Chương 3: Hệ tuần tự không đồng bộ

Chia sẻ: Cao Van Manh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:19

Thêm vào BST

Báo xấu

98
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Hệ tuần tự là hệ mà ngõ ra không chỉ phụ thuộc vào các ngõ vào mà còn phụ thuộc vào 1 số ngõ ra được hồi tiếp trở thành ngõ vào thông qua phần tử nhớ. Ngõ vào (INPUT) CỔNG LOGIC PHẦN TỬ NHỚ Ngõ ra (OUTPUT) Phần tử nhớ thường sử dụng là Flip_Flop. Hệ tuần tự được chia thành 2 loại: - Hệ tuần tự đồng bộ (Synchronous) - Hệ tuần tự bất đồng bộ (Asynchronous)

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Chương 3: Hệ tuần tự không đồng bộ

9/9/2011 Chương 3 Gi i thi u H TU N T KHÔNG NG B Phân lo i các m ch logic Mô hình h t h p 1
9/9/2011 Mô hình h tu n t Ch làm vi c • cho h tu n t không ng b ho t ng úng, ngư i ta ph i gi i h n nó làm vi c ch cơ b n (fundamental mode) ho c ch xung (pulse mode). • ch cơ b n, m i m t trong các tín hi u vào t ngoài ch có th thay i t i 1 th i i m t 0 sang 1 ho c t 1 sang 0, và m ch ph i trong i u ki n n nh (t t c các tín hi u trong m ch ph i n nh; nghĩa là chúng ph i t ư c giá tr xác l p) khi x y ra m t s thay i tín hi u vào. • ch xung – Thí d : xung dương thì m i xung dương, s thay i t 0 sang 1 và tr v 0 ư c t o ra b ng 1 tín hi u vào t bên ngoài, bi u th 1 s ki n nh thì. M ch ph i trong i u ki n n nh khi m i xung x y ra Ch cơ b n Ch xung c a h tu n t không ng b c a h tu n t không ng b • Chú ý: M ch ph i n nh trư c m i s ki n nh thì và m i l n ch có m t tín hi u vào t ngoài có Chú ý: M ch ph i n nh trư c m i s ki n th thay i t 0 sang 1 ho c t 1 sang 0 nh thì và m i l n ch có m t tín hi u vào t ngoài có th t o 1 xung dương 2
9/9/2011 M c tiêu • Thi t k h tu n t không ng b thì khó hơn h ng b do các v n nh thì. • V i h tu n t nh thì. ng b thì xung nh p ã gi i quy t v n 3.1 PHÂN TÍCH • V i h tu n t không ng b thì s ph i c n các k H TU N T KHÔNG NG B thu t thi t k c bi t kh các v n nh thì có t các trì hoãn không b ng nhau qua các ư ng d n khác nhau trong h . • ơn gi n hóa phân tích và thi t k , ta s gi s r ng các h tu n t không ng b c a ta làm vi c ch cơ b n. 3.1 PHÂN TÍCH H TU N T KHÔNG NG B 3.1.1 Phân tích h không ng b v i các 3.1.1 Phân tích h không ng flipflop SR 3.1.2 Phân tích h c ng không ng b b v i các flipflop SR 3.1.3 Các i u ki n ch y ua và l p vòng 3
9/9/2011 Thí d : ta s phân tích h hình sau b ng cách theo dõi các tín hi u dùng chu i vào Phân tích b ng b ng chuy n tr ng thái v i X1X2=00, 10, 11, 01, 11, 10, 00. Gi s các ngõ ra Q ban u c a flipflop là 0 (Q1Q2=00). chu i tr vào c th (1) • C t th nh t c a b ng 3.1 li t kê các giá tr hi n t i c a các bi n vào và các giá tr ra flipflop nh ng th i i m k ti p trong phân tích h b t u v i giá tr ban u (X1X2=00) và tr ng thái b t u (Q1Q2=00 ). • M i t h p các giá tr c a các ngõ vào m ch và các ngõ ra b nh (các ngõ ra flipflop trong trư ng h p này) s ư c g i là tr ng thái toàn ph n (total state) c a h • tránh nh