeme metodu miimalizace pomocí Karaughovy mapy. Z mapy vyjádříme operátorovou rovici +1 = S + R Při řešeí operátorové rovice využijeme eurčité stavy obvodu-velká smyčka. Výsledou rovici upravíme pro realizaci pomocí De Morgaových zákoů. +1 = S + R = S. R čle. R ahradíme potom +1 = S. doplíme-li úplou tabulku egací výstupí proměé +1, pak po sestaveí Karaughovy mapy pro tuto proměou určíme druhý tvar operátorové rovice, pomocí tzv. miimálí součiové formy. S. R Z této mapy opět vypíšeme operátorovou rovici v miimalizovaé formě +1 = R + S. po úpravě +1 = R + S. = R. S. = R. Sekvečí obvod typu RS je možé realizovat buď pomocí hradel NAND, ebo hradel NOR. Ukážeme si realizaci v obou případech, obvod s hradly NOR bez odvozeí - 4 -

5 obr.1 Obvod RS realizovaý hradlem NOR obr.2 Obvod RS realizovaý hradlem NAND Tabulka přechodů Typ přechodu R S setrváí ve stavu = 0 U 0-0 přechod ze stavu = 0 do = 1 e 0 1 přechod ze stavu = 1 do = 0 d 1 0 setrváí ve stavu = 1 U Rozbor: a) pro setrváí ve stavu = 0, musí být S = 0 a a stavu R ezáleží, protože při kombiaci S = 0 ; R = 0 je = 0 b) do stavu = 1 obvod překlopí pouze při kombiaci R = 0 ; S = 1 c) do stavu = 0 obvod překlopí pouze při kombiaci R = 1 ; S = 0 d) ve stavu = 1 setrvá obvod pro R = 0 ; S = 0, ebo R = 0 a S = 1-5 -

6 Z Karaughovy mapy se také sestavuje mapa přechodů. Vytvoříme ji tak, že v políčku kde = 0 se ahradí všechy 0 typem přechodu U 0 a všechy 1 typem přechodu e a v políčku kde = 1 se ahradí všechy 0 typem přechodu d a všechy 1 typem U 1 Mapa +1 Mapa přechodů 0 1 S R x x 1 S R U 0 U 0 x e 1 d x U 1 U 1 Pro každý sekvečí obvod bude vždy platit, že mapa přechodů musí mít alespoň jede přechod typu e a d, přechody u mohou chybět. Klopý obvod RS je základím obvodem a používá se jako sychroí a asychroí. Je velmi vhodý pro ošetřeí spíačů, eboť má jedozačé stavy. Je základím stavebím prvkem dalších obvodů T ; D ; JK - 6 -

7 3. Klopý obvod D Název obvodu je odvoze od slova delay = zpožděí. Chováí obvodu připomíá zpožďovací čle. Je to paměťový čle odvozeý z klopého obvodu RS. Přeáší v koicideci s hodiovými ( taktovacími ) impulsy iformaci ze vstupu D a výstup.. Po příchodu log 1 (H) a vstup D obvod přechází do stavu (H), po příchodu log 0 (L) překlopí obvod do stavu 0 (L). Asychroí vstupí sigály R, S klopý obvod ulují a astavují do stavu 1, ezávisle a hodiových impulsech. Sychroí režim je defiová vstupím sigálem D a hodiovými impulsy. Klopý obvod se překlápí v okolí čela hodiového impulsu. Trasformačí tabulka D +1 Trasformace Zjedodušeá tabulka i D Úplá tabulka Tabulka přechodů i D Úplá tabulka respektuje vitří stav obvodu. Z úplé tabulky sestavíme Karaughovu mapu, ze které defiujeme operátorovou rovici obvodu D. Karaughova mapa přechod D u 0 0 e 1 d 0 u 1 1 D = D Pro realizaci obvodu provedeme rozšířeí operátorové rovice obvodu o čle. +1 = D ( + ) = D + D - 7 -

8 čle v závorce představuje 1, eboť = 1 a současě = 1, v podstatě ásobíme čle D jedičkou. Pro realizaci obvodu upravíme operátorovou rovici pomocí de Morgaových zákoů. +1 = D + D = D. D Realizace obvodu D pomocí hradel NAND obr.3 Zapojeí klopého obvodu D - 8 -

9 4. Klopý obvod T Je to bistabilí klopý obvod v asychroím režimu s jedím vstupem T a dvěma výstupy a. Tc vstup hodiových impulsů obvod se vstupem Tc pracuje jako sychroí, obvod bez vstupu Tc jako asychroí. Zkratka T je odvozea ze slova Trigger- spouštěí Klopý obvod T měí svůj stav při příchodu každého hodiového impulsu. Platí tedy, že +1 =. Z pravdivostí tabulky obvodu J-K vidíme, že tuto fukci plí obvod J-K pro stav J = K = 1. Obvod typu T má tedy dva vstupy, vstup T ( spojeé vstupy J-K) a vstup pro hodiové impulsy. Je-li T = 1, pak obvod překlápí a platí že +1 =, je-li T = 0, obvod zůstává v původím stavu +1 =. Tato fukce obvodu T se využívá u sychroích čítačů. Pokud eí uté obvod T elektricky ovládat, vystačíme s obvodem typu D, u ěhož spojíme výstup se vstupem D. Trasformačí tabulka T +1 Trasformace 0 M 1 K Zjedodušeá tabulka i T Úplá tabulka obvodu T i T Z úplé tabulky obvodu vyjádříme operátorovou rovici obvodu: - 9 -

