Rozdíly

Zde můžete vidět rozdíly mezi vybranou verzí a aktuální verzí dané stránky.

--- temata:03-sekvencni_obvody:main [2011/03/15 19:25]
vagabund [Princip činnosti]
+++ temata:03-sekvencni_obvody:main [2016/06/03 13:01] (aktuální)
xpavel27 [FSM - finite state machine]
@@ Řádek 5: / Řádek 5: @@
 ===== Struktura =====
+<box round blue 70%>
 Skládají se ze dvou částí – **kombinační** a **paměťové**.
@@ Řádek 15: / Řádek 16: @@
 Existence vnitřních proměnných způsobuje, že stejné hodnoty vstupních proměnných přivedené na vstup obvodu, nevyvolávají vždy stejnou odezvu na výstupu obvodu.
+</box>
 ==== Kombinační část ====
+<box round blue 90%>
 Existují dva přístupy k návrhu sekvenčních obvodů:
 __Mealyho typ__ – hodnota výstupní proměnné je závislá jak na hodnotách vstupních proměnných, tak na vnitřních proměnných.
@@ Řádek 34: / Řádek 36: @@
 __Úrovňové__ – sekvenční obvod sleduje hodnoty vstupních proměnných a tím i jejich změny po celou dobu trvání hodinového signálu a průběžně na ně reaguje
 __Hranové__ – sekvenční obvod reaguje na hodnoty vstupních proměnných jen při příchodu hrany hodinového signálu (náběžná nebo sestupná hrana).
+</box>
 ==== Paměťová část ====
+<box round blue 90%>
 Tvořena kombinačním obvodem, ve kterém byla zavedena zpětná vazba. Tomuto zapojení říkáme bistabilní klopný obvod. Jeho úkolem je převzít informaci přivedenou na vstup obvodu a uchovat tuto hodnotu, i když vstupní informace již zmizí.
+</box>
 ===== Klopné obvody =====
+<box round blue 90%>
 jednoduché sekvenční obvody se dvěma stavy. Slouží jako základní stavební prvky složitějších
-sekvenčních sítí.
+sekvenčních sítí.\\
+\\
-==== Asynchronní (Latch) ====
+** Asynchronní (Latch) **
   * 1. vstupní budicí (excitační) signály přímo ovlivňují (řídí) stav KO
   * 2. s povolovacími vstupy (hladina, Gated) – vstupní budicí (excitační) signály ovlivňují (řídí) stav KO jen když je povolovací vstup aktivní
-==== Synchronní (Flip-Flop) ====
+** Synchronní (Flip-Flop) **
   * 1. mají hodinové vstupy –synchronizace činnosti, obvod mění svoje výstupy pouze pokud je aktivní hodinový signál (když se mění – puls, hrana)
   * 2. vstupní budicí (excitační) signály ovlivňují (řídí) stav KO pouze v případě aktivního hodinového signálu. Hodinový signál může být aktivní jako puls nebo hrana (nástupná, sestupná) – derivační
   * 3. jednofázové, dvoufázové (Master-Slave)
+</box>
 ==== Princip činnosti ====
-Zavedením zpětné vazby v kombinační log. síti lze dosáhnout paměťového jevu.
+<box round blue 90%>
+Zavedením zpětné vazby v kombinační log. síti lze dosáhnout paměťového jevu.\\
+\\
 **Bistabilní KO**
@@ Řádek 68: / Řádek 75: @@
 [[temata:01-polovodice:main#realizace_logickych_clenu_nand_a_nor_v_technologii_cmos|Vysvětlení NAND,NOR]]
+</box>
 ==== Popis výkladu ====
 <note tip>
-Každý KO obsahuje obrázek schématu (struktury), pravdivostní tabulku a časové schéma. Pokud vám nebude jasné, jak daný KO (schéma) funguje, vyzkoušejte si jednotlivé vstupy (pravdivostní tabulka) a podívej se, jak se jednotlivé hodnoty mění v závislosti na čase (časové schéma)
+Každý KO obsahuje obrázek schématu (struktury), pravdivostní tabulku a časové schéma. Pokud vám nebude jasné, jak daný KO (schéma) funguje, vyzkoušejte si jednotlivé vstupy (pravdivostní tabulka) a podívej se, jak se jednotlivé hodnoty mění v závislosti na čase (časové schéma)\\
+\\
+Hladinový KO reaguje na úroveň, derivační reaguje na hranu. Dvoufázový má stejnou funkčnost jako derivační (uloží hodnotu jen při změně úrovňe).
