SisElnF2 17/12/2002. E CIRCUITI COMBINATORI E SEQUENZIALI E2 Circuti sequenziali

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1 iselnf2 17/12/2002 Ingegneria dell Informazione Modulo ITEMI EETTONICI E CICUITI COMBINATOI E EUENZIAI E2 Circuti sequenziali» Porte logiche combinatorie elementari» Modello interruttore-resistenza» Circuiti sequenziali base» Flip-Flop, egistri, contatotori» Macchine a stati finiti 17/12/ iselne2 - MZ Obiettivi del gruppo di lezioni E Circuiti combinatori» Cosa sono e come si realizzano semplici circuiti combinatori» Analisi del comportamento dei circuiti combinatori con il modello resistenza-interruttore» Derivazione di semplici funzioni logiche Circuiti sequenziali» Come si realizza un circuito digitale con memoria» Esempi di flip-flop e registri» Comportamento dinamico dei flip-flop» Esempi di circuiti sequenziali: registri, contatori, shift» Analisi di macchine a stati finiti (FM) Trend tecnologico e famiglie logiche» Evoluzione della tecnologia e famiglie logiche 17/12/ iselne2 - MZ Page 1 MZ 1

2 iselnf2 17/12/2002 Obiettivi di questa lezione (E2)» Derivazione del flip-flop a partire dai blocchi base combinatori» Analisi dei ritardi del e temporizzazione» Derivazione di flip-flop sensibili al fronte» Flip-flop di tipo D: funzionamento, ritardi e segnali asincroni» iferimenti allo Jaeger: 9.2 (inizio), /12/ iselne2 - MZ CICUITI EUENZIAI TUTTI I CICUITI COMBINATOI FONICONO UN UCITA CE È FUNZIONE OO DEGI INGEI APPICATI A ITANTE t OUT (t) = f( IN1(t), IN2(t),...,INm(t)) PE POTE MEMOIZZAE INFOMAZIONE NE TEMPO I DEVONO COTUIE CICUITI IN GADO DI ICODAE UN INGOO BIT I CICUITI IN CUI E UCITE ONO FUNZIONI NON OO DEGI INGEI MA ANCE DEA TOIA PECEDENTE I CIAMANO CICUITI EUENZIAI OUT (t) = f( IN1(t), IN2(t),...,INm(t), OUT ( t - τ ) ) 17/12/ iselne2 - MZ Page 2 MZ 2

3 iselnf2 17/12/2002 CICUITI EUENZIAI - I CICUITI IN GADO DI MEMOIZZAE UN BIT FUTTANO A EAZIONE POITIVA: n PECOENDO ANEO NO2 n NO1 I A UNA DOPPIA INVEIONE DI FAE EAZIONE POITIVA 17/12/ iselne2 - MZ CICUITI EUENZIAI FUNZIONAMENTO DE FF - FIP- FOP n = = n = UAUNUE IA I VAOE DI n n = UINDI A CONFIGUAZIONE =, = FOZA = E n= 17/12/ iselne2 - MZ Page 3 MZ 3

4 iselnf2 17/12/2002 CICUITI EUENZIAI FUNZIONAMENTO DE FF - FIP- FOP n = = n n = UAUNUE IA I VAOE DI = UINDI A CONFIGUAZIONE =, = FOZA = E n= 17/12/ iselne2 - MZ CICUITI EUENZIAI FUNZIONAMENTO DE FF - (T-1) n = = n(t-1) -1 n-1 n E UCITE DIPENDONO OO DAI VAOI PECEDENTI DI E n. E NE PAATO I ONO VEIFICATI OO I DUE CAI PECEDENTI ( =, = ) E n ONO EMPE COMPEMENTAI I MANTIENE UTIMO VAOE GAZIE AA EAZIONE POITIVA UINDI A CONFIGUAZIONE =, = MANTIENE IN MEMOIA E n 17/12/ iselne2 - MZ Page 4 MZ 4

