DigitaalelektroonikaVIII loeng

Registrid ja loendurid

4/27/2009 2

Meeldetuletus

� trigerid� RS triger� JK triger� D triger� T triger

4/27/2009 3

VIII loengu sisu

� Registrid� erinevad tüübid� kasutamine

� loendurid

4/27/2009 4

Trigerite realiseerimine loogikalülitustega

4/27/2009 5

Trigerite realiseerimine loogikalülitustega

� RTL RS triger

R

S

Q

Q

���

����

��� ��� �����

R S

QQ

4/27/2009 6

Trigerite realiseerimine loogikalülitustega

� KMOP RS triger

R

S

Q

Q

���

R

QS

Q

4/27/2009 7

Trigerite realiseerimine loogikalülitustega

� KMOP D triger

D Q

Q

���

DQ

���

Q

4/27/2009 8

Trigerite realiseerimine loogikalülitustega

� KMOP D triger alternatiiv

���

C

C

Q

Q

1

0

Q

Q

C

C

C

D

C

0

1

4/27/2009 9

Trigerite realiseerimine loogikalülitustega

� KMOP MS D triger

Q

Q

C

D

CC

C

CC

C

C

�

C

Q

Q

C

D

CC

C

CC

C

C

�

C

4/27/2009 10

Registrid

4/27/2009 11

Registrid

� N mäluelemendist koosnev lülitust� N = 4, 8, 12, 16 jne.� Mäluelemendina

kasutatakse D trigerit� Tüübid

� SISO� SIPO� PISO� PIPO

D

C

Q

Q

D triger

�� ��1

4/27/2009 12

Nihkeregister� nihkeregister, mis töötab jadakoodis� jadakood

� andmed saabuvad registrisse ükshaaval ühest registri otsast

� iga järgmine saabuv bitt (0 või 1) nihutab eelnevaid bitte ühe võrra edasi

� nihkeregistriteks on SISO, SIPO ja PISO

� rööpregister – andmed rööbiti (PIPO)

4/27/2009 13

PIPOPIPO – parallel input parallel output register

rööpregister

D

C

Q

Q

D

C

Q

Q

D

C

Q

Q

D

C

Q

QCLK

CLR

D0 D1 D2 D3

Q0 Q1 Q2 Q3

4/27/2009 14

4 bitine lukkregister

� iga takti korral toimub registrisse lugemine� väljundist loetakse signaal vaid lubava käsu korral

Q0 Q1 Q2 Q3

ENABLE

D

C

Q

Q

D

C

Q

Q

D

C

Q

Q

D

C

Q

QCLK

CLR

D0 D1 D2 D3

4/27/2009 15

SISOSISO – serial input serial output register

jadasisendiga ja ühe jadaväljundiga register

D

C

Q

Q

D

C

Q

Q

D

C

Q

Q

D

C

Q

QCLK

CLR

andmedsisse andmedvälja

algul register tühjendatakseandmed sisestatakse esimese trigeri kaudu ja iga taktiga nihkuvad andmed järgmistesse pesadesse (triger)andmete kätte saamiseks tuleb nad teisest otsast välja nihutada

selle käigus andmed kas hävinevad või säilivad

4/27/2009 16

SISO

� andmete lugemine ilma, et nad hävineksid� andmed loetakse registrisse, kui R/W on kõrges seisundis� andmed loetakse registrist, kui R/W on madalas seisundis

D3

CLK

D2D1D0väljund-andmed

sisend-andmed

R/W

4/27/2009 17

SIPOSIPO – serial input parallel output register

jadasisendiga ja paralleelse väljundiga register

D

C

Q

Q

D

C

Q

Q

D

C

Q

Q

D

C

Q

QCLK

CLR

Q0 Q1 Q2 Q3andmedsisse

andmete sisestamine sarnane SISO-gaandmete rööpselt kätte saamiseks kõigi trigerite väljundid oma viigugaka siin võib kasutada R/W signaali läbi NING lülituste andmete lugemiseks ja väljastamiseks

