SisElnF2 12/21/01. F CIRCUITI COMBINATORI E SEQUENZIALI F2 Circuti sequenziali

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1 iselnf2 2/2/ Ingegneria dell Informazione Modulo ITEMI ELETTONICI F CICUITI COMBINATOI E EUENZIALI F2 Circuti sequenziali» Porte logiche combinatorie elementari» Modello interruttore-resistenza» Circuiti sequenziali base» Flip-Flop, egistri, contatotori» Macchine a stati finiti 2-Dec- - iselnf2 - MZ Page MZ

2 iselnf2 2/2/ Obiettivi del gruppo di lezioni F 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 2-Dec- - 2 iselnf2 - MZ Page 2 MZ 2

3 iselnf2 2/2/ Obiettivi di questa lezione (F2)» 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 2-Dec- - 3 iselnf2 - MZ Page 3 MZ 3

4 iselnf2 2/2/ CICUITI EUENZIALI TUTTI I CICUITI COMBINATOI FONICONO UN UCITA CHE E FUNZIONE OLO DEGLI INGEI APPLICATI ALL ITANTE t OUT (t) = f( IN(t), IN2(t),...,INm(t)) PE POTE MEMOIZZAE L INFOMAZIONE NEL TEMPO I DEVONO COTUIE CICUITI IN GADO DI ICODAE UN INGOLO BIT I CICUITI IN CUI LE UCITE ONO FUNZIONI NON OLO DEGLI INGEI MA ANCHE DELLA TOIA PECEDENTE I CHIAMANO CICUITI EUENZIALI OUT (t) = f( IN(t), IN2(t),...,INm(t), OUT ( t - τ=) ) 2-Dec- - 4 iselnf2 - MZ Page 4 MZ 4

5 iselnf2 2/2/ CICUITI EUENZIALI - I CICUITI IN GADO DI MEMOIZZAE UN BIT FUTTANO LA EAZIONE POITIVA: # #2 n PECOENDO L ANELLO NO2 n NO I HA UNA DOPPIA INVEIONE DI FAE EAZIONE POITIVA 2-Dec- - 5 iselnf2 - MZ Page 5 MZ 5

6 iselnf2 2/2/ CICUITI EUENZIALI FUNZIONAMENTO DEL FF - FLIP- FLOP # n = = #2 n = UALUNUE IA IL VALOE DI n n = UINDI LA CONFIGUAZIONE =, = FOZA = E n= 2-Dec- - 6 iselnf2 - MZ Page 6 MZ 6

7 iselnf2 2/2/ CICUITI EUENZIALI FUNZIONAMENTO DEL FF - FLIP- FLOP # n = = #2 n n = UALUNUE IA IL VALOE DI = UINDI LA CONFIGUAZIONE =, = FOZA = E n= 2-Dec- - 7 iselnf2 - MZ Page 7 MZ 7

8 iselnf2 2/2/ CICUITI EUENZIALI FUNZIONAMENTO DEL FF - = = n (T-) # n(t-) - n- #2 n LE UCITE DIPENDONO OLO DAI VALOI PECEDENTI DI E n. E NEL PAATO I ONO VEIFICATI OLO I DUE CAI PECEDENTI ( =, = ) E n ONO EMPE COMPLEMENTAI I MANTIENE L ULTIMO VALOE GAZIE ALLA EAZIONE POITIVA UINDI LA CONFIGUAZIONE =, = MANTIENE IN MEMOIA E n 2-Dec- - 8 iselnf2 - MZ Page 8 MZ 8

9 iselnf2 2/2/ CICUITI EUENZIALI FUNZIONAMENTO DEL FF - = = n # - n- #2 n LE UCITE DEI DUE NO ONO EMPE!!!!!!!! NON E PIU VEO CHE = not (n)!!!!!! LA CONFIGUAZIONE =, = CHE VIOLA LA COMPLEMENTAIETA DELLE DUE UCITE NON LA UEEMO MAI E LA CHIAMEEMO CONFIGUAZIONE VIETATA (TATO POIBITO) 2-Dec- - 9 iselnf2 - MZ Page 9 MZ 9

10 iselnf2 2/2/ CICUITI EUENZIALI FUNZIONAMENTO DEL FF - # n #2 n - n - CONCLUIONI: UN FLIP-FLOP E IN GADO DI FOZAE L UCITA A UNO, A ZEO OPPUE DI LACIALA INALTEATA (TATO DI MEMOIA); L UCITA n AUME IL VALOE COMPLEMENTATO DI. E UINDI IN GADO DI MEMOIZZAE UN BIT... MA... NON I DEVE MAI UAE LO TATO POIBITO (=,=) DEGLI INGEI!!!!!! 2-Dec- - iselnf2 - MZ Page MZ