5 iselnf2 17/12/2002 CICUITI EUENZIAI FUNZIONAMENTO DE FF - n = = -1 n-1 n E UCITE DEI DUE NO ONO EMPE!!!!!!!! NON È PIÙ VEO CE = not (n)!!!!!! A CONFIGUAZIONE =, = CE VIOA A COMPEMENTAIETÀ DEE DUE UCITE NON A UEEMO MAI E A CIAMEEMO CONFIGUAZIONE VIETATA (TATO POIBITO) 17/12/ iselne2 - MZ CICUITI EUENZIAI FUNZIONAMENTO DE FF - n n -1 n -1 CONCUIONI: UN FIP-FOP PUÒ DI FOZAE UCITA AD, A OPPUE DI ACIAA INATEATA (TATO DI MEMOIA); UCITA n AUME I VAOE COMPEMENTATO DI. PUÒ UINDI MEMOIZZAE UN BIT... MA... NON I DEVE MAI UAE O TATO POIBITO (=,=) DEGI INGEI!!!!!! 17/12/ iselne2 - MZ Page 5 MZ 5

6 iselnf2 17/12/2002 CICUITI EUENZIAI FUNZIONAMENTO DE FF - n n -1 n -1 INGEO I CIAMA ET (E FOZA UCITA AD ); INGEO I CIAMA EET (E FOZA UCITA A ) UETO FIP FOP I CIAMA ANCE FIP FOP ET - EET 17/12/ iselne2 - MZ CICUITI EUENZIAI FUNZIONAMENTO DE FF - APPICIAMO E EGGI DI DE MOGAN: n n n n 17/12/ iselne2 - MZ Page 6 MZ 6

7 iselnf2 17/12/2002 CICUITI EUENZIAI FUNZIONAMENTO DE FF - n n 17/12/ iselne2 - MZ CICUITI EUENZIAI FUNZIONAMENTO DE FF - n n -1 n -1 UN FIP FOP I PUÒ FAE ANCE CON POTE NAND; I EGNAI E ONO PEÒ ATTIVI BAI (= ). A CONFIGUAZIONE DI MEMOIA È MENTE A CONFIGUAZIONE POIBITA È 17/12/ iselne2 - MZ Page 7 MZ 7

8 iselnf2 17/12/2002 TEMPITICA DE FF - n n ET EET POIBITO = n =!!!! 17/12/ iselne2 - MZ IA 1 I ITADO DI E 2 I ITADO DI TEMPITICA DE FF - 1 n 2 n T2 T1 T3 T4 T1 = 1 ; T2 = T3 =? T4 =? UAE È A DUATA MINIMA DE IMPUO U o? 17/12/ iselne2 - MZ Page 8 MZ 8

9 iselnf2 17/12/2002 EEMPIO: CICUITO DEBOUNCING Val UANDO I DEVIATOE COMMUTA, I CONTATTO OCIA PIÙ VOTE DANDO OIGINE A TANIZIONI MUTIPE Gnd A OUT A B B OUT Val I FF- EVITA CE UCITA OUT COMMUTI PIÙ VOTE 17/12/ iselne2 - MZ CICUITI AINCONI vs. INCONI I FF- ENTE GI INGEI IN UAIAI ITANTE ED È IN GADO DI COMMUTAE E UCITE IN UAUNUE MOMENTO (CICUITO AINCONO) MOTO PEO È PIÙ UTIE AVEE CICUITI DI MEMOIA CE ENTANO GI INGEI (E FACCIANO VAIAE E UCITE) OO IN CONCOMITANZA DI UN EGNAE DI INCONIZZAZIONE O CO (CICUITO INCONO) EEMPIO DI FF- CON I CO: I FF ENTE GI INGEI OO UANDO = 17/12/ iselne2 - MZ Page 9 MZ 9

10 iselnf2 17/12/2002 CICUITI INCONI - ATC IN EATÀ I FF- ENTE GI INGEI PE TUTTO I TEMPO IN CUI = I CICUITO I CIAMA ATC E FUNZIONA IN DUE MODI: = UCITA È EGATA AGI INGEI (TANPAENT MODE) = UCITA NON COMMUTA (ATCED MODE) I EGNAE DI OITO I CIAMA ATC ENABE 17/12/ iselne2 - MZ (E) CICUITI INCONI MATE-AVE MATE AVE I PIMO (MATE) È ATTIVO UANDO =, MENTE I ECONDO (AVE) È IN MEMOIA U FONTE DI DICEA DI I FF MATE PAA IN MEMOIA E O AVE DIVENTA TAPAENTE, POTANDO IN UCITA I VAOE MEMOIZZATO IN UE ITANTE U MATE È UN FF DI TIPO NEGATIVE EDGE - TIGGEED 17/12/ iselne2 - MZ Page 10 MZ 10

