1 / 177

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3. Συνδυαστικά Κυκλώματα. Περιεχόμενα. 3.1 Συνδυαστικά Κυκλώματα 3.2 Σχεδιασμός Συνδυαστικής Λογικής 3.3 Διαδικασία Ανάλυσης 3.4 Διαδικασία Σχεδιασμού 3.5 Αποκωδικοποιητής 3.6 Κωδικοποιητ ή ς(Encoders) 3.7 Πολυπλέκτης 3.8 Αθροιστής 3.9 Δυαδική Πρόσθεση

callia
Download Presentation

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Συνδυαστικά Κυκλώματα Κεφάλαιο 3 - Συνδιαστικά Κυκώματα

  2. Περιεχόμενα • 3.1 Συνδυαστικά Κυκλώματα • 3.2 Σχεδιασμός Συνδυαστικής Λογικής • 3.3 Διαδικασία Ανάλυσης • 3.4 Διαδικασία Σχεδιασμού • 3.5 Αποκωδικοποιητής • 3.6 Κωδικοποιητής(Encoders) • 3.7 Πολυπλέκτης • 3.8 Αθροιστής • 3.9 Δυαδική Πρόσθεση • 3.10 Δυαδικοί Αθροιστές/ Αφαιρετές • Δυαδική Αριθμητική Κεφάλαιο 3 - Συνδιαστικά Κυκώματα

  3. 3.1 Συνδυαστικά Κυκλώματα • Έξοδος οποιαδήποτε στιγμή εξαρτάται μόνο από τις τιμές στην είσοδο την ίδια στιγμή • Ορισμός Κυκλώματος • πίνακας αλήθειας με 2n συνδυασμούς εισόδου και m τιμές εξόδους για κάθε συνδυασμό • m συναρτήσεις n μεταβλητών Κεφάλαιο 3 - Συνδιαστικά Κυκώματα

  4. 3.1 Ακολουθιακά Κυκλώματα • Ακολουθιακά Κυκλώματα: αποθηκεύουντιμές (bits), και η έξοδος εξαρτάται από την είσοδο στο παρων και παρελθόν (κεφ. 4) Κεφάλαιο 3 - Συνδιαστικά Κυκώματα

  5. 3.2 Σχεδιασμός Συνδυαστικής Λογ. Combinational Logic Design • Εισαγωγή • Mεθοδολογίες Ανάλυσης και Σχεδιασμού • Βασικά συνδυαστικά κυκλώματα • κωδικοποιητές, αποκωδικοποιητές, πολυπλέκτες, αποπλεκτες, αθροιστές, αφαιρέτες (ππροσημασμένοι αριθμοί) • Ιεραρχία, Πάνω προς Κάτω, CAD, HDL,Synthesis • Γλώσσες Περιγραφής Υλικού(ΗDL): VHDL Κεφάλαιο 3 - Συνδιαστικά Κυκώματα

  6. 3.2 Βασικές Αρχές, Τεχνικές και Εργαλεία Σχεδιασμού:Ιεραρχικός Σχεδιασμός 1/8 Κεφάλαιο 3 - Συνδιαστικά Κυκώματα

  7. 3.2 Βασικές Αρχές, Τεχνικές και Εργαλεία Σχεδιασμού:Ιεραρχικός Σχεδιασμός 2/8 Κεφάλαιο 3 - Συνδιαστικά Κυκώματα

  8. 3.2 Βασικές Αρχές, Τεχνικές και Εργαλεία Σχεδιασμού:Ιεραρχικός Σχεδιασμός 3/8 Κεφάλαιο 3 - Συνδιαστικά Κυκώματα

  9. 3.2 Βασικές Αρχές, Τεχνικές και Εργαλεία Σχεδιασμού:Ιεραρχικός Σχεδιασμός 4/8 Κεφάλαιο 3 - Συνδιαστικά Κυκώματα