 </note>
 ==== R-S KO ====
-=== R-S KO (NOR) - hladinový ===
+<box round red 90%>
+Slouží pro uchování hodnoty (0 nebo 1). Nevýhodou je, pokud jsou R i S rovny 1 => neznámý stav.
+</box>
-{{:temata:03-sekvencni_obvody:rsko.jpg}}
+=== R-S KO (NAND) - hladinový ===
+<box round red 90%>
+**Struktura zapojení**\\
+{{:temata:03-sekvencni_obvody:34-sr-latch-nand.png?300}}
+\\
+**Pravdivostní tabulka**\\
 {{:temata:03-sekvencni_obvody:rsttrue.jpg}}
+\\
+**Časový diagram**\\
 {{:temata:03-sekvencni_obvody:rstime.jpg}}
+</box>
-=== R-S KO (NAND) - hladinový ===
-{{:temata:03-sekvencni_obvody:rsnand.jpg}}
 === R-S KO - hladinový s povolovacím vstupem ===
-{{:temata:03-sekvencni_obvody:rscenor.jpg}}
+<box round red 90%>
+**Zapojení pomocí NAND**\\
 {{:temata:03-sekvencni_obvody:rscenand.jpg}}
+</box>
 === R-S KO - dvoufázový ===
+<note tip>Ke změně hodnoty může dojít jen při změně hrany hodinového signálu. Na masteru se mění libovolně podle stavu R,S. Do slave se ale nahraje hodnota jen při změně CLK => Hodinami řízený R-S KO.</note>
+<box round red 90%>
+**Struktura zapojení**\\
 {{:temata:03-sekvencni_obvody:rstwophase.jpg}}
+\\
+**Pravdivostní tabulka**\\
 {{:temata:03-sekvencni_obvody:rstwophasetrue.jpg}}
+\\
+**Časový diagram**\\
 {{:temata:03-sekvencni_obvody:rstwophasetime.jpg}}
+</box>
 === R-S KO - derivační ===
+<box round red 90%>
+**Struktura zapojení**\\
 {{:temata:03-sekvencni_obvody:rsder.jpg}}
+\\
+**Pravdivostní tabulka**\\
 {{:temata:03-sekvencni_obvody:rsdertrue.jpg}}
+\\
+**Časový diagram**\\
 {{:temata:03-sekvencni_obvody:rsdertime.jpg}}
+</box>
 ==== D KO ====
+<box round red 90%>
+R-S KO, jehož S je napojen na D, R na ~D, čímž zabráníme stavu 1,1 na R,S. Použit pro ukládání 1 bitu.
+</box>
 === D KO - hladinový s povolovacím vstupem ===
+<box round red 90%>
+**Struktura pomocí NAND**\\
 {{:temata:03-sekvencni_obvody:dkonand.jpg}}
+\\
+**Struktura pomocí NOR**\\
 {{:temata:03-sekvencni_obvody:dkonor.jpg}}
+</box>
 === D KO - dvoufázový ===
+<box round red 90%>
+**Struktura zapojení**\\
 {{:temata:03-sekvencni_obvody:dtwophase.jpg}}
+\\
+**Pravdivostní tabulka**\\
 {{:temata:03-sekvencni_obvody:dtwophasetrue.jpg}}
+</box>
 === D KO - derivační ===
+<box round red 90%>
+**Struktura zapojení**\\
 {{:temata:03-sekvencni_obvody:dder.jpg}}
+</box>
 ==== JK KO ====
+<box round red 90%>
+Řeší problém, kdy na S a R je 1. Opět pro uložení hodnot.
