Ψηφιακή σχεδίαση κεφαλαιο 3

PLH21-P_Kef03.pdf 466 KB

[Πρέπει να είστε εγγεγραμμένοι και συνδεδεμένοι για να δείτε αυτόν το σύνδεσμο.]

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΑΠΑΡΙΘΜΗΤΕΣ
ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΕΣ ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ ............................................................................................................ 3 ΕΝΟΤΗΤΑ 3.1. ΑΣΥΓΧΡΟΝΟΙ ΑΠΑΡΙΘΜΗΤΕΣ .................................................................................. 4
3.1.1. ΑΣΥΓΧΡΟΝΟΙ ∆ΥΑ∆ΙΚΟΙ ΑΠΑΡΙΘΜΗΤΕΣ ................................................................................ 4 3.1.2. ΑΣΥΓΧΡΟΝΟΙ ΜΗ-∆ΥΑ∆ΙΚΟΙ ΑΠΑΡΙΘΜΗΤΕΣ ........................................................................ 9
ΕΝΟΤΗΤΑ 3.2. ΣΥΓΧΡΟΝΟΙ ΑΠΑΡΙΘΜΗΤΕΣ ................................................................................... 12
3.2.1. ΣΥΓΧΡΟΝΟΙ ∆ΥΑ∆ΙΚΟΙ ΑΠΑΡΙΘΜΗΤΕΣ ................................................................................. 12 3.2.2. ΣΥΓΧΡΟΝΟΙ ΜΗ-∆ΥΑ∆ΙΚΟΙ ΑΠΑΡΙΘΜΗΤΕΣ ......................................................................... 14
ΕΝΟΤΗΤΑ 3.3. ∆ΙΑΙΡΕΤΕΣ ΣΥΧΝΟΤΗΤΑΣ ΠΑΛΜΩΝ..................................................................... 19
ΣΥΝΟΨΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ ........................................................................................................................... 24
ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ ......................................................................................................................................... 25
ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΑΣΚΗΣΕΩΝ ΑΥΤΟΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ ......................................................................... 26
ΑΠΟ∆ΟΣΗ ΑΓΓΛΙΚΩΝ ΟΡΩΝ ΣΤΗΝ ΕΛΛΗΝΙΚΗ.............................................................................. 31
1
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΑΠΑΡΙΘΜΗΤΕΣ
Στόχος:
Οι απαριθμητές είναι από τα περισσότερο χρησιμοποιούμενα ψηφιακά κυκλώματα. Η πιο γνωστή χρήση τους είναι αυτή της μέτρησης του χρόνου (ψηφιακά ρολόγια). Στόχος μας στο κεφάλαιο αυτό είναι η εξοικείωση με όλους τους τύπους των απαριθμητών και τους τρόπους χρήσης τους.
Προσδοκώμενα αποτελέσματα:
Με την ολοκλήρωση της μελέτης του κεφαλαίου, θα είστε σε θέση να:
• αναλύετε και σχεδιάζετε σύγχρονους και ασύγχρονους δυαδικούς απαριθμητές
• αναλύετε και σχεδιάζετε σύγχρονους και ασύγχρονους μη-δυαδικούς απαριθμητές
(οποιουδήποτε κύκλου απαρίθμησης Ν)
• σχεδιάζετε κυκλώματα υποβιβασμού συχνότητας παλμών
Λέξεις κλειδιά:
• Απαριθμητής
• Μετρητής
• Απαριθμητής κυματώσεως
• Απαριθμητής ριπής
• ∆ιαιρέτης συχνότητας παλμών
• Σύγχρονος ή παράλληλος απαριθμητής • Ασύγχρονος ή σειριακός απαριθμητής
2
ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΕΣ ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ
Οι απαριθμητές ή μετρητές (counters) είναι ακολουθιακά κυκλώματα αποτελούμενα από FFs και πύλες, που έχουν τη δυνατότητα απαρίθμησης παλμών (γεγονότων). Τέτοια κυκλώματα γνωρίσαμε στο προηγούμενο κεφάλαιο, όταν ασχοληθήκαμε με την ανάλυση και τη σχεδίαση σύγχρονων ακολουθιακών κυκλωμάτων. Εδώ, όμως, θα τα μελετήσουμε πιο συστηματικά.
Ένας απαριθμητής, ο οποίος τροφοδοτείται με κάποιους ωρολογιακούς παλμούς, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να μετράει αυτούς τους παλμούς. Εφόσον οι παλμοί εμφανίζονται σε τακτά χρονικά διαστήματα, ο απαριθμητής μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως όργανο για τη μέτρηση του χρόνου και κατά συνέπεια της περιόδου ή της συχνότητας. Υπάρχουν δύο βασικές κατηγορίες απαριθμητών: οι ασύγχρονοι και οι σύγχρονοι.
Θα δούμε ότι οι ασύγχρονοι απαριθμητές είναι πιο απλοί στη σχεδίασή τους και συνήθως απαιτείται ο ελάχιστος αριθμός πυλών για την κατασκευή τους. Παρουσιάζουν, όμως, πρόβλημα στη μέγιστη συχνότητα λειτουργίας που μπορούμε να πετύχουμε, επειδή το κάθε FF πυροδοτείται από την έξοδο του προηγουμένου του. Οι απαριθμητές αυτού του τύπου ονομάζονται ασύγχρονοι (asynchronous) ή σειριακοί (serial) ή κυματώσεως (ripple).
Η άλλη κατηγορία απαριθμητών είναι οι λεγόμενοι σύγχρονοι (synchronous) ή παράλληλοι (parallel). Όπως θα δούμε, σ' αυτούς όλα τα FFs πυροδοτούνται ταυτόχρονα, αφού ο ίδιος ωρολογιακός παλμός εφαρμόζεται σε καθένα από αυτά. Με τον τρόπο αυτό πετυχαίνουμε μεγαλύτερες ταχύτητες λειτουργίας, με τίμημα όμως το μεγαλύτερο αριθμό πυλών του κυκλώματος.
Στην πρώτη ενότητα του κεφαλαίου θα γνωρίσουμε τους ασύγχρονους απαριθμητές, τόσο τους δυαδικούς όσο και τους μη δυαδικούς. Στη δεύτερη ενότητα θα ασχοληθούμε με τους σύγχρονους απαριθμητές. Εκτός από τη γνωστή μέθοδο σχεδίασης αυτών, θα μάθουμε και μία νέα μέθοδο για τη σχεδίαση σύγχρονων κυκλωμάτων κανονικής απαρίθμησης. Τέλος, στην τρίτη ενότητα θα εξετάσουμε κυκλώματα για τον υποβιβασμό της συχνότητας ωρολογιακών παλμών.