11 iselnf2 2/2/ CICUITI EUENZIALI FUNZIONAMENTO DEL FF - # n #2 n - n - L INGEO I CHIAMA ET (E FOZA L UCITA A ); L INGEO I CHIAMA EET (E FOZA L UCITA A ) IL FLIP FLOP I CHIAMA ANCHE FLIP FLOP ET - EET 2-Dec- - iselnf2 - MZ Page MZ

12 iselnf2 2/2/ CICUITI EUENZIALI FUNZIONAMENTO DEL FF - APPLICHIAMO LE LEGGI DI DE MOGAN: # # #2 n #2 n # # 2-Dec- - 2 #2 n #2 n iselnf2 - MZ Page 2 MZ 2

13 iselnf2 2/2/ CICUITI EUENZIALI FUNZIONAMENTO DEL FF - # #2 n # n #2 2-Dec- - 3 iselnf2 - MZ Page 3 MZ 3

14 iselnf2 2/2/ CICUITI EUENZIALI FUNZIONAMENTO DEL FF - # n #2 n - n - UN FLIP FLOP I PUO FAE ANCHE CON POTE NAND; I EGNALI E ONO PEO ATTIVI BAI (= ). LA CONFIGUAZIONE DI MEMOIA E MENTE LA CONFIGUAZIONE POIBITA E 2-Dec- - 4 iselnf2 - MZ Page 4 MZ 4

15 iselnf2 2/2/ TEMPITICA DEL FF - # #2 n n ET EET POIBITO = n =!!!! 2-Dec- - 5 iselnf2 - MZ Page 5 MZ 5

16 iselnf2 2/2/ TEMPITICA DEL FF - IA IL ITADO DI # # E 2 IL ITADO DI #2 #2 n 2 n T2 T T3 T4 2-Dec- - 6 T = ; T2 = + 2 T3 =? T4 =? UALE E LA DUATA MINIMA DELL IMPULO U o? iselnf2 - MZ Page 6 MZ 6

17 iselnf2 2/2/ EEMPIO: CICUITO DEBOUNCING Val UANDO IL DEVIATOE COMMUTA, IL CONTATTO OCILLA PIU VOLTE DANDO OIGINE A TANIZIONI MULTIPLE Gnd A OUT A B B OUT Val IL FF- EVITA CHE L UCITA OUT COMMUTI PIU VOLTE 2-Dec- - 7 iselnf2 - MZ Page 7 MZ 7

18 iselnf2 2/2/ CICUITI AINCONI vs. INCONI IL FF- ENTE GLI INGEI IN UALIAI ITANTE ED E IN GADO DI COMMUTAE LE UCITE IN UALUNUE MOMENTO (CICUITO AINCONO) MOLTO PEO E PIU UTILE AVEE CICUITI DI MEMOIA CHE ENTANO GLI INGEI (E FACCIANO VAIAE LE UCITE) OLO IN CONCOMITANZA DI UN EGNALE DI INCONIZZAZIONE O CLOCK (CICUITO INCONO) EEMPIO DI FF- CON IL CLOCK: CLK 2-Dec- - 8 IL FF ENTE GLI INGEI OLO UANDO CLK = iselnf2 - MZ Page 8 MZ 8

19 iselnf2 2/2/ CICUITI INCONI - LATCH CLK CLK 2-Dec- - 9 IN EALTA IL FF- ENTE GLI INGEI PE TUTTO IL TEMPO IN CUI CLK = IL CICUITO I CHIAMA LATCH E FUNZIONA IN DUE MODI: CLK = L UCITA E LEGATA AGLI INGEI (TANPAENT MODE) CLK = L UCITA NON COMMUTA (LATCHED MODE) IL EGNALE CLK DI OLITO I CHIAMA LATCH ENABLE (LE) iselnf2 - MZ Page 9 MZ 9

20 iselnf2 2/2/ CICUITI INCONI MATE-LAVE MATE LAVE CLK 2-Dec- - 2 IL PIMO (MATE) E ATTIVO UANDO CLK =, MENTE IL ECONDO (LAVE) E IN MEMOIA UL FONTE DI DICEA DI CLK IL FF MATE PAA IN MEMOIA E LO LAVE DIVENTA TAPAENTE, POTANDO IN UCITA IL VALOE MEMOIZZATO IN UELL ITANTE UL MATE E UN FF DI TIPO NEGATIVE EDGE - TIGGEED iselnf2 - MZ Page 2 MZ 2