+</box>
 === JK KO - dvoufázový ===
+<box round red 90%>
+**Značka**\\
 {{:temata:03-sekvencni_obvody:jk.jpg}}
+\\
+**Schema zapojení**\\
 {{:temata:03-sekvencni_obvody:jkschema.jpg}}
+\\
+**Pravdivostní tabulka**\\
 {{:temata:03-sekvencni_obvody:jktrue.jpg}}
+\\
+**Časový diagram**\\
 {{:temata:03-sekvencni_obvody:jktime.jpg}}
+</box>
 === JK KO - derivační ===
+<box round red 90%>
+**Zapojení**\\
 {{:temata:03-sekvencni_obvody:jkder.jpg}}
+\\
+**Časový diagram**\\
 {{:temata:03-sekvencni_obvody:jkdertime.jpg}}
+</box>
 ==== T KO ====
+<box round red 90%>
+KO, který mění svou hodnotu při každé hraně hodinového signálu
+</box>
 === T KO - derivační ===
+<box round red 90%>
+**Značka**\\
 {{:temata:03-sekvencni_obvody:tko.jpg}}
+\\
+**Pravdivostní tabulka**\\
 {{:temata:03-sekvencni_obvody:tkotrue.jpg}}
+\\
+**Časový diagram**\\
 {{:temata:03-sekvencni_obvody:tkotime.jpg}}
+</box>
 ===== Čítače =====
+<note tip>
+Asynchronous (ripple) counter – changing state bits are used as clocks to subsequent state flip-flops
+Synchronous counter – all state bits change under control of a single clock
+</note>
 ==== Asynchronní ====
-**Tříbitový binární asynchronní čítač**
+**Tříbitový binární asynchronní čítač**\\
+\\
+<box round blue 90%>
 {{:temata:03-sekvencni_obvody:counter3.jpg}}
 {{:temata:03-sekvencni_obvody:counter3time.jpg}}
+</box>
-**čítač asynchronní (modulo 10)**
+**čítač asynchronní (modulo 10)**\\
+\\
+<box round blue 90%>
 {{:temata:03-sekvencni_obvody:countermod10.jpg}}
 {{:temata:03-sekvencni_obvody:countermod10time.jpg}}
+</box>
-**čítač asynchronní (modulo 12)**
+**čítač asynchronní (modulo 12)**\\
+\\
+<box round blue 90%>
 {{:temata:03-sekvencni_obvody:countermod12.jpg}}
 {{:temata:03-sekvencni_obvody:countermod12time.jpg}}
+</box>
-**Čtyřbitový binární asynchronní čítač**
+**Čtyřbitový binární asynchronní čítač**\\
+\\
+<box round blue 90%>
 {{:temata:03-sekvencni_obvody:counter4.jpg}}
+</box>
 ==== Synchronní ====
@@ Řádek 189: / Řádek 282: @@
 ==== paralelní ====
+<box round blue 90%>
 {{:temata:03-sekvencni_obvody:regpar.jpg}}
+</box>
 ==== posuvné ====
+<box round blue 90%>
+{{:temata:03-sekvencni_obvody:regroll.jpg?700}}
+</box>
+===== Sekvenční automaty =====
+<box round green 90%|**Definice**>
+Sekvenční automat je šestice:
+<m>A=(X,Y,Q,q_0,P,V)</m>\\
+<m>X</m> ... vstupní abeceda (množina hodnot vstupního vektoru)\\
+<m>Y</m> ... výstupní abeceda (množina hodnot výstupního vektoru)\\
+<m>Q</m> ... vnitřní abeceda (množina hodnot vektoru vnitřního stavu)\\
+<m>q_0 \in Q</m> ... počáteční stav\\
+<m>P</m> ... přechodová funkce, přiřazuje některým dvojicím z <m>X*Q</m> přiřazuje prvek z Q, <m>q_{i+1}=P(x_i,q_i)</m>\\
+<m>V</m> ... výstupní funkce, která některým dvojicím z <m>X*Q</m> přiřazuje prvek z Y; rozlišujeme Mealyho a Moorův výstup\\
+**Mealyho automat**\\
+<m>y_i = V(x_i, q_i)</m>\\
+výstup je funkcí jak stavu, tak i vstupu
+**Moorův automat**\\
+<m>y_i = V(q_i)</m>\\
+výstup je funkcí stavu
+</box>
+==== FSM - finite state machine ====
+<box round blue 90%>
+{{:temata:03-sekvencni_obvody:sekv_init.jpg?300}}
+**Kombinační síť**\\
+\\
+Na základě současného stavu a hodnoty vstupů generuje (binární) kód následujícího stavu automatu (Next State)
