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Circuiti di memorizzazione elementari: i Flip Flop.

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Presentazione sul tema: "Circuiti di memorizzazione elementari: i Flip Flop."— Transcript della presentazione:

1 Circuiti di memorizzazione elementari: i Flip Flop

2 Circuiti di memoria elementari: Flip Flop (o bistabili) Il circuito sequenziale basilare é il Flip Flop, un circuito in grado di memorizzare un bit di informazione. Il Flip Flop prende anche il nome di bistabile, poiché può trovarsi in due stati stabili: lo stato in cui ha memorizzato un 1 e quello in cui ha memorizzato uno 0.

3 FF SR con porte NAND

4 Effetto dellimpulso negativo di Set S R Q Q 1 0 Notate che, al termine dellimpulso di set, Q rimane ad uno!

5 Ma se Q(t) fosse stato 1? S R Q Q 1 0 Q e Q sarebbero rimasti immutati!!

6 Quindi: Nel FF con porte nand, se in t Q=0,Q=1 allora un impulso negativo di Set porta Q(t+1) al valore 1 Se invece in t Q=1, Q=0 allora Q(t+1) resta al valore uno Perciò: un impulso di set ha comunque leffetto Q(t+1)=1

7 Analogamente: Un impulso di Reset porta, o mantiene, Q(t+1) al valore 0. Quindi: Q= 0 Q=1 R=0,S=1 R=1,S=0

8 Vediamo ora le altre combinazioni S=1 R= Per S=R=1 lo stato del FF non cambia!

9 La combinazione S=R=0 (doppio impulso) genera uno stato non stabile 0 1 In (t+1) sia Q che Q transitano a 1!! 1 1 Quando R e S tornano nella condizione di riposo (1,1) gli input degli AND diventano 11, e Q e Q di nuovo transitano entrambi a

10 FF con porte NOR SRSR QQQQ SR Q(t) 00Q(t-1) np Il comportamento è lo stesso, ma il FF cambia stato in corrispondenza degli impulsi positivi. Un doppio impulso SR crea uno stato instabile.

11 Diagrammi temporali e sincronizzazione Per rappresentare un FF abbiamo a disposizione, come visto: lo schema circuitale (porte logiche con controreazione) il simbolo grafico l'automa la tabella degli stati. Esiste anche un'altra modalità di analisi, che é il diagramma temporale. –Il diagramma temporale consente di rappresentare le commutazioni delle uscite di un FF, o di un circuito più complesso, in funzione dell'andamento temporale ingressi.

12 Sistemi sincroni I sistemi sequenziali possono operare in modo sincrono o asincrono. Nei sistemi asincroni i circuiti logici cambiano ogni volta che uno o più ingressi cambiano. Nei sistemi sincroni, l'istante esatto in cui una qualsiasi uscita può cambiare é determinato da un segnale di "cadenza" detto clock. Un clock é un treno di impulsi ad onda quadra. Un sistema sincrono può essere sensibile alle transizioni (o fronti) positivi (0 1) del clock, oppure ai fronti negativi (1 0).

13 R S R Diagramma temporale di un FF SR asincrono

14 FF D (Delay) sincrono D ck D=0Q(t+1)=0 D=1Q(t+1)=1 Q segue D con un ritardo (Delay) Il ritardo dipende dal clock D clock Q Q Q

15 Delay=SR D Ck = R=not(S) D

16 FF JK

17 Diagramma temporale JK sincrono

18 FF Toggle

19 Equivalenza fra i vari tipi di FF

20 Analisi di circuiti sequenziali Dato un circuito sequenziale, descriverne il funzionamento Il funzionamento di un circuito sequenziale va descritto in termini di un automa a stati finiti. Dato lo schema circuitale, dapprima dobbiamo identificare gli elementi di memoria che vi sono inclusi. In ogni istante, la memoria del sistema, ovvero il valore binario memorizzato nei FF, indica lo stato in cui il sistema si trova. Per ogni possibile stato e possibile combinazione degli input, da un esame della parte combinatoria del circuito possiamo determinare i valori delle uscite e il successivo stato in cui il sistema transiterà.