m v i tr ng thái toàn ph n, ta s g i tr ng thái c a các flipflop là tr ng thái n i (internal state) Hình 3.5 H trì hoãn không ng b B ng 3.1 Phân tích c a hình 3.5 Phân tích b ng b ng chuy n tr ng thái v i chu i tr vào c th (2) • V i m i tr ng thái toàn ph n trong phân tích hình 3.5, các giá tr ra và các giá tr vào flipflop ư c tính toán R1=X1’X2’ S1=X1X2 dùng các phương trình: R2=X1’X2 S2=X1X2’ Z1=Q1Q2 + X1’(Q1 + Q2) Z2=Q1Q2’ + X2’ (Q1 + Q2’) • i v i tr ng thái toàn ph n cho trư c, tr ng thái n i k gi ng như tr ng thái n i hi n t i, s không x y ra thay i tr ng thái và ta nói r ng h tr ng thái toàn ph n n nh (stable total state) Chu i giá tr vào và ra (t b ng 3.1) là: X1X2=00, 10, 11, 01, 11, 10, 00 Q1Q2=01, 00, 10, 11, 01, 11, 10 trì hoãn không ng b 4
9/9/2011 Hình 3.6 B ng chuy n tr ng thái Phân tích b ng b ng chuy n tr ng thái • Trư c h t ta xây d ng b ng chuy n tr ng thái (transition c a hình 3.5 table) mà nó cho ta th y các tr ng thái k c a flipflop là hàm c a tr ng thái hi n t i và các giá tr vào. Ta có th t o b ng này như cách làm cho h ng b b ng cách ánh x các phương trình tr ng thái k cho h . V i hình 3.5, các phương trình tr ng thái k là: • . M i c t trong b ng này tương ng v i t h p c th các giá tr c a các bi n vào, ho c tương ng v i tr ng thái vào (input state). M i hàng tương ng v i phép gán c th các giá tr vào các bi n b nh , ho c tương ng v i tr ng thái n i hi n t i. M i ô trong b ng tương ng v i 1 tr ng thái toàn ph n, và giá tr trong ô ó là tr ng thái n i k cho tr ng thái ó Hình 3.7 Các b ng dòng (flow table) Hình 3.8 B ng dòng và b ng giá tr ra c a hình 3.5 cho hình 3.5 Chu i giá tr vào và ra là: (a) ánh nhãn theo tr ng thái n i (b) ánh nhãn theo tr ng thái toàn ph n X1X2=00, 10, 11, 01, 11, 10, 00 Q1Q2=01, 00, 10, 11, 01, 11, 10 5
9/9/2011 Hình 3.9 Gi n nh thì c a hình 3.5 3.1.2 Phân tích h c ng không ng b • d phân tích, ngư i ta t p trung t t c các trì hoãn liên h v i m i ư ng h i ti p vào m t h p ư c ánh nhãn “delay”. R i ta liên h m t bi n tr ng thái v i m i ngõ ra “delay”. N u m t th i i m cho trư c, ngõ vào “delay” là 0 (ho c 1), ngõ ra s là 0 (ho c 1) sau m t th i gian trì hoãn. T ó ngõ vào “delay” bi u di n tr ng thái k c a ngõ ra “delay” và trì hoãn v i ngõ ra Q1 có ngõ vào là Q1+. • Sau khi ã t các bi n tr ng thái, ta l p ư c b ng dòng. H ư c mô t b ng các phương trình sau: • Các phương trình này ư c i n trong các hình 3.10(b) và (d), và b ng dòng c a hình 3.10(c) ư c t o nên b ng cách thay th m i t h p các bi n tr ng thái b ng ký hi u tr ng thái. Các ngõ vào Hình 3.10 H không ng b khoanh tròn bi u di n các tr ng thái toàn ph n n nh. V i m t ư c xây d ng t c ng chu i vào b t kỳ cho trư c, các chu i tr ng thái và ngõ ra có th ư c xác nh t hình 3.10(b) ho c (c) và (d) 6
9/9/2011 Mô hình t ng quát c a h tu n t Cách ch n bi n tr ng thái không ng b Ch y ua không t i h n 3.1.3 Các i u ki n ch y ua và l p vòng (noncritical race) Hình 3.14 M ch và b ng chuy n tr ng thái v i ch y ua không t i h n và l p vòng 7
