ELEKTRONIKA
Układy cyfrowe
dr inż. Wiesław Pamuła
ELEKTRONIKA
Układ cyfrowy
Układ elektroniczny przetwarzający sygnały reprezentujące stany lub liczby.
Stan
zadana wartość wielkości opisującej obiekt lub proces
Liczby
zakodowane z użyciem ustalonego zestawu symboli wartości parametrów
opisujÄ…cych obiekt lub proces
Układ cyfrowy kombinacyjny
kombinacji sygnałów wejściowych odpowiada jedna kombinacja sygnałów
wyjściowych
Układ cyfrowy sekwencyjny
sygnały wyjściowe zależą od historii zmian sygnałów wejściowych
" synchroniczny
" asynchroniczny
2
ELEKTRONIKA
Reprezentacja liczb
Liczby reprezentowane są z użyciem dwóch symboli  0 i  1 oraz wybranego
systemu kodowania wartości
Binarny prosty
n
np.:10101000 ®ð 168
liczba =ð 2i
åðc
i
i=ð0
U2
liczbaU2 =ð 2n -ðliczba
n  liczba pozycji zapisu
używany do zapisu liczb ujemnych w systemach mikroprocesorowych
Szesnastkowy (heksadecymalny)
n
liczba =ð 16i
ci Îð (0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F)
åðc
i
i=ð0
ułatwia operacje na wielocyfrowych liczbach binarnych  każda tetradaa"cyfra
BCD
binarnie zakodowane cyfry dziesiętne
3
ELEKTRONIKA
Kodowanie sygnałów
Sposób przedstawienia treści niesionych przez sygnały. Układ zer i jedynek
przedstawiajÄ…cych komunikaty.
Kody znaków alfanumerycznych
telegraficzny, ASCII
Kody detekcyjne, korekcyjne
parzystość, Hamming, CRC
Kody sterujÄ…ce
kombinacja kodowa wskazuje na sposób wysterowania podzespołu,
siedmiosegmentowy, matrycowy
inne
pseudolosowe
4
ELEKTRONIKA
Algebra Boole a
struktura algebraiczna
Að =ð (+ð, ×ð , ~ , 0,1, S)
speÅ‚niajÄ…ca warunki dla a,b,c Îð S
a + b = b + a a · b = b · a przemienność
(a + b) + c = a + (b + c) (a · b) · c = a · (b · c) Å‚Ä…czność
a + (b · c) = (a + b) · (a + c) a · (b + c) = (a · b) + (a · c) rozdzielność
a + (a · b) = a a · (a + b) = a absorpcja
a + ~a = 1 a · ~a = 0 pochÅ‚anianie
tłumacząc na zależności sygnałowe w technice cyfrowej
 + suma logiczna,  · iloczyn logiczny,  ~ negacja
0,1 stany sygnałów logicznych
funkcje logiczne  opis relacji między sygnałami
5
ELEKTRONIKA
Realizacja funkcji logicznych
tablica stanów
a b wy
0 0 0
0 1 1
1 0 1
wy =ð ab +ð ab
1 1 0
tablica Karnaugha
ab
00 01 11 10
cd
00 1 0 0 1
wy =ð abcd +ð abcd +ð abcd +ð abcd +ð abcd +ð abcd
01 1 0 0 1
wy =ð bc +ð acd
11 0 0 0 0
10 1 1 0 0
6
ELEKTRONIKA
Bramki logiczne - funktory logiczne
I iloczyn logiczny (AND)
a b wy
0 0 0
a
wy
0 1 0
b
1 0 0
1 1 1
LUB suma logiczna (OR)
.
a b wy
0 0 0
a
0 1 1
wy
b
1 0 1
1 1 1
7
ELEKTRONIKA
Bramki logiczne
NIE negacja (NOT)
a wy
a wy
0 1
1 0
negacja iloczynu (NAND)
a b wy
a
0 0 1
wy
0 1 1
b
1 0 1
1 1 0
negacja sumy (NOR)
a b wy
a
0 0 1
wy
0 1 0
b
1 0 0
8
1 1 0
ELEKTRONIKA
Bramki logiczne
Tablice stanów
XOR różnica symetryczna, alternatywa rozłączna, albo
a b wy
0 0 0
0 1 1
1 0 1
wy =ð ab +ð ab
1 1 0
a
wy
b
9
ELEKTRONIKA
Rodziny układów logicznych
charakteryzujÄ… siÄ™:
" napięciem zasilania,
" wartościami sygnałów odpowiadającymi  0 i  1 (margines zakłóceń),
" prędkością działania,
 czas przełączania,
 częstotliwośc taktowania,
" obciążalnością
" poborem energii.
TTL seria 74
bipolarne, 5V, duży zakres prędkości działania, mała obciążaność, duży
pobór energii
CMOS seria 4000
polowe, 0,8V  15V (3,3V), duży zakres prędkości działania, pobór energii
zależny od częstości zmian sygnałów
inne
RTL, DTL, ECL
10
ELEKTRONIKA
Układy kombinacyjne
koder
układ zamieniający kombinacje sygnałów wejściowych na słowa kodowe
dekoder
układ odtwarzający sygnały na podstawie słów kodowych
multiplekser
przełącznik sygnałów z wielu z
ródeł na jedno wyjście
demultiplekser
rozdzielacz sygnału na wiele wyść
sumator
układ realizujący funkcje dodawania w zadanym kodzie
11
ELEKTRONIKA
Układy sekwencyjne
Przerzutniki RS
S R Qn
0 0 Qn-1
0 1 0
1 0 1
1 1 0
12
ELEKTRONIKA
Układy sekwencyjne
Przerzutnik D
D Qn
0 0
1 1
Przerzutnik JK
J K Qn
0 0 Qn-1
0 1 0
1 0 1
1 1 Qn-1
13
ELEKTRONIKA
Układy sekwencyjne
Przerzutnik T
T Qn
0 Qn-1
1 Qn-1
14
ELEKTRONIKA
Układy sekwencyjne
Rejestry równoległe
15
ELEKTRONIKA
Układy sekwencyjne
Liczniki asynchnoniczne
 skrócony licznik
16
ELEKTRONIKA
Układy sekwencyjne
Liczniki synchroniczne
" z przeniesieniami równoległymi
" z przeniesieniami szeregowymi
17
ELEKTRONIKA
Układy CPLD
complex programmable logic device
Zawierają od kilkudziesięciu do kilkuset makrokomórek logicznych
łączonych za pomocą matrycy połączeniowej.
makrokomórka logiczna
18
ELEKTRONIKA
Układy FPGA
Field Programmable Gate Arrays
zasoby układu FPGA
podwójne CLB
19