SisElnF3 17/12/2002. E CIRCUITI COMBINATORI E SEQUENZIALI E3 Circuti sequenziali complessi

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1 Ingegneria dell Informazione Modulo SISTEMI EETTRONICI E CIRCUITI COMBINATORI E SEUENZIAI E3 Circuti sequenziali complessi» Porte logiche combinatorie elementari» Modello interruttore-resistenza» Circuiti sequenziali base» Flip-Flop, Registri, contatori» Macchine a stati finiti 17/12/ SisElnE3 - MZ Page 1 MZ 1

2 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» erivazione 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 (FSM) Trend tecnologico e famiglie logiche» Evoluzione della tecnologia e famiglie logiche 17/12/ SisElnE3 - MZ Page 2 MZ 2

3 Obiettivi di questa lezione (E3)» ivisori di frequenza e contatori asincroni» Contatori sincroni» Shift register e covertitori SIPO e PISO» Concetto elementare di macchina a stati finiti (FSM)» Analisi e semplici progetti di FSM temporizzate 17/12/ SisElnE3 - MZ Page 3 MZ 3

4 IVISORE I FREUENZA PER n n 1 2 n1 n2 USCITA I OGNI STAIO IVIE A FREUENZA I CO PER UE; CON m STAI SI PUÒ IVIERE PER 2 m 17/12/ SisElnE3 - MZ Page 4 MZ 4

5 CONTATORE ASINCRONO 1 2 n n1 n n2 n1n2 =... I CIRCUITO FUNZIONA COME CONTATORE ASINCRONO (RIPPE COUNTER) E USCITE COMMUTANO SFASATE NE TEMPO SE I CONTATORE A m STAI, USCITA PIÙ SIGNIFICATIVA (nm) COMMUTA RISPETTO A FRONTE E CO CON UN RITARO Tpd = m Tpd-ff OVE Tpd-ff È I RITARO n E FIP FOP 17/12/ SisElnE3 - MZ Page 5 MZ 5

6 ESERCIZIO: CONTATORE ASINCRONO REAIZZARE UN CONTATORE ASINCRONO A TRE STAI CON FIP FOP I TIPO NEGATIVE-EGE-TRIGGERE n n n /12/ SisElnE3 - MZ Page 6 MZ 6

7 CONTATORE SINCRONO ANCE UESTO È UN CONTATORE, PERÒ È SINCRONO: E USCITE E CONTATORE COMMUTANO TUTTE SINCRONE CON I FRONTE I ISCESA E CO A TERZO FF IN POI TUTTI GI STAI SONO UGUAI A MASSIMA FREUENZA I FUNZIONAMENTO È EGATA A RITARO EA CATENA I AN E E RITARO E FF 17/12/ SisElnE3 - MZ Page 7 MZ 7

8 ESERCIZIO:CONTATORE SINCRONO RICAVARE E FORME ONA EE USCITE E CONTATORE SINCRONO SE SI VOESSE REAIZZARE UN CONTATORE A 6 BIT CON Tand = 10 ns ; T > = 8 ns UAE SAREBBE A FREUENZA MASSIMA I UTIIZZO? 17/12/ SisElnE3 - MZ Page 8 MZ 8

9 REGISTRI UN REGISTRO È UN INSIEME I FIP FOP () CON I CO IN COMUNE (E EVENTUAMENTE ANCE I RESET) INPUT ATA n0 1 n1 2 n2 3 n3 ATCE OUTPUTS R ESISTONO REGISTRI I TIPO ATC, POSITIVE-EGE- TRIGGERE E NEGATIVE-EGE-TRIGGERE 17/12/ SisElnE3 - MZ Page 9 MZ 9

10 SIFT REGISTER 1 UNO SIFT- REGISTER È UN INSIEME I FIP FOP () COEGATI IN CASCATA (n n+1) CON I CO IN COMUNE (E EVENTUAMENTE ANCE I RESET) SERIA IN SERIA OUT n n n È POSSIBIE CONVERTIRE UN ATO SERIAE IN UNO PARAEO (SERIA IN PARAE OUT SIPO) 17/12/ SisElnE3 - MZ Page 10 MZ 10

11 SIFT REGISTER 2 ESISTONO ANCE SIFT- REGISTER IN CUI SI PUÒ CARICARE I ATO IN PARAEO (CON UN SEGNAE I CONTROO PARAE OA - P - ) IN TA MOO SI PUÒ CONVERTIRE UN ATO A PARAEO A SERIAE (PARAE IN SERIA OUT PISO) 0 0 PARAE INPUT ATA PARAE OUTPUT ATA SERIA IN SIN SOUT P R SERIA OUT 17/12/ SisElnE3 - MZ Page 11 MZ 11