21 Procedura di Analisi (1) Si esaminano gli elementi di memoria del circuito, ovvero i FF. I possibili stati del sistema sono rappresentati dalle possibili combinazioni di valori memorizzabili nei FF, e disponibili sulle uscite Q i. Per n FF, avremo 2 n combinazioni, e 2 n stati. Si assegna un simbolo di stato ad ogni combinazione di memoria.

22 Esempio 1 Per l'esempio di figura, abbiamo 2 FF, e 4 possibili valori memorizzati su Q1 e Q0: 00,01,10,11. Possiamo ad esempio assegnare la seguente codifica: S0 00, S1 01, S2 10, S3 11

23 Esempio 2 1: 2 FF 8 stati (max) corrispondenti ai valori (Q2Q1Q0) ….111 2: Assegnamento: S0 000, S1 001, S2 010, S S4 100, S5 101, S6 110, S3 111

24 Procedura di Analisi (2) Si analizza la parte combinatoria del circuito e si ricavano le funzioni di trasferimento per ciascun ingresso di ciascun FF contenuto nel circuito, dette anche funzioni di eccitazione dei FF, nonché le funzioni di trasferimento delle uscite.

25 Esempio J0 = Q2 Q1,K0 = Q2,J1 = K1 = 1, J2 = Q0 + Q1, K2 = Q1 Notate: il circuito non ha input, cambia stato solo sui fronti di clock Inoltre, gli output coincidono con i Qi

26 Procedura di Analisi (3)

27 Esempio: J0 = Q2 Q1,K0 = Q2,J1 = K1 = 1, J2 = Q0 + Q1, K2 = Q1 S711 Q2Q1Q0(t) Non ci sono input Q2Q1Q0(t+1) Output=Qi Questa parte della tabella si riempie sulla base delle EB

28 Procedura di Analisi (3) La prima e ultima colonna rappresentano le transizioni dellautoma

29 Graficamente: S 0 S 7 S 5 S 3 S 4 S 2 S 1 S 6 Come osservato, le transizioni avvengono sui fronti di clock, gli output coincidono col codice assegnato ad ogni stato, in quanto Qi=oi

30 Esempio 2

31 Analisi 1.Due FF di tipo D, 4 stati S0 S1 S2 S3 2.Espressioni booleane degli input

32 Tabella stati futuri Q1Q0CntD1 D2Q1Q0(t+1) statoinput

33 Automa Q1Q0 Cnt D1 D2Q1Q0 (t+1) S(t),i(t)S(t+1)

34 Diagramma temporale Q1Q0 Cnt Q1Q0(t+1 ) S0 S1S2S3 Le frecce rosse indicano le transizioni di stato (sincrone), i ti indicano eventi (asincroni fra loro) t5

35 Circuiti sequenziali importanti Contatori: circuiti che contano sequenze ordinate o qualsiasi Registri: circuiti per memorizzare e leggere stringhe di bit

36 Contatore sincrono

37 Q3Q2Q1Q0 (t) J3K3J2K2J1K1J0K0 Q3Q2Q1Q0 (t+1)

38 Divisore di Frequenza

39 Q1Q0 (t)J1K1J0K0Q1Q0 (t+1) ck

40 Q1Q0 (t)Q1Q0 (t+1) T 4T 2T Q0 Q1 ck

41 Registri Classificabili in base alla modalità di scrittura e lettura dei dati: –Serial Input Serial Output (Shift register) SISO –Serial Input Parallel Output SIPO –Parallel Input Serial Output PISO –Parallel Input Parallel Output PIPO

42 Registri Serial Input Serial Output (SHIFT REGISTER)

43 Shift Register (SISO)

44 Serial Input Parallel Output

45 Parallel Input Serial Output

46 Parallel Input Parallel Output

47 SHIFT LEFT-RIGHT


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