Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων - ece.ucy.ac.cy · 1100 0110 0011 0001...

14
Καταχωρητές, Σύγχρονοι Μετρητές και ΗΜΥ ΗΜΥ21 211 Εργαστήριο Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Ψηφιακών Συστημάτων Καταχωρητές, Σύγχρονοι Μετρητές και Ακολουθιακά Κυκλώματα Πανεπιστήμιο Κύπρου Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Διδάσκoντες: Δρ. Γιώργος Ζάγγουλος και Δρ. Παναγιώτα Μ. Δημοσθένους

Transcript of Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων - ece.ucy.ac.cy · 1100 0110 0011 0001...

Page 1: Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων - ece.ucy.ac.cy · 1100 0110 0011 0001 0000 Rotate>>> Shift >>> ... Σε FSM με χρήση D F-Fs, οι είσοδοι

Καταχωρητές, Σύγχρονοι Μετρητές και

ΗΜΥΗΜΥ212111

Εργαστήριο Εργαστήριο Ψηφιακών ΣυστημάτωνΨηφιακών Συστημάτων

Καταχωρητές, Σύγχρονοι Μετρητές και Ακολουθιακά Κυκλώματα

Πανεπιστήμιο ΚύπρουΤμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών

Διδάσκoντες: Δρ. Γιώργος Ζάγγουλος και Δρ. Παναγιώτα Μ. Δημοσθένους

Page 2: Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων - ece.ucy.ac.cy · 1100 0110 0011 0001 0000 Rotate>>> Shift >>> ... Σε FSM με χρήση D F-Fs, οι είσοδοι

Ατζέντα

1. Στόχοι 11ου Εργαστηρίου

2. Οικουμενικός Καταχωτητής (74194)

3. Οικουμενικός καταχωρητής με D flip-flops

4. Σύγχρονοι Μετρητές – Ακολουθιακά Κυκλώματα4. Σύγχρονοι Μετρητές – Ακολουθιακά Κυκλώματα

5. Ανάλυση 6ης εργαστηριακής άσκησης

6. Σχεδιασμός 6ης άσκησης στο εργαστήριο

7. Παρουσίαση Τελικού Πρότζεκτ

Νοέμβριος 16 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Γ.Ζ. & Π.Δ. - 2

Page 3: Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων - ece.ucy.ac.cy · 1100 0110 0011 0001 0000 Rotate>>> Shift >>> ... Σε FSM με χρήση D F-Fs, οι είσοδοι

Στόχοι Εργαστηρίου

Με την ολοκλήρωση αυτού του εργαστηρίου, θα πρέπει ναείστε σε θέση:

1. Να υλοποιείτε σύγχρονους μετρητές και άλλα ακολουθιακάκυκλώματα χρησιμοποιώντας JK και D Flip-Flops.

2. Nα ορίζετε διαφορετικούς σχεδιασμούς ως Top-Level Entity, ναδημιουργείτε σύμβολα από δικούς σας σχεδιασμούς (αρχεία.bsf), και να είστε σε θέση να ρυθμίζετε σωστά τις σχετικές.bsf), και να είστε σε θέση να ρυθμίζετε σωστά τις σχετικέςπαραμέτρους στο Quartus II.

3. Να δημιουργείτε και να χρησιμοποιείτε σωστά τους διαύλους(data/address busses) και τις ονομασίες καλωδίων στοQuartus.

4. Να δημιουργείτε κατάλληλα αρχεία προσομοίωσης για έλεγχοτων καταχωρητών, μετρητών και γενικά των ακολουθιακώνκυκλωμάτων

Νοέμβριος 16 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Γ.Ζ. & Π.Δ. - 3

Page 4: Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων - ece.ucy.ac.cy · 1100 0110 0011 0001 0000 Rotate>>> Shift >>> ... Σε FSM με χρήση D F-Fs, οι είσοδοι

Οικουμενικός Καταχωρητής (shift register)

Δυνατότητες:1. Συγκράτηση

Δεδομένων 2. Αριστερή ολίσθηση

Σειριακές είσοδοι (για ολίσθηση)

Είσοδοι για παράλληλη

2. Αριστερή ολίσθηση3. Δεξιά ολίσθηση4. Παράλληλη φόρτωση

Δεδομένων

παράλληλη φόρτωση

MODEεπιλογή λειτουργίας

Νοέμβριος 16 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Γ.Ζ. & Π.Δ. - 4

