Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων - UCY...Σε FSM με χρήση D F-Fs, οι είσοδοι D είναι στην ουσία ίδιες με την επόμενη

Καταχωρητές, Σύγχρονοι Μετρητές και Ακολουθιακά Κυκλώματα

ΗΜΥ211

Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων

Πανεπιστήμιο ΚύπρουΤμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών

Διδάσκων: Γιώργος Ζάγγουλος

Ατζέντα

1. Στόχοι 11ου Εργαστηρίου

2. Οικουμενικός Καταχωτητής (74194)

3. Οικουμενικός καταχωρητής με D flip-flops

4. Σύγχρονοι Μετρητές – Ακολουθιακά Κυκλώματα

5. Ανάλυση εργαστηριακής άσκησης

6. Σχεδιασμός άσκησης στο εργαστήριο

7. Παρουσίαση Τελικού Πρότζεκτ

Νοέμβριος 19 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Γ.Ζ. - 2

Στόχοι Εργαστηρίου

Με την ολοκλήρωση αυτού του εργαστηρίου, θα πρέπει ναείστε σε θέση:

1. Να υλοποιείτε σύγχρονους μετρητές και άλλα ακολουθιακάκυκλώματα χρησιμοποιώντας D Flip-Flops.

2. Nα ορίζετε διαφορετικούς σχεδιασμούς ως Top-Level Entity, ναδημιουργείτε σύμβολα από δικούς σας σχεδιασμούς (αρχεία.bsf), και να είστε σε θέση να ρυθμίζετε σωστά τις σχετικέςπαραμέτρους στο Quartus II.

3. Να δημιουργείτε και να χρησιμοποιείτε σωστά τους διαύλους(data/address busses) και τις ονομασίες καλωδίων στοQuartus.

4. Να δημιουργείτε κατάλληλα αρχεία προσομοίωσης για έλεγχοτων καταχωρητών, μετρητών και γενικά των ακολουθιακώνκυκλωμάτων


Οικουμενικός Καταχωρητής (shift register)

Δυνατότητες:1. Συγκράτηση

Δεδομένων 2. Αριστερή ολίσθηση3. Δεξιά ολίσθηση4. Παράλληλη φόρτωση

Δεδομένων

Σειριακές είσοδοι (για ολίσθηση)

Είσοδοι για παράλληλη φόρτωση

MODEεπιλογή λειτουργίας


Αποτελέσματα προσομοίωσης shift register

Επιλογές [S1 S0]:00: Συγκράτηση Δεδομένων01: Αριστερή ολίσθηση10: Δεξιά ολίσθηση11: Παράλληλη φόρτωση


Οικουμενικός Καταχωρητής (4-bit) με πολυπλέκτες και D flip-flops [2x74153 & 2x7474]

Ποια η διαφορά μεταξύ των εντολών shift και rotate;


Αποτελέσματα προσομοίωσης universal_register

Επιλογές [S1 S0]:00: Συγκράτηση Δεδομένων 01: Περιστροφή προς τα δεξιά11: Παράλληλη φόρτωση 10: Περιστροφή προς τα αριστερά

1100 0110 0011 1001 1100

1100 0110 0011 0001 0000

Rotate >>>

Shift >>>


Μετρητής Ριπής BCD

Clear (θετικής λογικής)

Clear (θετικής λογικής)

Modulo 2 (αρν. λογικής)Μονάδες

Δεκάδες

Modulo 5 (αρν. λογικής)




Σύγχρονοι Μετρητές – Ακολουθιακά Κυκλώματα

Η παρούσα κατάσταση καθορίζεται από τις τιμές που «κρατούν» τα Flip-Flops

H επόμενη κατάσταση του κάθε Flip-Flop καθορίζεται από το ίδιο το πρόβλημα ή τις αποφάσεις του σχεδιαστή.