11 iselnf2 17/12/2002 CICUITI INCONI INCONIZZAZIONI DA PUNTO DI VITA DEA INCONIZZAZIONE EITONO TE TIPI DI FF: ATC POITIVE-EDGE-TIGGEED NEGATIVE-EDGE-TIGGEED E ATC UCITA CAMBIA DUANTE A FAE TAPAENTE (E = ) ENIBIE A FONTE UCITA CAMBIA U FONTE DE CO 17/12/ iselne2 - MZ FIP FOP D FIP FOP D MATE AVE D n 17/12/ iselne2 - MZ Page 11 MZ 11

12 iselnf2 17/12/2002 FIP FOP D I FIP FOP D I OTTIENE COEGANDO INGEO D A ET E I UO VAOE NEGATO A EET. IN TA MODO I FF- AVOA OO CON DUE CONFIGUAZIONI DI INGEO CE FOZANO UCITA A IVEO OPPUE A IVEO D n D n - / -1 n -1 17/12/ iselne2 - MZ FIP FOP D INGEI AINCONI PEO A FF DI TIPO D I AGGIUNGONO DUE INGEI AINCONI PE POTE FOZAE UCITA IN UAUNUE MOMENTO: ET FOZA = IN MODO AINCONO EET FOZA = IN MODO AINCONO D n NON I DEVE MAI FOZAE e CONTEMPOANEAMENTE!!!!!! 17/12/ iselne2 - MZ Page 12 MZ 12

13 iselnf2 17/12/2002 FIP FOP JK I FIP FOP JK A DUE INGEI DI DATO (J, K) E PEMETTE DI FAE PIÙ OPEAZIONI U UCITA J K n J K -1 n n -1 JK= FA COMPEMENTAE UCITA AD OGNI COPO DI CO -1 n -1 17/12/ iselne2 - MZ EECIZIO: FIP FOP JK COME I PUÒ EAIZZAE UN FF- JK PATENDO DA UN FF-? J K n -1 n -1 J K n n -1 n -1 17/12/ iselne2 - MZ Page 13 MZ 13

14 iselnf2 17/12/2002 TEMPITICA DE FIP FOP DATO UN FIP FOP (AD EEMPIO DI TIPO D) I DEFINICONO DIVEI ITADI TA GI INGEI DI CO E AINCONI E E UCITE: ; n ; ; n ; ; n D n 17/12/ iselne2 - MZ TEMPITICA DE FIP FOP TEMPO DI ET-UP E OD DATO UN FIP FOP DI TIPO D I DICE CE U FONTE DI AITA DE CO I CAMPIONA INGEO D CE VIENE MEMOIZZATO IN UCITA... MA COA UCCEDE E D CAMBIA POPIO U FONTE DE CO? D n UCITA NON VAIA COME PEVITO; PUÒ OCIAE ANCE PE UNGO TEMPO!!!!!!! 17/12/ iselne2 - MZ Page 14 MZ 14

15 iselnf2 17/12/2002 TEMPITICA DE FIP FOP TEMPO DI ET-UP E OD I CAMPIONAMENTO DE DATO D È COME FAE UNA FOTO; E I OGGETTO I MUOVE MENTE I CATTA A FOTO IMANE MOA... COME PE E FOTO È NECEAIO CE D NON CAMBI DUANTE I FONTE DE CO: Tsu = TEMPO (DI ET-UP ) PIMA DE FONTE IN CUI D NON DEVE VAIAE Th = TEMPO (DI OD) DOPO I FONTE IN CUI D NON DEVE VAIAE Tsu Th D 17/12/ iselne2 - MZ Page 15 MZ 15