  10. 3.2 Βασικές Αρχές, Τεχνικές και Εργαλεία Σχεδιασμού:Ιεραρχικός Σχεδιασμός 5/8 Κεφάλαιο 3 - Συνδιαστικά Κυκώματα

  11. 3.2 Βασικές Αρχές, Τεχνικές και Εργαλεία Σχεδιασμού:Ιεραρχικός Σχεδιασμός 6/8 Κεφάλαιο 3 - Συνδιαστικά Κυκώματα

  12. 3.2 Βασικές Αρχές, Τεχνικές και Εργαλεία Σχεδιασμού:Ιεραρχικός Σχεδιασμός 7/8 Κεφάλαιο 3 - Συνδιαστικά Κυκώματα

  13. 3.2 Βασικές Αρχές, Τεχνικές και Εργαλεία Σχεδιασμού:Ιεραρχικός Σχεδιασμός 8/8 Κεφάλαιο 3 - Συνδιαστικά Κυκώματα

  14. 3.2 Ιεραρχία • Απλοποίηση (simplification) • Πχ για 9input odd: 10 αντι 32 σχήματα • ‘‘Φύλλα’’: βασικά τούβλα προσχεδιασμένα με γνωστή συμπεριφορά (βασικά blocks, βιβλιοθήκη) - primitive and predefined blocks • Επαναχρησιμοποίηση (reuse) Κεφάλαιο 3 - Συνδιαστικά Κυκώματα

  15. 3.2 Πάνω προς Κάτω/Κάτω προς Πάνω Σχεδιασμός και CAD • Εμείς περισσότερο κάτω προς πάνω • CAD: εργαλεία για computer aided design • παρέχουν/περιέχουν μοντέλλα συμπεριφοράς για βασικές πύλες και κυκλώματα από βιβλιοθήκη • λογική, ηλετρονική, χρόνος αναμετάδοσης, μέγεθος • επαλήθευση με προσομοίωση • υλοποίηση με synthesizers Κεφάλαιο 3 - Συνδιαστικά Κυκώματα

  16. 3.2 Hardware Description Languages • HDL (vhdl και verilog): γλώσσες προγραμματισμού για λειτουργικότητες στο υλικό • Παρέχουν εναλλακτικό τρόπο περιγραφής λειτουργικότητας ψηφιακών συστημάτων: σχήματα ή HDL (ή και τα δυο) • Τυποποίηση • ευρείας χρήσεως στην βιομηχανία Κεφάλαιο 3 - Συνδιαστικά Κυκώματα

  17. 3.2 Ροή Λογικής Σύνθεσης (Logic Synthesis Flow) ic fpga Κεφάλαιο 3 - Συνδιαστικά Κυκώματα

  18. 3.3 Μεθοδολογιά Ανάλυσης • Στόχος: καθορισμός λειτουργίας ενός λογικού συνδυαστικού κυκλώματος • Δεδομένο: λογικό συνδυαστικό κύκλωμα • Ζητούμενο: αλγεβρική συνάρτηση για κάθε έξοδο κυκλώματος ή/και πίνακα αληθείας • με το χέρι (συναρτήσεις, πίνακα αληθείας) • με λογικη προσομοίωση (CAD εργαλείο) Κεφάλαιο 3 - Συνδιαστικά Κυκώματα

  19. 3.3 Παραγωγή Boolean Συνάρτησης Τ3 Τ1 F1 Τ2 Τ4 F2 Τ5 Κεφάλαιο 3 - Συνδιαστικά Κυκώματα

  20. 3.3 Παραγωγή Boolean Συνάρτησης • T1 = B’C T2 = A’B • T3 = A+T1 T4= Τ2D T5= Τ2+D • F1 = Τ3 + Τ4 F2 = Τ5 Τ3 Τ1 F1 Τ2 Τ4 F2 Τ5 Κεφάλαιο 3 - Συνδιαστικά Κυκώματα

