KombinaatiopiirielimetX/Y 1
2
EN 0
1
2
3 =1 MUX 0
1
0
1
2
3 0
3 G 0 G 0 3 1 0 1 2 3 DX
Kombinaatiopiirielimet
X/Y 1
2
EN 0
1
2
3 =1 MUX 0
1
0
1
2
3 0
3 G 0 G 0 3 1 0 1 2 3 DX
Johdanto
Tässä luvussa
esitetään keskeisiä kombinaatiopiirielimiä
ne ovat perusporttipiirejä monimutkaisempia kombinaatiopiirityyppejä
niillä voidaan toteuttaa käytännön digitaalilaitteissa usein tarvittavia kytkentäfunktioita
esitettävät kombinaatiopiirielimet ovat EHDOTON TAI -portti, dekooderi, tulovalitsin ja lähtövalitsin
kuvataan sovelluksia, joissa kyseisiä piirielimiä voidaan käyttää
esitetään, miten tulovalitsinta käytetään yleislogiikkapiirinä
Luvun tavoitteena on
saada yleiskäsitys käytännön digitaalilaitteissa käytettävistä kombinaatio-piirielimistä ja niiden toteuttamista funktioista
oppia toteuttamaan annettu kytkentäfunktio tulovalitsimella
EHDOTON TAI -funktio ja -portti (EXCLUSIVE OR)
?
1 XOR EHDOTON TAI -funktion
A B totuustaulu A B A B
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 0 =1 A
B F EHDOTON TAI -funktiolla on kaksi muuttujaa
EHDOTON TAI -funktio
saa arvon 1, kun täsmälleen yksi sen muuttuja saa arvon 1
saa arvon 0 aina muulloin
EHDOTON TAI -funktion operaattorin symboli on
Käytetään myös symbolia $ ja operaattoria XOR
Muuttujien A ja B EHDOTON TAI -funktio F
F = A B + A B = A B
EHDOTON TAI -portin piirrosmerkki
EHDOTON TAI -portteja on saatavilla standardipiireinä neljä porttia/paketti
EHDOTON TAI -funktion ominaisuuksia
XOR Lisä Teoreemoja
A 0 = A A 1 = A
A A = 0 A A = 1
A B = B A
A B = A B A B = A B
(A B) C = A (B C) = A B C
Useamman kuin kahden muuttujan funktio A B … N saa arvon 1, kun pariton määrä muuttujia saa arvon 1
Tätä funktiota nimitetään PARITON-funktioksi (ODD)
EHDOTON TAI -portin sovelluksia
INV F
0 A
1 A =1 A
INV F Toiminta INV Ohjattava invertteri
Digitaalinen yhtäsuuruuden vertailupiiri
Aritmeettiset piirit: summabitin muodostus
Pariteetin muodostus ja tarkastus PARITON-funktiolla
Virheentarkastus: CRC (Cyclic Redundancy Check) -polynomin muodostus ja tarkastus
Vaiheilmaisin: samantaajuisten digitaalisten signaalien vaihe-eron ilmaisu
XOR-synteesi: eräät piirit on yksinkertaisinta toteuttaa JA- ja EHDOTON TAI -porteilla
tätä hyödynnetään eräissä ohjelmoitavissa logiikkaverkkotyypeissä
Valesatunnaissignaalien generointi tietoliikennetekniikassa
Ekvivalenssifunktio ja -portti (EXCLUSIVE NOR)
XNOR Lisä Ekvivalenssifunktion
A B totuustaulu A B A B
0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 1 = A
B F Ekvivalenssifunktiolla eli SAMA-funktiolla on kaksi muuttujaa
Ekvivalenssifunktio
saa arvon 1, kun sen molemmilla muuttujilla on sama arvo
saa arvon 0 aina muulloin
Ekvivalenssifunktio on EHDOTON TAI -funktion komplementtifunktio
Muuttujien A ja B ekvivalenssifunktio F
F = A B + A B = A B
Ekvivalenssiportin piirrosmerkki
?