12 ESERCIZIO: SIFT REGISTER REAIZZARE UNO SIFT PARAE IN - SERIA OUT (PISO) A 4 BIT 17/12/ SisElnE3 - MZ Page 12 MZ 12

13 MACCINE A STATI FINITI (FSM) 1 UN CONTATORE È I CASO PIÙ SEMPICE I FSM (FINITE STATE MACINE) A ESEMPIO IN UN CONTATORE A UE BIT A SEUENZA EE USCITE È:... SI PUÒ ASSOCIARE A OGNI COMBINAZIONE EE USCITE UNO STATO E RAPPRESENTARE CON EGI ARCI I PASSAGGI A STATO A STATO STATO 1 0 A B A B C C 17/12/ SisElnE3 - MZ Page 13 MZ 13

14 MACCINE A STATI FINITI (FSM) 2 A IAGRAMMA A STATI E CONTATORE SI POTREBBE REAIZZARE UNA UNITÀ I CONTROO SEMPICE; A ESEMPIO I TIMER I UNA AVATRICE A B STATO A 1 0 CARICA ACUA B AVA C C CENTRIFUGA ASCIUGA A ESEMPIO SE SONO NEO STATO A (STATO PRESENTE) I PROSSIMO STATO SARÀ O STATO B (STATO FUTURO) 17/12/ SisElnE3 - MZ Page 14 MZ 14

15 MACCINE A STATI FINITI (FSM) RETE I STATO FUTURO EVOUZIONE EA FSM AVVIENE NE ESEMPIO CON UN CONTATORE; NEI CASI PIÙ COMPESSI I CONTATORE È SOSTITUITO CON EI FF E UNA RETE COMBINATORIA CE ETERMINA EVOUZIONE EA FSM (RETE I STATO FUTURO) A OGNI STATO SI ASSOCIA UNA COMBINAZIONE EE USCITE EI FF (A ; B ; C ; ) COUNTER 0 1 R INPUT RETE I STATO FUTURO n R n C C RESET RESET STATO PRESENTE STATO FUTURO 17/12/ SisElnE3 - MZ Page 15 MZ 15

16 MACCINE A STATI FINITI (FSM) RETE I USCITA CON UNA RETE COMBINATORIA SI POSSONO ATTIVARE EI SEGNAI (USCITE) CE COMANANO EGI ATTUATORI (PER SCAARE ACUA, FAR GIRARE I CESTEO, ETC...) COUNTER 0 1 CARICA AVA C R CENTRIFUGA RESET ASCIUGA 17/12/ SisElnE3 - MZ Page 16 MZ 16

17 MACCINE A STATI FINITI (FSM) GI STATI SONO MEMORIZZATI IN FF (VARIABII I STATO) EVOUZIONE TRA I VARI STATI (STATO FUTURO) È REAIZZATA CON UNA RETE COMBINATORIA CE OTRE A SENTIRE E VARIABII I STATO SENTE ANCE GI INGRESSI AA FSM UN ATRA RETE COMBINATORIA GENERA E USCITE RETE I USCITA OUTPUT INPUT RETE I STATO FUTURO n n R RESET 17/12/ SisElnE3 - MZ Page 17 MZ 17

18 ESERCIZIO: MACCINE A STATI FINITI PROGETTARE UNA FSM CE SI COMPORTI COME UN FIP FOP IN UESTO CASO GI INGRESSI SONO UE (A PARTE I RESET) :, A FSM A UE SOI STATI: A (CON USCITA =) E B (CON USCITA = ) A RETE I USCITA È IN UESTO CASO UN SEMPICE FIO CE COEGA USCITA E FF A USCITA RETE I USCITA RETE I STATO FUTURO OUTPUT = R RESET 17/12/ SisElnE3 - MZ Page 18 MZ 18

19 ESERCIZIO: MACCINE A STATI FINITI RICAVIAMO I IAGRAMMA EGI STATI: STATO CORRENTE () STATO FUTURO () l EUAZIONE EO STATO FUTURO È: = n+1 = + 17/12/ SisElnE3 - MZ Page 19 MZ 19

20 ESERCIZIO: MACCINE A STATI FINITI I CIRCUITO FINAE È: RETE I USCITA OUTPUT = RETE I STATO FUTURO R RESET 17/12/ SisElnE3 - MZ Page 20 MZ 20