+**Pameť**\\
+  * registr - sestaven z klopných obvodů s dynamickým řízením hodinovým signálem (CLK)
+  * pamatuje si (binární) kód současného stavu automatu (Present State)
+  * musí být inicializována – uvedena do výchozího stavu - asynchronní/synchronní reset
+**Výstupy**\\
+  * Mealy
+  * Moore
+  * kombinované Mealy/Moore
+</box>
+<box round blue 90%>
+**Mealyho automat**\\
+{{:temata:03-sekvencni_obvody:meally.jpg?600}}
+\\
+**Moorův automat**\\
+{{:temata:03-sekvencni_obvody:moore.jpg?600}}
+\\
+**Mealyho/Moorův automat**\\
+{{:temata:03-sekvencni_obvody:meallymoore.jpg?600}}
+</box>
+=== Přehled KO ====
+<box round blue 90%>
+^ <m>S</m> ^ <m>R</m> ^ <m>Q_t</m> ^ <m>Q_{t+1}</m> ^
+| 0 | 0 | 0 | 0 |
+| 0 | 0 | 1 | 1 |
+| 0 | 1 | 0 | 0 |
+| 0 | 1 | 1 | 0 |
+| 1 | 0 | 0 | 1 |
+| 1 | 0 | 1 | 1 |
+| 1 | 1 | 0 | x |
+| 1 | 1 | 1 | x |
+{{:temata:03-sekvencni_obvody:rsdiagram.jpg?200}}
+^ <m>J</m> ^ <m>K</m> ^ <m>Q_{t+1}</m> ^
+| 0 | 0 | <m>Q_{t+1}</m> |
+| 0 | 1 | 0 |
+| 1 | 0 | 1 |
+| 1 | 1 | <m>~Q_{t+1}</m> |
+{{:temata:03-sekvencni_obvody:jkdiagram.jpg?200}}
+^ <m>D</m> ^ <m>Q_t</m> ^ <m>Q_{t+1}</m> ^
+| 0 | 0 | 0 |
+| 0 | 1 | 0 |
+| 1 | 0 | 1 |
+| 1 | 1 | 1 |
+{{:temata:03-sekvencni_obvody:ddiagram.jpg?200}}
+^ <m>T</m> ^ <m>Q_t</m> ^ <m>Q_{t+1}</m> ^
+| 0 | 0 | 0 |
+| 0 | 1 | 1 |
+| 1 | 0 | 1 |
+| 1 | 1 | 0 |
+{{:temata:03-sekvencni_obvody:tdiagram.jpg?200}}
+</box>
+=== Tabulka přechodů ===
+<box round blue 90%>
+^ <m>Q_t</m> ^ <m>Q_{t+1}</m> ^  ^ <m>S</m> ^ <m>R</m> ^ <m>J</m> ^ <m>K</m> ^ <m>D</m> ^ <m>T</m> ^
+| 0 | 0 ^ | 0 | X | 0 | X | 0 | 0 |
+| 0 | 1 ^ | 1 | 0 | 1 | X | 1 | 1 |
+| 1 | 0 ^ | 0 | 1 | X | 1 | 0 | 1 |
+| 1 | 1 ^ | X | 0 | X | 0 | 1 | 0 |
+</box>
+=== Příklad ===
+<box round blue 90%>
+Mějme navrhnout řídicí obvod (automat) robota, který bude fungovat následovně:
+**robot má dvě kolečka a umí se otáčet vlevo a vpravo**:
+  * z1=1...zatoč vlevo
+  * z2=1...zatoč vpravo
+  * z1=0 a z2=0...robot jede dopředu
+**robot má vpředu dotekový senzor, který generuje signál x následovně**:
+  * x=1...detekována překážka
+  * x=0...žádná překážka není detekována
+**robot má na střeše majáček**
+  * m=1...svítí, pokud robot jede
+  * m=0...nesvítí, pokud robot zatáčí vlevo či vpravo
+**„inteligentní“ chování robota – stavy řídícího automatu**
+  * A...překážka není detekována, poslední zatočení bylo vlevo
+  * B...překážka detekována, zatoč vpravo
+  * C...překážka není detekována, poslední zatočení bylo vpravo
+  * D...překážka detekována, zatoč vlevo
+^ otáčení ^ z1=1 | zatoč vlevo |
+^         ^ z2=1 | zatoč vpravo |
+^         ^ z1=0 a z2=0 | robot jede dopředu |
+^ senzor ^ x=1 | detekována překážka |
+^        ^ x=0 | žádná překážka není detekována |
+^ majáček ^ m=1 | svítí, pokud robot jede |
+^         ^ m=0 | nesvítí, pokud robot zatáčí vlevo či vpravo |
+^ stavy řídícího automatu ^ A | překážka není detekována, poslední zatočení bylo vlevo |
+^                         ^ B | překážka detekována, zatoč vpravo |
+^                         ^ C | překážka není detekována, poslední zatočení bylo vpravo |
+^                         ^ D | překážka detekována, zatoč vlevo |
+**definice výstupů**