Page 5: Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων - ece.ucy.ac.cy · 1100 0110 0011 0001 0000 Rotate>>> Shift >>> ... Σε FSM με χρήση D F-Fs, οι είσοδοι

Αποτελέσματα προσομοίωσης shift register

Επιλογές [S1 S0]:00: Συγκράτηση Δεδομένων01: Αριστερή ολίσθηση10: Δεξιά ολίσθηση11: Παράλληλη φόρτωση

Νοέμβριος 16 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Γ.Ζ. & Π.Δ. - 5

Page 6: Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων - ece.ucy.ac.cy · 1100 0110 0011 0001 0000 Rotate>>> Shift >>> ... Σε FSM με χρήση D F-Fs, οι είσοδοι

Οικουμενικός Καταχωρητής (4-bit) με πολυπλέκτες και D flip-flops [2x74153 & 2x7474]

Ποια η διαφορά μεταξύ των εντολών shift και rotate;

Νοέμβριος 16 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Γ.Ζ. & Π.Δ. - 6

Page 7: Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων - ece.ucy.ac.cy · 1100 0110 0011 0001 0000 Rotate>>> Shift >>> ... Σε FSM με χρήση D F-Fs, οι είσοδοι

Αποτελέσματα προσομοίωσης universal_register

Επιλογές [S1 S0]:00: Συγκράτηση Δεδομένων 01: Περιστροφή προς τα δεξιά11: Παράλληλη φόρτωση 10: Περιστροφή προς τα αριστερά

1100 0110 0011 1001 1100

1100 0110 0011 0001 0000

Rotate >>>

Shift >>>

Νοέμβριος 16 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Γ.Ζ. & Π.Δ. - 7

Page 8: Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων - ece.ucy.ac.cy · 1100 0110 0011 0001 0000 Rotate>>> Shift >>> ... Σε FSM με χρήση D F-Fs, οι είσοδοι

Σύγχρονος Μετρητής BCD

Clear (θετικής λογικής)

Clear (θετικής λογικής)

Modulo 2 (αρν. λογικής)ΜονάδεςModulo 5 (αρν. λογικής)

Modulo 2 (αρν. λογικής)ΔεκάδεςModulo 5 (αρν. λογικής)

Modulo 2 (αρν. λογικής)

Νοέμβριος 16 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Γ.Ζ. & Π.Δ. - 8

Page 9: Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων - ece.ucy.ac.cy · 1100 0110 0011 0001 0000 Rotate>>> Shift >>> ... Σε FSM με χρήση D F-Fs, οι είσοδοι

Σύγχρονοι Μετρητές – Ακολουθιακά Κυκλώματα

� Η παρούσα κατάσταση καθορίζεται από τις τιμές που «κρατούν» τα Flip-Flops

� H επόμενη κατάσταση του κάθε Flip-Flop καθορίζεται από το ίδιο το πρόβλημα ή τις αποφάσεις του σχεδιαστή.

� Η κάθε είσοδος των Flip-Flops απαιτεί μια συνάρτηση � Η κάθε είσοδος των Flip-Flops απαιτεί μια συνάρτηση (συνήθως συνδυαστική) η οποία καθορίζεται με βάση μόνο την παρούσα κατάσταση (Moore) ή και σε συνδυασμό με τις εισόδους του κυκλώματος (Mealy)

� Οι έξοδοι μπορεί να είναι οι ίδιες με την κατάσταση των Flip-Flops ή να είναι και αυτές το αποτέλεσμα

Νοέμβριος 16 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Γ.Ζ. & Π.Δ. - 9

Page 10: Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων - ece.ucy.ac.cy · 1100 0110 0011 0001 0000 Rotate>>> Shift >>> ... Σε FSM με χρήση D F-Fs, οι είσοδοι

Παράδειγμα Μετρητή 4 καταστάσεων

Παρούσα Κατ. Επόμενη Κατ. Είσοδοι F-Fs

Q1 Q0 Q1+ Q0+ D1 D0

0 0 0 1 0 1

0 1 1 0 1 0

1 0 1 1 1 1

1 1 0 0 0 0

�Σε FSM με χρήση D F-Fs, οι είσοδοι D είναι στην ουσία ίδιες με την επόμενη κατάσταση λόγω του χαρακτηριστικού πίνακα του D F-F.