10 =. T +. T = ( + T )( + T ) a + 1 =. T +. T + 1 a = ( + T ). ( + T ) teto zápis je v disjuktí formě NAND zápis je kojuktí formě NOR Realizace obvodu T hradly NAND vytvoříme Karaughovu mapu pro úplou disjuktí formu Z mapy vytvoříme operátorovou rovici miimalizovaé fukce, v tomto případě miimalizaci eprovádíme. + 1 =. T + T +. provedli jsme rozšířeí operátorové rovice o posledí čle, který představuje 0. Následě provedeme úpravu tak, že z posledích dvou čleů vytkeme před závorku čle ( T ) + 1 =. T +. + výraz v závorce upravíme podle de Morgaových zákoů ze + 1 součtu egací a egaci součiu : =. T + T. a celou pravou vziklé rovice zovu uplatíme de Morgaův záko, když před tím celou pravou část rovice dvakrát egujeme +1 = T. kde = ( T ). obr.4 Obvodová realizace LSO typu T

11 Mapa přechodů přechod T Aby obvod setrval v libovolém stavu musí být T = 0,aby u 0 0 obvod překlopil musí být T = 1 e 1 d 1 u 1 0 Klopý obvod typu T se používá jako asychroí s derivačím vstupem. Je používá jako dělič kmitočtu, ebo čítač

12 5. Klopý obvod typu JK Klopý obvod JK je sekvečí obvod se dvěma vstupy a symetrickými výstupy a. Chováí obvodu JK slučuje chováí obvodů RS a T. Po příchodu logické úrově 1 (H) současě a oba vstupy J, K, obvod překlápí do opačého stavu, tedy se chová jako obvod T. Trasformačí tabulka J K obvodu Zjedodušeá tabulka J K obvodu J K +1 trasfomace i J K M( paměť) K ( klopí) Zjedodušeá tabulka respektuje stav vstupích proměých J a K, erespektuje vitří stav obvodu. Pro vytvořeí operátorové rovice obvodu a pro jeho realizaci sestavíme úplou tabulku obvodu. Úplá tabulka J K obvodu vychází z paměťové fukce obvodu, eboť pro řešeí uvažuje i vitří stav obvodu. Vzhledem k tomu, že vstupí proměé mají počet tři- ; J ; K ;bude tabulka obsahovat osm řádků eboť 2 3 = 8 i J K vitří stav =0, J = K= 0 paměťová trasformace +1 = vitří stav =0, J =0; K=1 ulová trasformace +1 = vitří stav =0, J =1;K= 0 jedičková trasformace +1 = vitří stav =0, J = K= 1 klopá trasformace +1 = vitří stav =1, J = K= 0 paměťová trasformace +1 = vitří stav =1,J =0; K= 1 ulová trasformace +1 = vitří stav =1, J =1;K=0 jedičková trasformace +1 = vitří stav =1, J = K= 1 klopá trasformace +1 =0 Z úplé tabulky sestrojíme Karaughovu mapu pro stav +1 operátorovou rovici obvodu J K, a z mapy vyjádříme tzv. mapa obsahuje dvě smyčky, takže zápis provedeme v miimálí disjuktí formě

13 +1 = J + K pro realizaci obvodu pomocí součiových hradel NAND, provedeme rozšířeí operátorové rovice, tak že k pravé straě přičteme 0, tím se stav rovice eměí. Hodotu 0 představuje výraz.. +1 = J + K + z této části výrazu vytkeme před závorku ( K ) +1 = J + + egaci součiu součet čleů v závorce upravíme dle de Morgaových zákoů, ze souču egací a +1 = J + K abychom mohli obvod realizovat pomocí součiových hradel, musíme upravit výraz a součiový tvar. K tomu použijeme jedoduchou úpravu, když pravou strau rovice zegujeme dvakrát- hodoty výrazu se ezměí. Prví egaci uplatíme ve tvaru egace součtu, přičemž oba součiy a pravé straě představují jede čle. +1 = J. K NAND, tedy apř. obvodem MH 7400 takto vytvořeý výraz již můžeme realizovat pomocí čtyř dvouvstupových hradel obr.5 Obvodová realizace LSO typu JK Tabulka přechodů Obvod setrvává ve stavu = 0 buď je-li J = K = 0, ebo je-li K = 1 a J = 0. Setrváí ve stavu 0 je tedy ezávislé a hodotě vstupu K( může být libovolé), je-li J = 0. Obvod překlápí do stavu = 1, je-li J = 1 a K = 0, ebo jsou-li oba vstupy J = K = 1. Překlopeí do stavu = 1, je tedy ezávislé a hodotě vstupu K (může být libovolé), je-li J = 1 přechod J K u e 1 - d - 1 u