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



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



• 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


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


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


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


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


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


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


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:


• 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


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


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:


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


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


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


• 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

QQ

K K

1

K

Tmin=tpb+tpp.

Q0Q

1

1Q3

Q

Q

Q2

2

QQ

Q100


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


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.


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.


- 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:


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


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


numărului introdus.

Documents

electronica digitala