� Για εξαγωγή των λογικών εξισώσεων D1 και D0, μπορούμε να επιλέξουμε τους ελαχιστόρους που δίνουν 1 στην αντίστοιχη είσοδο

των F-Fs.

D1 = Q1’Q0 + Q1Q0’ D0 = Q1’Q0 ’+ Q1Q0’

Νοέμβριος 16 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων

1 1 0 0 0 0

Γ.Ζ. & Π.Δ. - 10

Page 11: Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων - ece.ucy.ac.cy · 1100 0110 0011 0001 0000 Rotate>>> Shift >>> ... Σε FSM με χρήση D F-Fs, οι είσοδοι

Παράδειγμα Μετρητή 4 καταστάσεων

D1 = Q1’Q0 + Q1Q0’

D0 = Q1’Q0 ’+ Q1Q0’

Νοέμβριος 16 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων

Πως θα μπορούσατε να εμφανίζετε στην έξοδο του πιο πάνω κυκλώματος τους αριθμούς 0,3,6,8 αντί των αριθμών 0,1,2,3;

Γ.Ζ. & Π.Δ. - 11

Page 12: Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων - ece.ucy.ac.cy · 1100 0110 0011 0001 0000 Rotate>>> Shift >>> ... Σε FSM με χρήση D F-Fs, οι είσοδοι

Εργαστηριακή Άσκηση 6

� Σχεδιάστε έναν καταχωρητή 4-bit χρισημοποιώντας το ολοκληρωμένο 74194 (shift register) και στη συνέχεια επιβεβαιώστε την ορθή του λειτουργία με το αρχείο προσομοίωσης shift_register.vwf.

� Σχεδιάστε έναν καταχωρητή 4-bit χρισημοποιώντας τoολοκληρωμένo 74153 (2 πολυπλέκτες 4x1) και το 7474 (2 D F-Fs) με δυνατότητες συγκράτησης, περιστροφής (rotation) F-Fs) με δυνατότητες συγκράτησης, περιστροφής (rotation) και παράλληλης φόρτωσης. Επιβεβαιώστε την ορθή του λειτουργία με το αρχείο προσομοίωσης universal_register.vwf.

� Σχεδιάστε ένα μετρητή BCD 2 ψηφίων με D Flip-Flops και ελέγξτε την ορθή του λειτουργία δημιουργώντας δική σας προσομοίωση συνολικής διάρκειας 10μs.

Νοέμβριος 16 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Γ.Ζ. & Π.Δ. - 12

Page 13: Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων - ece.ucy.ac.cy · 1100 0110 0011 0001 0000 Rotate>>> Shift >>> ... Σε FSM με χρήση D F-Fs, οι είσοδοι

Μαθησιακά Αποτελέσματα

Με την ολοκλήρωση αυτού του εργαστηρίου θα πρέπει να μπορείτε να:

� Υλοποιείτε κυκλώματα καταχωρητών και σύγχρονων μετρητών.

� Ορίζετε διαφορετικούς σχεδιασμούς ως Top-Level Entity, να δημιουργείτε σύμβολα από δικούς σας σχεδιασμούς και να είστε σε θέση να ρυθμίζετε σωστά τις σχετικές παραμέτρους είστε σε θέση να ρυθμίζετε σωστά τις σχετικές παραμέτρους στο Quartus II.

� Σχεδιάζετε και να χρησιμοποιείτε τα ακολουθιακάκυκλώματα με JK και D Flip-Flops.

� Γνωρίζετε τις διαφορές μεταξύ μηχανών Moore και Mealy και να μπορείτε να τις σχεδιάσετε βάσει προκαθορισμένων προδιαγραφών.

Νοέμβριος 16 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Γ.Ζ. & Π.Δ. - 13

Page 14: Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων - ece.ucy.ac.cy · 1100 0110 0011 0001 0000 Rotate>>> Shift >>> ... Σε FSM με χρήση D F-Fs, οι είσοδοι

Σύστημα Ελέγχου Κεντρικής θέρμανσης στα κτίρια του Πανεπιστημίου Κύπρου

Νοέμβριος 16 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Γ.Ζ. & Π.Δ. - 14