9/9/2011 Ch y ua t i h n (critical race) 3.2 THÀNH L P VÀ RÚT G N CÁC B NG DÒNG CƠ B N 3.2.1 Thành l p các b ng dòng cơ b n 3.2.2 Rút g n các b ng dòng cơ b n 3.2 THÀNH L P VÀ RÚT G N CÁC B NG DÒNG CƠ B N Cách thi t k cho h không ng b thì tương t v i cách thi t k cho các h ng b : 3.2.1 Thành l p – Xây d ng m t b ng tr ng thái (hay b ng dòng) t phát bi u v n /bài toán các b ng dòng cơ b n – Rút g n b ng có s hàng t i thi u, th c hi n gán tr ng thái (có th tăng thêm hàng) – Cài t b ng dùng các ph n t logic thích h p. Tuy nhiên chi ti t c a m i bư c hơi khác i v i các h không ng b . 8
9/9/2011 B ng dòng cơ b n Qui ư c l p b ng dòng cơ b n (primitive flow table) • Thông thư ng i m b t u t ng h p h không ng • tránh các v n nh thì mà có th phát sinh khi 2 b là l p b ng dòng cơ b n (primitive flow table) hay bi n vào thay i ng th i, ta s gi s r ng m i l n còn g i là b ng dòng sơ khai. ch có 1 bi n vào thay i và các thay i giá tr vào • B ng dòng cơ b n ư c nh nghĩa như b ng dòng mà có cách nhau h s luôn luôn t n tr ng thái toàn chính xác m t tr ng thái toàn ph n n nh trên m i hàng. ph n n nh gi a nh ng thay i (ho t ng ch • Ta có th rút g n b ng dòng cơ b n thành 1 b ng có ít cơ b n). hàng hơn. • Khi thành l p b ng dòng cơ b n, m i thay i giá • Tuy nhiên, b o m có ư c b ng có s hàng t i thi u tr vào ph i làm cho 1 thay i tr ng thái vì cho phép thì ph n l n ngư i ta b t u b ng b ng dòng cơ b n hơn ch 1 tr ng thái n nh trên 1 hàng c a b ng là c g ng xây d ng tr c ti p m t b ng ư c rút g n t dòng cơ b n mà thôi. u. Thí d 3.1 Thí d 3.1 M t h không ng b có 2 ngõ vào và 1 ngõ ra. Chu i B ng dòng cơ b n hoàn t t vào X1X2=00, 01, 11 làm cho ngõ ra tr thành 1. R i s thay i giá tr vào k ti p làm cho ngõ ra quay v 0. Không có chu i vào nào khác s t o ra 1 ngõ ra. Ghi chú: *: các tr ng thái này không th d n n giá tr ra 1 n u ban u không reset 9
9/9/2011 Gi n tr ng thái c a b ng dòng cơ b n TD 3.1 Thí d 3.2 Thí d này minh h a thi t k T flipflop v i xung nh p kích c nh hình 3.18(a). M c dù flipflop này ư c s d ng như 1 b ph n trong các h ng b , thi t k bên trong c a flipflop là v n không ng b . Flipflop có 2 ngõ vào T và P. Flipflop s i tr ng thái n u T=1 khi xung nh p P thay i t 1 sang 0. Dư i t t c các i u ki n vào khác, Q gi không i. Ta s gi s r ng T và P không thay i ng th i. S khác bi t v i gi n tr ng thái c a h tu n t ng b là gì? Thí d 3.2 Thí d 3.3 B ng dòng cơ b n c a T FF M t tín hi u xung nh p C ư c ch n cho qua b ng m t tín hi u S khác. M ng cho qua sao cho ph i có nh ng xung y xu t hi n ngõ ra Z ngay c khi S có th thay i gi a xung nh p. Hình sau ch gi n nh thì c a m ng s ư c thi t k . Ngay c khi có xung nh p, ây là v n không ng b b i vì ngõ vào S ư c cho phép thay i b t c lúc nào so v i xung nh p. Ta s gi s r ng S s luôn luôn ON (d n=‘1’) hay OFF (t t=‘0’) t i thi u 2 xung nh p y . 10