Η κάθε είσοδος των Flip-Flops απαιτεί μια συνάρτηση (συνήθως συνδυαστική) η οποία καθορίζεται με βάση μόνο την παρούσα κατάσταση (Moore) ή και σε συνδυασμό με τις εισόδους του κυκλώματος (Mealy)

Οι έξοδοι μπορεί να είναι οι ίδιες με την κατάσταση των Flip-Flops ή να είναι και αυτές το αποτέλεσμα


Παράδειγμα Μετρητή 4 καταστάσεων

Σε FSM με χρήση D F-Fs, οι είσοδοι D είναι στην ουσία ίδιες με την επόμενη κατάσταση λόγω του χαρακτηριστικού πίνακα του D F-F.

Για εξαγωγή των λογικών εξισώσεων D1 και D0, μπορούμε να επιλέξουμε τους ελαχιστόρους που δίνουν 1 στην αντίστοιχη είσοδο

των F-Fs.

D1 = Q1’Q0 + Q1Q0’ D0 = Q1’Q0 ’+ Q1Q0’

Νοέμβριος 19 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων

Παρούσα Κατ. Επόμενη Κατ. Είσοδοι F-Fs

Q1 Q0 Q1+ Q0+ D1 D0

0 0 0 1 0 1

0 1 1 0 1 0

1 0 1 1 1 1

1 1 0 0 0 0

Γ.Ζ. - 10

Παράδειγμα Μετρητή 4 καταστάσεων

D1 = Q1’Q0 + Q1Q0’

D0 = Q1’Q0 ’+ Q1Q0’


Πως θα μπορούσατε να εμφανίζετε στην έξοδο του πιο πάνω κυκλώματος τους αριθμούς 0,3,6,8 αντί των αριθμών 0,1,2,3;

Γ.Ζ. - 11

Εργαστηριακή Άσκηση 6

Σχεδιάστε έναν καταχωρητή 4-bit χρισημοποιώντας το ολοκληρωμένο 74194 (shift register) και στη συνέχεια επιβεβαιώστε την ορθή του λειτουργία με το αρχείο προσομοίωσης shift_register.vwf.

Σχεδιάστε έναν καταχωρητή 4-bit χρισημοποιώντας τoολοκληρωμένo 74153 (2 πολυπλέκτες 4x1) και το 7474 (2 D F-Fs) με δυνατότητες συγκράτησης, περιστροφής (rotation) και παράλληλης φόρτωσης. Επιβεβαιώστε την ορθή του λειτουργία με το αρχείο προσομοίωσης universal_register.vwf.

Σχεδιάστε έναν σύγχρονο μετρητή BCD 2 ψηφίων με D Flip-Flops και ελέγξτε την ορθή του λειτουργία δημιουργώντας δική σας προσομοίωση συνολικής διάρκειας 10μs.


Μαθησιακά Αποτελέσματα

Με την ολοκλήρωση αυτού του εργαστηρίου θα πρέπει να μπορείτε να:

Υλοποιείτε κυκλώματα καταχωρητών και σύγχρονων μετρητών.

Ορίζετε διαφορετικούς σχεδιασμούς ως Top-Level Entity, να δημιουργείτε σύμβολα από δικούς σας σχεδιασμούς και να είστε σε θέση να ρυθμίζετε σωστά τις σχετικές παραμέτρους στο Quartus II.

Σχεδιάζετε και να χρησιμοποιείτε τα ακολουθιακά κυκλώματα με D Flip-Flops.

Γνωρίζετε τις διαφορές μεταξύ μηχανών Moore και Mealy και να μπορείτε να τις σχεδιάσετε βάσει προκαθορισμένων προδιαγραφών.



Σύστημα Ελέγχου Διαθεσιμότητας Οχημάτων

Γ.Ζ. - 14

Documents

Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων - UCY...Σε FSM με χρήση D F-Fs, οι είσοδοι D είναι στην ουσία ίδιες με την επόμενη