4/27/2009 18

PISOPISO – parallel input serial output register

paralleelse sisendiga ja jadaväljundiga register

D

C

Q

Q

D

C

Q

Q

D

C

Q

Q

D

C

Q

QCLK

CLR

D0 D1 D2 D3

andmedvälja

SHIFTREAD

1 1 1

Saab kasutada ka SISO nihkeregistrina

4/27/2009 19

Keerulisemad nihkeregistrid

� keerulisemad nihkeregistrid võimaldavad mitmeid funktsioone korraga� registri nullimine� andmete laadimine ja väljastamine rööpkoodis� andmete laadimine ja väljastamine jadakoodis� bittide seisu inverteerimine registri igas pesas� andmete nihutamine mõlemas suunas� võrrelda nihkeregistri sisu mingi teise registri sisuga� registri sisu ühe võrra suurendamine ja vähendamine� teostada teise registriga aritmeetilisi ja/või loogilisi tehteid� kasutada lisatrigereid (lippe) tulemuse seisundi

näitamiseks

4/27/2009 20

Näide keerulisemast registrist

D0 D1 D2 D3

D

C

Q

Q

D

C

Q

Q

D

C

Q

Q

D

C

Q

QCLK

CLR

Q0 Q1 Q2 Q3jadasisend

jadaväljund

PRESETENABLE

milliseid loetletud operatsioone saab teostada?

4/27/2009 21

Inverteeriv register� kasutatakse lisaks Q väljundile ka inverteerivat Q

väljundit� väljund läbi NING lülituse sisendisse � vajatakse vastavat käsubitti� võib ka Q väljundist läbi NING-EI

D

C

Q

Q

D

C

Q

Q

D

C

Q

Q

D

C

Q

QCLK

CLR

Q0 Q1Q2

INV

Q3

4/27/2009 22

Andmete nihutamine mõlemas suunas

� mõlemasuunaline nihkeregister, rööpregister� lisaks andmetele läbi dekoodri ka käsusõna

4/27/2009 23

Täiendavate bittide kasutamine

� täiendav bitt võib näidata, et tehte tulemus on� null� positiivne� negatiivne� toimus registri ületäitumine

� mikroprotsessorites nimetatakse lippudeks

4/27/2009 24

Nihkeregistrite kasutusalad

� lukkregistrid� jadavärat, rööpvärat (port)� dekoodrid� viitlülitus – väljund järgib sisendit teatud aja

möödudes� ringloendurid – registri väljund uuesti

sisendisse

4/27/2009 25

viitlülitus

� nihkeregister� 8 bitisesse registrisse sisestatud impulss väljub 8

taktimpulssi alguses, seega hilistumine 7 takti

�

C

Din

Dout

1 2 3 4 5 6 7 8

viiteaeg

4/27/2009 26

ringloendur

� täidetakse vaid üks bitt� ringleb järjest kõigis trigerites

ja viimasest uuesti algusesse� raiskab palju olekuid (4 vs. 16)� ei vaja dekoodrit

D

C

Q

Q

D

C

Q

Q

D

C

Q

Q

D

C

Q

QCLK

CLR

Q0 Q1 Q2 Q3

I bitt CLR korra 1 ülejäänud 0

0

1

0

0

Q2

0

0

1

0

Q1

002

1

0

0

Q3

03

01

10

Q0C

4/27/2009 27

Johnsoni loendur

� keeratud ringloendurid� sarnane ringloenduriga,

kuid inverteeriv väljund tagasi algusesse

� kasutusel rohkem olekuid (8 vs. 16)

11103

11114

01115

00116

0

0

0

0

Q2

0

1

0

0

Q1

102

1

0

0

Q3

07

11

00

Q0C

D

C

Q

Q

D

C

Q

Q

D

C

Q

Q

D

C

Q

QCLK

CLR

Q0 Q1 Q2 Q3

4/27/2009 28

Loendurid

4/27/2009 29

T triger

J

K

Q

QC

“1”

T

Q

Q

J

K

Q

QC

“T”