9/9/2011 Thí d 3.3 3.2.2 Rút g n các b ng dòng cơ b n Rút g n sơ b b ng dòng cơ b n Phương pháp rút g n b ng dòng cơ b n b ng cách kh các tr ng thái toàn ph n n nh th a Có 2 phương pháp rút g n b ng dòng cơ b n: • Ta có th tìm ư c b ng dòng cơ b n có s hàng t i thi u 1. Phương pháp th nh t c n 2 bư c–trư c h t tìm ra b ng b ng cách kh i các tr ng thái toàn ph n n nh th a. dòng cơ b n có s hàng t i thi u và r i b ng này ư c làm i u này, ta ph i tìm ra ư c các tr ng thái toàn ph n n rút g n hơn b ng cách tr n (hay gom) các hàng l i. nh tương ương. 2. Phương pháp th hai th c hi n s rút g n toàn ph n • Hai tr ng thái toàn ph n n nh ư c g i là tương ương n u trong 1 bư c b ng cách áp d ng phương pháp rút g n chúng có cùng s ngõ vào và các tr ng thái n i liên h là t ng quát cho các b ng tr ng thái không hoàn toàn ( c tương ương. Như v y 2 tr ng thái toàn ph n n nh ư c g i là tương ương n u thêm Introduction to Switching Theory n i dung Logic 1. các ngõ vào c a chúng gi ng nhau, Design, 3rd Edition c a Hill và Peterson, chương 13 và 2. có các ngõ ra gi ng nhau, và 14). 3. các tr ng thái k c a chúng tương ương v i m i giá Phương pháp th nh t thư ng th c hi n ít t n công hơn và tr vào có th có. s ư c bàn ây. 11
9/9/2011 B ng 3.7 B ng dòng cơ b n s ư c rút g n B ng 3.8 B ng dòng cơ b n ư c rút g n t b ng 3.7 X1X2 Các tr ng thái có kh năng tương ương 00 (2, 6, 8 ) 01 (5, 12) 11 (3, 10) 10 (4, 11) Sau khi xét ti p các tr ng thái cùng 1 dòng ta tìm ư c các tr ng thái tương ương còn l i là: (2, 8) (5, 12) (3, 10) (4, 11) Rút g n b ng dòng cơ b n b ng sơ b tr n (merger diagram) B ng 3.9 B ng dòng cơ b n Mealy • M i m t b ng dòng cơ b n có s hàng t i cho b ng 3.4 thi u ư c xét trên có th ư c rút g n thêm n a b ng cách tr n các hàng (hay g i là gom các hàng) • Các bư c ti n hành: 1. i b ng Moore thành b ng Mealy 2. V sơ b tr n (merger diagram) (hay còn ư c g i là b ng sơ gom hàng) 12
9/9/2011 Sơ tr n và b ng dòng rút g n t B ng dòng rút g n b ng 3.9 t b ng 3.8 B ng dòng rút g n t hình 3.18 Tóm t t: Rút g n b ng dòng cơ b n Ta có th rút g n b ng dòng cơ b n thành b ng Mealy có s hàng t i thi u dùng th t c sau: 1. Tìm ư c b ng dòng cơ b n rút g n b ng cách kh i các tr ng thái toàn ph n n nh th a. 2. Xây d ng b ng dòng Mealy t b ng dòng cơ b n rút g n tìm ư c bư c 1. 3. V sơ b tr n và dùng nó tr n nh ng hàng tương ương và có ư c b ng dòng rút g n có s hàng t i thi u. 13
9/9/2011 • Trong vi c ch n gán tr ng thái cho các h ng b , i tư ng chính là ơn gi n hóa m ch logic. • Tuy nhiên, i v i các h không ng b thì các i tư ng chính trong ch n gán tr ng thái là ngăn ng a các 3.3 GÁN TR NG THÁI VÀ CÀI ch y ua t i h n, và s ơn gi n hóa m ch logic tr T CÁC B NG DÒNG thành i tư ng th hai. • Sau khi ã th c hi n gán tr ng thái không có các ch y ua t i h n, thì ta có th cài t h không ng b dùng các c ng và các S-R flipflop ho c ch s d ng các c ng. Thí d Gán tr ng thái • Ta s hoàn t t thi t k cho thí d 3.1. B ng 3.10 cho b ng dòng rút g n c a b ng 3.9 v i các tr ng thái k ư c t tên theo các tr ng thái n i a, b, và c. Các giá tr ra cho các tr ng thái toàn ph n không n nh s ư c i n vào sau khi ã th c hi n gán tr ng thái. 14