21 iselnf2 2/2/ CICUITI INCONI INCONIZZAZIONI DAL PUNTO DI VITA DELLA INCONIZZAZIONE EITONO TE TIPI DI FF: LATCH POITIVE-EDGE-TIGGEED NEGATIVE-EDGE-TIGGEED LE CK CK 2-Dec- - 2 LATCH L UCITA CAMBIA DUANTE LA FAE TAPAENTE (LE = ) ENIBILE AL FONTE L UCITA CAMBIA UL FONTE DEL CLOCK iselnf2 - MZ Page 2 MZ 2

22 iselnf2 2/2/ FLIP FLOP D FLIP FLOP D MATE LAVE D n CLK 2-Dec iselnf2 - MZ Page 22 MZ 22

23 iselnf2 2/2/ FLIP FLOP D IL FLIP FLOP D I OTTIENE COLLEGANDO L INGEO D AL ET E IL UO VALOE NEGATO AL EET. IN TAL MODO IL FF- LAVOA OLO CON DUE CONFIGUAZIONI DI INGEO CHE FOZANO L UCITA A UNO O A ZEO D CK n CK D n - / - n- 2-Dec iselnf2 - MZ Page 23 MZ 23

24 iselnf2 2/2/ FLIP FLOP D INGEI AINCONI PEO AL FF DI TIPO D I AGGIUNGONO DUE INGEI AINCONI PE POTE FOZAE L UCITA IN UALUNUE MOMENTO: ET EET FOZA = IN MODO AINCONO FOZA = IN MODO AINCONO D CK n NON I DEVE MAI FOZAE e CONTEMPOANEAMENTE!!!!!! 2-Dec iselnf2 - MZ Page 24 MZ 24

25 iselnf2 2/2/ FLIP FLOP JK IL FLIP FLOP JK HA DUE INGEI DI DATO (J, K) E PEMETTE DI FAE PIU OPEAZIONI ULL UCITA CK J K n J K _ n n- JK= FA COMPLEMENTAE L UCITA AD OGNI COLPO DI CLOCK _ n- 2-Dec iselnf2 - MZ Page 25 MZ 25

26 iselnf2 2/2/ EECIZIO: FLIP FLOP JK COME I PUO EALIZZAE UN FF- JK PATENDO DA UN FF-? J K n _ n- J CK K n n _ n- 2-Dec iselnf2 - MZ Page 26 MZ 26

27 iselnf2 2/2/ TEMPITICA DEL FLIP FLOP DATO UN FLIP FLOP (AD EEMPIO DI TIPO D) I DEFINICONO DIVEI ITADI TA GLI INGEI DI CLOCK E AINCONI E LE UCITE: CK ; CK n ; ; n ; ; n CK D n 2-Dec iselnf2 - MZ Page 27 MZ 27

28 iselnf2 2/2/ TEMPITICA DEL FLIP FLOP TEMPO DI ET-UP E HOLD DATO UN FLIP FLOP DI TIPO D I DICE CHE UL FONTE DI ALITA DEL CLOCK I CAMPIONA L INGEO D CHE VIENE MEMOIZZATO IN UCITA... MA COA UCCEDE E D CAMBIA POPIO UL FONTE DEL CLOCK? CK D n L UCITA NON VAIA COME PEVITO; PUO OCILLAE ANCHE PE LUNGO TEMPO!!!!!!! 2-Dec iselnf2 - MZ Page 28 MZ 28

29 iselnf2 2/2/ TEMPITICA DEL FLIP FLOP TEMPO DI ET-UP E HOLD IL CAMPIONAMENTO DEL DATO D E COME FAE UNA FOTO; E IL OGGETTO I MUOVE MENTE I CATTA LA FOTO IMANE MOA... COME PE LE FOTO E NECEAIO CHE D NON CAMBI DUANTE IL FONTE DEL CLOCK: Tsu = TEMPO (DI ET-UP ) PIMA DEL FONTE IN CUI D NON DEVE VAIAE Th = TEMPO (DI HOLD) DOPO IL FONTE IN CUI D NON DEVE VAIAE CK Tsu Th D 2-Dec iselnf2 - MZ Page 29 MZ 29