+  * robot začne zatáčet ihned, jakmile detekuje překážku a po celou dobu její přítomnosti => z1 a z2 jsou Mealyho výstupy, neboť jsou funkcí stavů a vstupu x
+  * majáček svítí jen v případě, že není detekována žádná překážka a robot jede => m je Moorův výstup, neboť závisí pouze na stavu
+**přiřazení kódů jednotlivým stavům**
+  * A=00, B=01, C=10 a D=11
+**podrobný popis chování robota**
+  * pokud je ve stavu A a není detekována překážka, robot zůstane ve stavu A, jede dopředu a maják svítí
+  * pokud je ve stavu A a je detekována překážka, robot přechází do stavu B, zatáčí doprava a maják nesvítí
+  * pokud je ve stavu B a je detekována překážka, robot zůstane ve stavu B, zatáčí doprava a maják nesvítí
+  * pokud je ve stavu B a není detekována překážka, robot přechází do stavu C, jede dopředu a maják svítí
+  * pokud je ve stavu C a není detekována překážka, robot zůstane ve stavu C, jede dopředu a maják svítí
+  * pokud je ve stavu C a je detekována překážka, robot přechází do stavu D, zatáčí doleva a maják nesvítí
+  * pokud je ve stavu D a je detekována překážka, robot zůstane ve stavu D, zatáčí doleva a maják nesvítí
+  * pokud je ve stavu D a není detekována překážka, robot přechází do stavu A, jede dopředu a maják svítí
+**typ KO pro paměť**
+  * S-R, J-K, D a T?, viz tabulka níže
+**Pravdivostní tabulka**
+^ Současný stav ^^ Vstup X ^ Následující stav ^^^ Moorův výstup M ^
+^ jméno ^ kód ^ ::: ^ jméno ^ kód ^ Mealyho výstupy Z1 Z2 ^ ::: ^
+| A | 00 | 0 | A | 00 | 00 | 1 |
+| A | 00 | 1 | B | 01 | 01 | 1 |
+| B | 01 | 0 | C | 10 | 00 | 0 |
+| B | 01 | 1 | D | 01 | 01 | 0 |
+| C | 10 | 0 | C | 10 | 00 | 1 |
+| C | 10 | 1 | D | 11 | 10 | 1 |
+| D | 11 | 0 | D | 11 | 00 | 0 |
+| D | 11 | 1 | A | 00 | 10 | 0 |
+**Graf přechodů**
+ve stavech - kód stavu/hodnota Moorova výstupu M (kód/M)\\
+na hranách - hodnota vstupu X/hodnota Mealyho výstupů Z1a aZ2 (X/Z1Z2)\\
+{{:temata:03-sekvencni_obvody:fsmgraf.jpg?300}}
+{{:temata:03-sekvencni_obvody:fsmtable.jpg?700}}
+**Vytvoření rovnic pro dané KO**
+<note tip>
+Vybereme část tabulky, která nám reprezentuje daný KO. Sloupce pro KO nám vyjadřují, jakou hodnotu je potřeba přivést na jejich vstup, abychom dostali požadovaný výstup (násl. stav). Jinými slovy, potřebujeme najít rovnice obsahující vstup a souč. stav, jejichž výstupem je hodnota vstupu do KO.
+</note>
+{{:temata:03-sekvencni_obvody:tfsmtable.jpg?300}}
+{{:temata:03-sekvencni_obvody:dtable.jpg?500}}
+{{:temata:03-sekvencni_obvody:jktable.jpg?500}}
+{{:temata:03-sekvencni_obvody:jksolution.jpg?500}}
+{{:temata:03-sekvencni_obvody:srtable.jpg?500}}
+{{:temata:03-sekvencni_obvody:ttable.jpg?500}}
+</box>
-{{:temata:03-sekvencni_obvody:regroll.jpg}}
+===== Odkazy =====
+<box round blue 90%>
+[[http://en.wikipedia.org/wiki/Flip-flop_(electronics)|Flip-Flop]]\\
+[[http://en.wikipedia.org/wiki/Mealy_machine|Mealyho automat]]\\
+</box>
+===== Zdroje =====
+<box round blue 90%>
+INP přednáška č. 10: [[https://wis.fit.vutbr.cz/FIT/st/course-files-st.php/course/INC-IT/lectures/inc10_syncho.pdf|inc10_syncho]]\\
+odkazy
+</box>
 ===== Potvrzení =====

temata/03-sekvencni_obvody/main.1300213551.txt.gz · Poslední úprava: 2011/03/15 19:25 autor: vagabund

Zobrazit stránku Starší verze

Zpětné odkazy Nahoru