9/9/2011 Hình 3.24(a) Cài t b ng c ng cho b ng 3.12 Hoàn t t b ng giá tr ra B ng 3.12 Phương pháp t t suy ra các Suy ra phương trình SR b ng phương trình ngõ vào c a SR FF phương pháp t t cho thí d 3.1 T b ng sau, ta th y là khi Qi=0, Si=Qi+; tương t khi Qi=1, Ri=(Qi+)’. 15
9/9/2011 Hình 3.24(b) Cài t b ng SR FF cho b ng 3.12 3.3.2 Gán tr ng thái cho các b ng 3 hàng và 4 hàng Hình 3.27 B ng 4 hàng t ng quát và Hình 3.28. (a) Gán tr ng thái v n năng cho b ng 4 hàng gi n chuy n tr ng thái. (b) B ng 4 hàng ư c m r ng 16
9/9/2011 Hình 3.30. B ng dòng v i các “don’t care” 3.3.3 Các phép gán tr ng thái có hàng chung (Shared-Row assignments) Hình 3.31 Các chuy n tr ng thái ư c li t kê trong b ng hình 3.31(b) hàm ý là các tr ng thái trong m i t p k c n sau ph i ư c t trong 1 chu i các ô k c n: C t 00: (a, c, e) (b, d) C t 01: (a, b) (c, d, f) C t 11: (b, c, f) (a, d, e) C t 10: (a, c, d) (e, f) 17
9/9/2011 Hình 3.33 B ng m r ng c a b ng hình 3.31(a) dùng phép gán hình 3.32(b) Hoàn t t b ng ra 3.3.4 Hoàn t t b ng ra 18
9/9/2011 Hoàn t t b ng ra (tt) Tóm t t th t c thi t k h tu n t không ng b 1. Cho trư c v n , xác nh quan h c n có gi a các bi n vào và ra. Suy ra b ng dòng cơ b n mà có m t tr ng thái toàn ph n n nh trên m i hàng, và xác nh giá tr ra có liên quan v i m i tr ng thái toàn ph n n nh. 2. Rút g n b ng dòng cơ b n có ư c s hàng t i thi u. Vi c này thư ng có th ư c th c hi n trong 2 bư c. Trư c h t xác nh các tr ng thái toàn ph n tương ương và tìm ra b ng dòng cơ b n có s hàng t i thi u. R i h p nh t (gom, tr n) các hàng trong b ng này tìm ra b ng rút g n cu i cùng. Sơ tr n có th h u ích trong vi c ch n các hàng s ư c h p nh t. 3. Tìm ra phép gán tr ng thái mà kh i t t c các ch y ua t i h n gi a các bi n tr ng thái. Trong quá trình này có th c n m r ng b ng dòng b ng cách thêm các hàng. 4. L p b ng chuy n tr ng thái b ng cách thay th các giá tr ư c gán các bi n tr ng thái cho m i tr ng thái trong 7. Tìm cài t không có hazard c a các hàm ra. b ng dòng m r ng. N u s d ng b ng giá tr ra Mealy, 8. N u có các hazard t t y u (essential hazard) trong i n vào các ch không xác nh thì c n tránh các quá b ng dòng, thì thêm các trì hoãn (delay) trong các nh t th i trong b ng giá tr ra. V các b ng tr ng thái k ư ng h i ti p ho c s a i c u trúc c ng kh i và các b ng giá tr ra t b ng chuy n tr ng thái. các hazard t t y u. 5. N u không s d ng các SR flipflop, tìm m t cài t 9. Ki m tra l i thi t k c a b n b ng cách ki m tra th c không có hazard cho m i hàm tr ng thái k dùng các nghi m ho c mô ph ng trên máy tính. c ng logic khã d ng. 6. N u không s d ng SR flipflop, v các b ng giá tr vào flipflop và tìm m t cài t không có các “hazard 0” cho m i S và R. (n u s d ng các SR flipflop c ng NAND, các ngõ vào flipflop là các bù c a S và R và ph i không có các hazard 1). 19