Digit á lis technika

1. Digitális technika

2. A tantárgy célja: Digitális rendszertechnikai -- alapfogalmak, -- alapismeretek, -- módszerek megismertetése -- informatikai eszközök működésének megértéséhez,-- mérnöki szemlélet kialakításához

3. Tananyag: • Logikai hálózat fogalma, logikai hálózatok csoportosítása. • Kombinációs hálózatok leírási módjai. • Logikai függvények, igazságtáblázat, logikai kapcsolási rajz, Karnaugh tábla. Kombinációs hálózatok vizsgálata és tervezése. • Jelterjedési késési idő, kombinációs hálózatok hazárdjai. • Tipikus kombináció hálózatok. • Programozható kombinációs hálózatok. • Sorrendi hálózat fogalma, sorrendi hálózatok csoportosítása. • Szinkron és aszinkron hálózatok. • Tároló alapelemek, flip-flop típusok. • Szinkron hálózatok vizsgálata, állapottáblázat, állapotegyenlet, állapot-diagram. Szinkron hálózat tervezési módszerei. • Tipikus egyszerű szinkron hálózatok, számlálók és regiszterek. • Aszinkron hálózatok vizsgálata,

4. Követelmények: • Heti óraszámok: 3 óra előadás • Számonkérés módja: félévközben:2 zh, 8. hét1.zh (on-line zh, teszkérdések). 13.hét2.zh (on-line zh, teszkérdések). A vizsgára bocsátás feltétele, hogy mindkét ZH legalább 51% -os eredményű legyen.

5. Követelmények: Félév végén: vizsga A vizsga módja: írásbeli ·      Az első részben alapkérdésekre kell válaszolni (on-line vizsga, teszkérdések). ·      Az első részben a kapható maximális pontszám legalább 51 százalékát el kell érni ahhoz, hogy a vizsga eredménye elégséges vagy jobb legyen. (30 perc) ·      A vizsga második részében példákat kell megoldani. (60 perc) ·      A végső pontszám az első és a második részre kapott pontok összege lesz.

6. Ajánlott irodalom : • Kóré László: Digitális elektronika I. BMF 1121 • Dr. Arató Péter: Logikai rendszerek tervezése,Tankönyvkiadó, Budapest,

7. Segédletek: • Segédletek: lásd: http://nik.bmf.hu/lkore • Felhasználónév: kinfmb • Jelszó: MicroCap • Egyéb segédletek: • Micro-Cap 7 elektronikai szimulációs program, Student Version, winnie.nik.bmf.hu/kore • Micro-Cap 9 elektronikai szimulációs program, Student Version, www.spectrum-soft.com

8. 2. A formális logika és a Boole-algebra alapjai • Formális logika: • Kialakulása: ókori Görögország), • Az emberi gondolkodás szabályainak keresése és megfogalmazása, • Állítások(premisszák) összekapcsolása következtetések(konklúziók) létrehozására • Egyszerűsítések: egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS • Állítások összekapcsolása: • Legalább egy állításnak igaznak kell lennie ahhoz, hogy a következtetés is igaz legyen. Másként fogalmazva: VAGY az egyik VAGY a másik VAGY az n.-edik állításnak igaznak kell lennie, hogy a következtetés is igaz legyen. (Logikai VAGY kapcsolat). • Minden állításnak igaznak kell lennie ahhoz, hogy a következtetés is igaz legyen. Másként fogalmazva: az egyik ÉS a másik .....ÉS az n.-edik állításnak is igaznak kell lennie, hogy a következtetés is igaz legyen. (Logikai ÉS kapcsolat • Ha egy állítás igaz, akkor a következtetés hamis, illetve fordítva, ha egy állítás hamis, akkor a következtetés igaz. (Tagadás, negálás) • Matematikai megfogalmazás: George BOOLE (1845) • Gyakorlati alkalmazás: az 1930-as évektől

9. Logikai műveletek,a logikai műveletek tulajdonságai A három logikai alapművelet: • VAGY művelet (logikai összeadás) • ÉS művelet (logikai szorzás) • Negálás (tagadás)

10. VAGY műveletA művelet meghatározása táblázatos formában

11. Műveleti jel: „+„ A művelet meghatározása algebrai formában:Y = A + BA művelet meghatározása Veitch diagrammal:

12. ÉS műveletA művelet meghatározása táblázatos formában:

13. Műveleti jel: „„ A művelet meghatározása algebrai formában:Y = A  BA művelet meghatározása Veitch diagrammal:

14. Negálás (tagadás)A művelet meghatározása táblázatos formában,A művelet meghatározása Veitch diagrammal,Műveleti jel: „¯„ 1 0

20. Logikai hálózatok fogalma, főbb típusai Logikai hálózatnak nevezzük azokat a rendszereket: • melyeknek bemeneti illetve kimeneti jelei logikai jelek, • a kimeneti jeleket a bemeneti jelek függvényében többé-kevésbé bonyolult logikai műveletsorozat eredményeként állítják elő.