2 A1 0 0 1 1 A0 0 1 0 1 0 0 0 0 X X D1 0 1 0 0 D3 0 0 0 1 D2 0 0 1 0 D0 1 0 0 0 EN 0 0 0 0 1 Sallinta-
signaalin
arvo 1
pakottaa
kaikki lähdöt
arvoon 0 EN Esittele
dekooderi X/Y 1
2
EN 0
1
2
3 D0 D1 D2 D3 A1 A0 EN Käytännön dekooderipiireissä on yleensä sallintatulo
Sallintatulo on yleensä nollana aktiivinen
Sallintatulolla voidaan
sallia piirin normaali toiminta
pakottaa piirin lähdöt ei-aktiiviseen arvoon (0)
Sallintatulolla varustetun kahdesta neljään -dekooderin piirrosmerkki ja totuustaulu
Dekooderin sovelluksia ja dekooderityyppejä
2 4 -dekooderi 3 8 -dekooderi X/Y 1
2
EN 0
1
2
3 X/Y 1
2
4
EN 0
1
2
3
4
5
6
7 1 2 -dekooderi X/Y 1
EN 0
1 X/Y Yleisesti yhden aktivointi monesta vaihtoehdosta
Muistien osoitedekoodaus
muistipiirien sisällä
useita muistipiirejä käsittävissä muisteissa
Lamppujen ja näyttöjen ohjaus
yksi lamppu tai näytön numero kerrallaan palaa
Oheispiirien ja liitäntälaitteiden valinta käyttöön
piireissä kolmitilalähdöt
A1 0 0 1 1 A0 0 1 0 1 D3 0 0 0 1 0 3 1 2 1 Totuustaulu Piirrosmerkki 0 D0 1 X X X D1 0 1 X X D2 0 0 1 X HPRI/BIN PRI Lisä Edellä esitetyn kooderin toiminta ei ole määritelty, kun useat tulosignaalit saavat arvon 1
Prioriteettikooderissa (priority encoder) eniten merkitsevä ykkönen määrää lähtökoodin
Prioriteettikooderia käytetään mm. näppäimistön liitäntään digitaalilaitteeseen
Käytännössä saatavilla 8 3 - ja 10 4 -prioriteettikoodereita
Esimerkki: kaksibittinen prioriteettikooderi
Tulovalitsin eli multiplekseri
Toimintataulukko Piirrosmerkki Data-
lähtö Data-
tulot Y Valinta-
tulot S1 0 0 1 1 S0 0 1 0 1 Y D 0 D 1 D 2 D 3 MUX 0
1
0
1
2
3 G 0
—
3 S0
S1
D0
D1
D2
D3 MUX Yleinen
tarkennus-
merkki Tulovalitsin (multiplexer) vastaa moniasentoista valintakytkintä
Datalähtöön yhdistyy valinnan mukaan yksi datatuloista
Toiminta voidaan kuvata toimintataulukolla
Esimerkki: 4 1 tulovalitsin
Sallintatulolla varustettu tulovalitsin
?
3 Toimintataulukko Y EN 0 0 0 0 1 Sallinta-
tulo S1 0 0 1 1 X S0 0 1 0 1 X Y D0 D1 D2 D3 0 Piirrosmerkki MUX EN
0
1
0
1
2
3 G 0
—
3 EN
S0
S1
D0
D1
D2
D3 EN Esittele
tulovalitsin EN = 0 Y = D i
EN = 1 Y = 0
Käytännön tulovalitsimia
MUX Lisä Saatavilla on laaja valikoima tulovalitsimia, mm. seuraavat:
Tunnus Tyyppi Lähtö Määrä Sallintasignaali
74xx157 2 1 Ei-invertoiva 4/paketti Yhteinen kaikille
74xx158 2 1 Invertoiva 4/paketti Yhteinen kaikille
74xx153 4 1 Ei-invertoiva 2/paketti Kummallekin oma
74xx352 4 1 Invertoiva 2/paketti Kummallekin oma
74xx151 8 1 Inv. ja ei.inv. 1/paketti On
74xx150 16 1 Invertoiva 1/paketti On
Tulovalitsimen sovelluksia
MUX Kana- voitu signaali MUX G 0
—
31 Kanavan n:o 0 4 0 1 2 15 16 17 30 31 Puhe- kan. 1-15 ... Puhe- kan. 16-30 ... ... ... Esimerkki: puheen peruskanavointi digitaalisessa puhelinverkossa Ohj.-kan. Ohj.-kan. Kytkentäfunktion toteutus
kaksi erilaista toteutustapaa Yleisesti signaalin valinta useasta eri lähteestä
operandin valinta laskutoimituksissa
signaalin valinta yhteiseen dataväylään
Valintakriteeri voi olla esimerkiksi
tietyn ehdon toteutuminen
vakiokierto ajan mukaan
Kanavointi eli multipleksaus
useasta eri lähteestä tulevien signaalien yhdistäminen samaksi bittivirraksi
bitit säännönmukaisessa järjestyksessä
kunkin bitin kestoaika on sama
käyttö mm. tiedon siirtoon sarjamuodossa
Kytkentäfunktion toteutus tulovalitsimella, tapa 1
MUX N-valintatuloisella tulovalitsimella voidaan toteuttaa mielivaltainen N:n muuttujan funktio
Tulovalitsin on yleislogiikkapiiri
Kytkentä saadaan suoraan funktion totuustaulusta
Kytkentää on helppo muuttaa, jos funktiota halutaan muuttaa
Edullinen tapa, mikäli funktio on mutkikas eikä sievene
Muuttujat kytketään valintatuloihin
Datatuloihin kytketään funktiosta riippuen joko 0 tai 1
Tätä toteutustapaa käytetään yleisesti ohjelmoitavissa logiikkaverkoissa
Kytkentäfunktion toteutus tulovalitsimella, esimerkki 1
?
4 F Toteutus Totuustaulu MUX G 0
—
7 C MUX Huomaa
järjestys! B A 0 2 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 A B C F Kolmen muuttujan funktio
Tarvitaan 8 1 tulovalitsin
Esimerkki: F(A, B, C) = m(1, 2, 6, 7)
Kytkentäfunktion toteutus tulovalitsimella, tapa 2
MUX N-valintatuloisella tulovalitsimella voidaan toteuttaa mielivaltainen N+1:n muuttujan funktio
Kytkentä saadaan helposti funktion totuustaulusta
Kytkentää on suhteellisen helppo muuttaa, jos funktiota halutaan muuttaa
N muuttujaa kytketään valintatuloihin
Datatuloihin kytketään funktiosta riippuen joko 0, 1 tai N+1. muuttuja tai sen komplementti
Comments