  21. 3.3Αλγεβρική Επεξεργασία Ενδιάμεσων Συναρτήσεων • T1 = B’C • T2 = A’B • T3 = A+Β’C • T4= (A’B)D • T5= A’B+D • F1 = A+Β’C+ ((A’B)D) • F2 = A’B+D • Όχι απαραίτητα απλοποιημένες εκφράσεις • Από πιο πάνω εύκολο να παράξεις Πιν. Αληθ. Κεφάλαιο 3 - Συνδιαστικά Κυκώματα

  22. 3.3 Απευθείας Παραγωγή Πίνακα Αληθείας • Απευθείας από κύκλωμα (χωρίς ενδιάμεσες συναρτήσεις) Τ1 Τ2 Τ3 Κεφάλαιο 3 - Συνδιαστικά Κυκώματα

  23. 3.3 Πίνακας Αληθείας: n εισόδους πίνακας με 2nσειρές 1/6 Κεφάλαιο 3 - Συνδιαστικά Κυκώματα

  24. 3.3 Πίνακας Αληθείας2/6 Κεφάλαιο 3 - Συνδιαστικά Κυκώματα

  25. 3.3 Πίνακας Αληθείας3/6 Κεφάλαιο 3 - Συνδιαστικά Κυκώματα

  26. 3.3 Πίνακας Αληθείας4/6 Κεφάλαιο 3 - Συνδιαστικά Κυκώματα

  27. 3.3 Πίνακας Αληθείας5/6 Κεφάλαιο 3 - Συνδιαστικά Κυκώματα

  28. 3.3 Πίνακας Αληθείας6/6 Κεφάλαιο 3 - Συνδιαστικά Κυκώματα

  29. 3.3 Συνάρτηση απο πίνακα αληθείας πχ C(X,Y,Z)=…. Κεφάλαιο 3 - Συνδιαστικά Κυκώματα

  30. 3.3 Συνάρτηση απο πίνακα αληθείας πχ C(X,Y,Z)=Σm(3,5,6,7) =XY+XZ+YZ Κεφάλαιο 3 - Συνδιαστικά Κυκώματα

  31. 3.3 Μεθόδοι • Με ενδιάμεσες συναρτήσεις • καθόρισε ενδιάμεσες συναρτήσεις • καθόρισε σήματα εξόδου βάση ενδιάμεσων συναρτήσεων • αλγεβρική επεξεργασία συναρτήσεων • καθόρισε πίνακα αλήθειας • Χωρίς ενδιάμεσες συναρτήσεις • δώσε ονόματα σε ενδιάμεσα σήματα • καθόρισε πίνακα αληθείας • υπολόγισε συναρτήσεις για σήματα εξόδου Κεφάλαιο 3 - Συνδιαστικά Κυκώματα

  32. 3.3 Μεθόδοι • Με προσομοίωση • σχεδίασε κύκλωμα • προσομοίωσε για όλους δυνατούς συνδυασμούς • πάραξε πίνακα αληθείας • από πίνακα συνάρτησης Κεφάλαιο 3 - Συνδιαστικά Κυκώματα

  33. 3.4 Μεθοδολογία Σχεδιασμού • Στόχος: από περιγραφή προβλήματος παραγωγή λογικού διαγράμματος ή boolean εξισώσεις • καθορισμός σημάτων εισόδου και εξόδου • πίνακας αλήθειας που ορίζει σχέση σημάτων εισόδου και εξόδου (όχι πάντοτε: κατανόηση) • απλοποιημένες εκφράσεις για κάθε έξοδο • αλγεβρική επεξεργασία, k-map, ιεραρχία,… • εάν πολλές λύσεις επιλογή βάση κριτηρίων απόδοσης • σχεδιασμός λογικού διαγράμματος • επαλήθευση • εάν λάθος απόσφαλαμάτωση Κεφάλαιο 3 - Συνδιαστικά Κυκώματα