21. A logikai hálózatok két nagy csoportba sorolhatók:- Kombinációs hálózatok- Sorrendi hálózatokKombinációs hálózatoknak nevezzük azokat a logikai hálózatokat,melyeknek kimeneti jelei csak a bemeneti jelek pillanatnyi értékétől függnek.Sorrendi (szekvenciális) hálózatoknak nevezzük azokat a logikai hálózatokat, melyek kimeneti jelei nemcsak a pillanatnyi bemeneti jelkombinációtól függnek, hanem attól is, hogy korábban milyen bemeneti jelkombinációk voltak.

22. Kombinációs hálózatok leírási módjai: • Algebrai leírási mód • Igazságtáblázat • Karnaugh tábla (grafikus leírás) • Kapcsolási rajz • Idődiagram

23. Algebrai leírási mód: logikai függvényekkel Logikai függvény: • a független változók és a függő változók is logikai jelek (csak 0 vagy 1 értékűek lehetnek), • a változókkal VAGY, ÉS ill. Invertálás műveleteket végzünk.

24. Algebrai leírási mód: logikai függvényekkel

25. Algebrai leírási mód: logikai függvényekkel Univerzális műveletek (függvények): (minden más logikai fv. felépíthető belőlük) • NEM-ÉS (NAND) • NEM-VAGY (NOR) • Kizáró-VAGY (EXOR, EXclusive-OR)  

26. Példa: SzavazatszámlálóA bizottság 3 tagból áll, többségi szavazással döntenek. A szavazás eredménye IGEN, ha legalább 2 tag IGEN-nel szavaz.

27. A működés táblázatos leírása: igazság-táblázat

28. Algebrai leírási mód

29. Logikai kapuk jelképi jelölései

30. A megtervezett logikai hálózat kapcsolási rajza:

31. Másik példa:Digitális KomparátorFeladata: az A1A0 és B1B0 két kétbites bináris szám összehasonlítása

32. Digitális Komparátor

33. Kombinációs hálózatok sebessége, a jel terjedésének ideje A kombinációs hálózatok sebessége két dologtól függ alapvetően: • A szintek számától, azaz hány kapun kell áthaladnia egy jelnek a bemenettől a kimenetig • Az egyes kapuk jelterjedési késési idejétől

34. Jelterjedési késési idő, propagation delay time(tpd):

35. Mekkora ez az idő a gyakorlatban?10ns(ez ma már lassúnak számít)………………....50ps (Összehasonlítva a fény terjedési sebességével: a fény 50 ps alatt kb.15 mm utat tesz meg)

36. Kombinációs logikai hálózatok gyakorlati megvalósítása * kapuk, * funkcionális egységek • kódolók, • dekóderek, • multiplexerek, • demultiplexerek, • aritmetikai egységek., • ALU

37. Funkcionális egységek: Kódolók: • Bináris-BCD • Paritásbit generálás • stb. Dekódolók: • BCD-decimális • BCD-7 szegmens meghajtó • stb. Multiplexerek: több (2,4,8,16) vonalról egy vonalra, mint egy sokállású választókapcsoló Demultiplexerek: egy vonalról több vonalr, (lásd dekódolók) Aritmetikai egységek (összeadók, teljesösszeadók 1, 4, stb bitre) ALU (aritmetikai-logikai egység)

38. BCD decimális dekódoló

39. 7. Sorrendi hálózat fogalma, sorrendi hálózat fajtái, modellje Sorrendi hálózat: a kimeneti jelek nemcsak a bemeneti jelek aktuális értékétõl függnek, hanem a bemeneti jelek korábbi, véges hosszúságú jelsorozatától. A sorrendi hálózatnak tehát emlékeznie kell ezekre a bemeneti jelkombinációkra, bár általában elegendõ korlátozott mennyiségû korábbi jelkombinációt megjegyeznie. Az emlékezéshez a sorrendi hálózatnak külön „memóriával”, tárolóegységgel kell rendelkeznie. Éppen a tárolási feladat, tárolóegység léte miatt a sorrendi hálózatok lényegesen bonyolultabbak a kombinációs hálózatoknál. A sorrendi hálózat leglényegesebb és legbonyolultabb része a tárolóegység. A tárolóegység tárolóelemekbõl áll. Egy tárolóelem 1 bit információ tárolását végzi.

40. Sorrendi hálózatok két csoportja: • Szinkron sorrendi hálózatok:a tárolóelemek csak egyszerre (szinkronizálva) változtathatják meg állapotukat • Aszinkron sorrendi hálózatok:a tárolóelemek a bemeneti jel változásának hatására bármikor megváltoztathatják állapotukat

41. Szinkron sorrendi hálózatokModellezése:Moore-modell

42. Szinkron sorrendi hálózatokModellezése:Mealy-modell

43. A tárolóelem (flip-flop, FF)Egyszerű aszinkron FF

44. Órajeles FF

45. Nem átlátszó órajeles FF-ok:1. Kétfokozatú tároló (Master-Slave FF)

47. 2.Élvezérelt FF

48. 8.Tárolóelemek tulajdonságai, alaptípusai Sorrendi hálózat leirási módszerei Szinkron sorrendi hálózatban használható tárolóelemek típusai: • RS FF • JK FF • T FF • D FF

49. 1. RS FF

50. 1. RS FF