C

Q

Q

sünkroonne T triger

asünkroonne T triger

�

�

T

Q

�JK

�� ��1

C

Q

T

�

�

�

T Q

CT

Q

CLR

4/27/2009 30

Sagedusjagaja e. kahendloendur

� saab loendada kuni 2N-1 impulssi

:2 :2 :2 :2 :2 :2

LSB MSB

�

T

:2

:2

:2

:2

4/27/2009 31

BCD-loendur

� 4 kahendloenduse elementi� 10-s sisendimpulss (1010 e. 01012) nullib loendi

TQC

CLR

TQC

CLR

TQC

CLR

TQC

CLR

QA QBQC QD

4/27/2009 32

veel loendureid

� kasutusel on erineva arvuga sagedusjagajaid� 8, 10, 6, 24 jt

� väljundite ja nullimissisendite vahele loogikaelemendid, mis teatud väljundite kombinatsiooni korral nullivad kõik trigerid

� tagasiside trigerite Q väljundite ja sisendite vahel

kellad

4/27/2009 33

loenduri nullimine loogikaelementide abil5-ni loendav kahendloendur

�

T

:2

:2

:2

1 2 3 4 5

TQC

CLR

TQC

CLR

TQC

CLR

QA QB QC

1015

0014

0102

000

1

0

0

QB

103

101

000

QCQAT

4/27/2009 34

loenduri nullimine Q abilkuuega jagav sagedusjagur

�

T

a

b

c

1 2 3 4 5 6

Q

J

K

Q

QC

“1”

aJ

K

Q

QC

J

K

Q

QC

“1” “1”

b ctrigeril b on esimesed neli impulssi J = 1 ja ta töötab nagu T triger

4. impulsi järel J = 0 ja triger b nullitakse6. impulsi järel a trigeri Q = 0 ehk c trigeri C = 0 ja samas ka J = 0, seega ka c triger nullitakse

4/27/2009 35

sünkroonsed ja asünkroonsed loendurid

� vastavalt trigerite ümberlülitamisviisi järgi� asünkroonsed

� sünkroonsed

� kiirem, kallim, kapriissem

J

K

Q

QC

J

K

Q

QC

J

K

Q

QC

J

K

Q

QC

J=K=1

J

K

Q

QC

J

K

Q

QC

J

K

Q

QC

J

K

Q

QC

“1”

T

Dmin = N�DT

Dmin – minimaalne lülitusaeg

4/27/2009 36

sünkroonne loendur

� jadamisi ülekanne (series carry)

T0 QC

Q0

Q

T1 QC

Q

T2 QC

Q

T3 QC

Q

T4 QC

Q

Q1 Q2Q3 Q4

T0=1

T

T0=1 T1=Q0 T2=Q0Q1 T3=Q0Q1Q2 T4=Q0Q1Q2Q3

Dmin = DT + (N – 2)�DL

4/27/2009 37

sünkroonne loendur

� paralleelne ülekanne (parallel carry)

J

K

Q

QC

J

K

Q

QC

J

K

Q

QC

J

K

Q

QC

“1”

T

igas järgnevas trigeri sisendis summeeritakse eelnevate trigerite väljundid

Dmin = DT + DL

probleemidmida rohkem astmeid seda rohkem sisendeid vajasuur koormus esimeste trigerite väljunditelkui N ei ole kahe aste, siis läheb loogika palju keerulisemaks

4/27/2009 38

Üles-alla loenduridUp-down counter

T Q

Q

T Q

Q

T Q

Q

U/D

T

pulsside lugemiseks vastupidises suunas (teatud numbrist allapoole) tuleb kasutada inverteerivat väljundit

kontrollbitt ei tohi sisendimpulsside vahel seisundit vahetada kuna muidu loetakse lisapulss – seega kasutatakse sünkroonses režiimis

kontroll-lüliti

4/27/2009 39

Üles-alla loendur paralleelse ülekandega

Motorola 74LS192 16-loendur 40 MHz

4/27/2009 40

Programmeeritav taimer

lubava käsu korral loetakse algnäit sisseantud juhul tegemist sünkroniseerimata loenduriga

Q

Q

T Q

Q

T Q

Q

T Q

Q

T

D0 D1 D2 D3

4/27/2009 41

Programmeeritava timeri näide

Harris 82C54 programmeeritav timer: 3x 16-bitised loendurid

4/27/2009 42

Kasutusalad

� loendamine� N-ga jagamine� sageduse mõõtmine

� sagedus, aeg, teepikkus, kiirus

� sammumootori kontroller