  34. 3.4 Παράδειγμα 1/5 • Σχεδιάστε ένα συνδυαστικό λογικό κύκλωμα που έχει 3 εισόδους και μια έξοδο. Η έξοδος είναι 1 όταν η δυαδική τιμή στην είσοδο είναι μικρότερη του 3 (αλλιώς είναι 0). Υλοποιήστε το κύκλωμα μόνο με πύλες NAND. Κεφάλαιο 3 - Συνδιαστικά Κυκώματα

  35. 3.4 Παράδειγμα (<3)2/5 X2 X1 X0 F 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 Κεφάλαιο 3 - Συνδιαστικά Κυκώματα

  36. 3.4 Παράδειγμα (<3)3/5 X2 X1 X0 F 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 Κεφάλαιο 3 - Συνδιαστικά Κυκώματα

  37. 3.4 Παράδειγμα (<3)4/5 F = X2’X1’+X2’X0’ Κεφάλαιο 3 - Συνδιαστικά Κυκώματα

  38. 3.4 Παράδειγμα (<3)5/5 X2’ X1’ X2’ X0’ F Κεφάλαιο 3 - Συνδιαστικά Κυκώματα

  39. 3.4 Παράδειγμα:Μετατροπή κώδικων 4bit ΒCD σε 4bit excess-31/5 • (X)ΒCD=(X+3)excess-3 • πχ (5)ΒCD=(8)excess-3, 0101 σε 1000 Κεφάλαιο 3 - Συνδιαστικά Κυκώματα

  40. 3.4 ΒCD 2 Excess-32/5 X3 X2 X1 X0 F3 F2 F1 F0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1

  41. 3.4 ΒCD 2 Excess-33/5 X3 X2 X1 X0 F3 F2 F1 F0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1

  42. 3.4 ΒCD 2 Excess-34/5 X3 X2 X1 X0 F3 F2 F1 F0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 1 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1

  43. 3.4 ΒCD 2 Excess-32/5 X3 X2 X1 X0 F3 F2 F1 F0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 1 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 x x x x 1 0 1 1 x x x x 1 1 0 0 x x x x 1 1 0 1 x x x x 1 1 1 0 x x x x 1 1 1 1 x x x x

  44. 3.4 K-maps για ΒCD2EXCS-3 Κεφάλαιο 3 - Συνδιαστικά Κυκώματα

  45. 3.4 Αναγνώριση κοινών όρων (2 vs 3-level υλοποίηση) • W= A + BC + BD • X = B’C+B’D+BC’D’ • Y=CD+C’D’ • Z=D’ Κεφάλαιο 3 - Συνδιαστικά Κυκώματα

  46. 3.4 Αναγνώριση κοινών όρων (2 vs 3-level υλοποίηση) • W= A + BC + BD = A + B (C+D) • X = B’C+B’D+BC’D’=B’(C+D)+BC’D’ • Y=CD+C’D’ = CD • Z=D’ Κεφάλαιο 3 - Συνδιαστικά Κυκώματα

  47. 3.4 ΒCD2EXCS-3 3-levelΥλοποίηση Κεφάλαιο 3 - Συνδιαστικά Κυκώματα

  48. 3.4 BCD-2-Seven-Segment-Decoder • Πόσα και ποιά σήματα εισόδου/εξόδου: Κεφάλαιο 3 - Συνδιαστικά Κυκώματα

  49. 3.5 Βασικά συνδυαστικά κυκλώματα • Αποκωδικοποιητές (decoders) • Κωδικοποιητές (encoders) • Κωδικοποιητές Προτεραιότητας-Priority Encoder • Πολύπλεκτες (multiplexers - muxes) • Αποπλεκτες (demultiplexers) • Αθροιστές (adders) • Αφαιρετέες • Προσημασμένοι αριθμοί (signed numbers) Κεφάλαιο 3 - Συνδιαστικά Κυκώματα

  50. 3.5 Αποκωδικοποιητές(Decoders) • Κυκλώματα με n εισόδους και m<2nεξόδους • n-m decoders: κάθε έξοδος ένα ελαχιστορος Κεφάλαιο 3 - Συνδιαστικά Κυκώματα

More Related