LDK D3 kursusplan LDK 1 Introduktion, talsystemer, boolsk algebra, DeMorgan, sandhedstabeller, LDK 2 Logiske byggeblokke, grafisk minimering, Kaunaugh, Kombinatoriske netværk LDK 3 PEEL 18CV8 til realisering af kombinatoriske netværk LDK 4 Latche, flip-flops, synkrone sekventieller netværk, tilstandstabel og -diagram LDK 5 Synkrone Sekventielle kredsløb, fortsat LDK 6 PEEL 18CV8 til realisering af Synkrone Sekventielle kredsløb latche, flip-flops, LDK 7 Virkemåde af logiske CMOS kredse, elektriske egenskaber LDK 8 CMOS TTL og belastninger. Dioder og transistorer brugt som switche i NOR kreds LDK 9 D/A og A/D converter principper, typer og opløsning LDK 10 Multivibratorer og oscillatorer, lidt mere om programmerbare enheder

Logiske Digitale Kredsløb 10 Agenda: Interaktion mellem bruger og kredsløb Kontakter og prel Displays Clock-generering Mono og astabile multivibratorer Oscillatorer Faselåste loops Avancerede koncepter Very high speed integrated circuit Hardware Description Language (VHDL) FPGA og ASIC

Interaktion med bruger To muligheder: Input Output Digitalt kredsløb

Brugerinputs Typiske inputs: Digitale inputs Analoge inputs Ringetryk Dip-switches Encoders Databusser Reed-relæ Etc. Analoge inputs Potentiometer Alle mulige målinger på virkelige signaler!

Kontakter som input

Kontakter som input Kontakter: Kontakt-prel!

Kontakter som input Prel-fjerner 1: Lavpas-filter Kapaciteten aflades gennem kontakten R og C vælges så RC svarer til prel-tiden (ca. 0.1 sekund)

Kontakter som input Prel-fjerner 2: Tilstandsmaskine S'R'-latch Kræver en omskifter (switch) i stedet for en kontakt Meget effektiv

Kontakter som input Prel-fjerner 3: Pulsgenerator Monostabil multivibrator Genererer skarp puls med specificeret varighed Giver veldefineret input til f.eks. en sekvensmaskine Kan også realiseres med en 555 timer-kreds

Kredsløbs-outputs Typiske outputs: Digitale outputs Analoge outputs Logik-niveauer til andre kredsløb Serielle eller parallelle dataforbindelser Lysdiode Display ... Analoge outputs Styrespænding til ???

Segmenteret display Syv-segment-displays Baseret på LED eller LCD Visning af tal eller tekst Repræsentation af målinger, beregninger, indstillinger etc. Indikation af tilstanden i en sekvensmaskine

7-segment-display Forskellige konfigurationer:

7-segment-display Visning af BCD - Binary Coded Decimal BCD er 4 bit Latches evt. for at styre hvornår der opdaters Dekodes til at styre de syv segmenter En driver er nødvendig til at levere strøm til LEDer

Matrix-display Passivt matrix-display:

Clock-generering Periodiske pulser Drift af synkrone sekvensmaskiner:

Oscillator-typer Mono og astabile multivibratorer Med OP-amp’s Harmoniske oscillatorer Kontinuert output (f.eks. sinus) Virker ved tilbagekobling gennem et filter Kip-oscillatorer Diskontinuert output (firkant-signal) Astabil multivibrator

Værktøjskasse Til alle beregningerne på de forskellige oscillator typer benyttes den fundamentale formel for op- og afladning af kapaciteter Omskrevet en smule får vi følgende sammenhæng Det er vigtigt at huske at R er den totale modstand set fra C!!!

Bistabil MV baseret på OP-AMP For det bistabile element har vi 2 stabile tilstande samt en meta-stabil tilstand .. nøjagtig som det var tilfældet for flip-flops Med OPAMPen har vi mulighed for at lave en inverterende bistabil multivibrator (BMV) og en ikke-inverterende BMV L+: Saturation i positiv L-: Saturation i negativ Inverterende BMV:

Bistabil MV baseret på OP-AMP Ikke-inverterende BMV:

Bistabil MV baseret på OPAMP Kan vi bruge disse to bistabile koblinger til noget fornuftigt? Hvis vi sluttede Vo til Vi ville vi kunne sikre at Vi falder igen og vi ville have en astabil multivibrator

Astabil MV med RC-led thøj tlav VC=0V i opstarten -> Vo er høj Ved at lave en tilbagekobling fra udgangen til indgangen sikre vi at indgangen går lav igen Ved at implementere tilbagekoblingen vha. et RC-led har vi også styr på hvor hurtig disse skift sker thøj tlav T = thøj + tlav VC=0V i opstarten -> Vo er høj

Astabil MV med RC-led R1=R2 & L+=L- L+=L- Baseret på de veldefinerede states vi har er det en smal sag at beregne thøj og tlav vha universal formlen for op- og afladning af en kapacitor R1=R2 & L+=L- L+=L-

Firkant-generator Simpleste firkant-generator med schmitt-trigger: R Output C

Firkant-generator Justerbar pulsbredde med forskellig op-/aflade-resistanser:

Firkant-generator Ring-oscillator bestående af 5 inverters:

Avanceret digital-design Moderne digital-design: Høj hastighed Høj integration (lille størrelse) Lavt strømforbrug Høj skalérbarhed Kort udviklingstid Høj pålidelighed Lav pris

Programmerbar hardware Typer: PEEL – Programmable Electronically Erasable Logic (ja den kender vi vist) ASIC – Application Specific Integrated Circuit FPGA – Field-Programmable Gate Array + mange andre... Programmeringssprog: ABEL APEEL VDHL – Very high speed integrated circuit Hardware Description Language VHDL er standarden til at ”skrive” hardware nu om dage

VHDL Eksempel: SR-latch entity latch is port (s,r: in bit; q,nq: out bit); end latch; architecture structure of latch is component nor_gate port (a,b: in bit; c: out bit); end component; begin n1: nor_gate port map (r,nq,q); n2: nor_gate port map (s,q,nq); end structure;

VHDL Eksempel: SR-latch entity latch is port (s,r: in bit; q,nq: out bit); end latch; architecture dataflow of latch is begin q<=r nor nq; nq<=s nor q; end dataflow;

Programmerbar logik Field-Programmable Gate Array - FPGA: Peel-kreds på speed!

Programmerbar logik Struktur:

Logiske Digitale Kredsløb 10 Kurset er slut. Hvis der er spørgsmål i forbindelse med brug af LDK i jeres projekter er I altid velkomne I C2 - 204. Jan Helbo: jan@es.aau.dk