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Circuiti logici combinatori registri flip flop

Pasquale Alba
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Circuiti logici combinatori registri flip flop

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Elettrotecnica ed Elettronica- Ing. Pasquale Alba 2017 CL Combinatori e Sequenziali Porte Registri Latch Flip Flop RS JK D T Circuiti asincroni e sincroni. Alea statica e dinamica. Antirimbalzo. Registri a scorrimento Shift register. Contatori up-down. Ring counter. 1STAMPA SOLO SE NECESSARIO La presente dispensa ha scopo didattico e si propone di essere un compendio di base, e un vademecum sintetico per studenti di Istituti Tecnici Industriali, Professionali e per lintroduzione allIngegneria Elettronica ed Elettrica. Non propone calcoli e relazioni matematiche in dettaglio n辿 tratta il funzionamento interno ma focalizza lattenzione sul principio di funzionamento circuitale cio竪 esterno e sulle caratteristiche essenziali delle varie con鍖gurazioni. Prerequisiti: de鍖nizioni, principi e leggi fondamentali di elettrotecnica (potenziale elettrico, corrente, leggi di Ohm, principi di Kirchhoff, diagrammi tensione-corrente). Fisica dei semiconduttori (consigliato ma non indispensabile). Circuiti Logici
Elettrotecnica ed Elettronica- Ing. Pasquale Alba 2017 2 circuito logicoingressi uscite Un circuito logico 竪 un circuito che elabora segnali logici o digitali i quali cio竪 non possono assumere qualsiasi valore o variare con continuit tra un valore e un altro assumendo tutti i possibili valori entro un determinato intervallo ma variano a scatti cio竪 assumono solo dei valori separati o discreti ben precisi. In logica binaria solo due valori, indicati simbolicamente con 0 e 1 o basso e alto. Cosa 竪 un circuito logico
Elettrotecnica ed Elettronica- Ing. Pasquale Alba 2017 3 Tipi di circuiti logici Combinatori Sequenziali Luscita dipende solo dalla combinazione degli ingressi in quello stesso istante e non dalla storia passata = non hanno memoria Luscita dipende sia dalla combinazione degli ingressi sia dalla sequenza che hanno avuto cio竪 dalla storia passata = hanno memoria
Elettrotecnica ed Elettronica- Ing. Pasquale Alba 2017 4 Esempi di circuiti logici Combinatori Porte logiche AND OR NOT XOR NAND NOR XNOR Decodi鍖catori (BCD-7 segmenti tipo 7447, 7448, 7449) Multiplexer
Elettrotecnica ed Elettronica- Ing. Pasquale Alba 2017 5 Esempi di circuiti logici Sequenziali Flip-Flop Registri Contatori Memorie Microprocessori Microcontrollori
Elettrotecnica ed Elettronica- Ing. Pasquale Alba 2017 6 Circuiti Combinatori Porte logiche (Logic gates) Porte logiche fondamentali Tabella della verit (Truth table)
Elettrotecnica ed Elettronica- Ing. Pasquale Alba 2017 7 OR Rappresentazione elettrotecnica lampadinainterruttori
Elettrotecnica ed Elettronica- Ing. Pasquale Alba 2017 8 Rappresentazione mediante espressione matematica in algebra di Boole prodotto somma negazione George Boole (Lincoln, 2 novembre 1815[ Ballintemple, 8 dicembre 1864[]) 竪 stato un matematico e logico britannico, ed 竪 considerato il fondatore della logica matematica[1]. A causa della povert della sua famiglia, fu autodidatta, e studi嘆 greco, latino, francese, tedesco, italiano e, 鍖n da giovane, matematica sui testi di Laplace e Lagrange
Elettrotecnica ed Elettronica- Ing. Pasquale Alba 2017 9 Altre porte logiche: NAND = NOT AND Circuito equivalente: Una possibile realizzazione fatta con i transistor Tabella della verit: Simbolo:
Elettrotecnica ed Elettronica- Ing. Pasquale Alba 2017 10 Altre porte logiche: NOR = NOT OR Una possibile realizzazione fatta con i transistor Tabella della verit: Simbolo:
Elettrotecnica ed Elettronica- Ing. Pasquale Alba 2017 11 Altre porte logiche: XOR = EXclusive OR A B Q QA B 00 0 10 1 11 0 01 1 Luscita 竪 1 quando esclusivamente uno degli ingressi 竪 1. Si pu嘆 dire anche che luscita 竪 1 quando gli ingressi sono diversi. Espressione algebrica booleana: Q = A B = AB+AB
Elettrotecnica ed Elettronica- Ing. Pasquale Alba 2017 12 XOR Un Circuito Equivalente
Elettrotecnica ed Elettronica- Ing. Pasquale Alba 2017 13 Altre porte logiche: XNOR = EXclusive NOR
Elettrotecnica ed Elettronica- Ing. Pasquale Alba 2017 14 OR=somma AND=prodotto NOR=somma negata NAND=prodotto negato XOR NOT=negato Porte logiche: espressioni algebriche booleane
Elettrotecnica ed Elettronica- Ing. Pasquale Alba 2017 15 Riepilogo
Elettrotecnica ed Elettronica- Ing. Pasquale Alba 2017 16 Porte logiche integrate. Alcuni esempi
Elettrotecnica ed Elettronica- Ing. Pasquale Alba 2017 17 Alcune famiglie logiche integrate 74xxx CD4000 Famiglia Famiglia 7401 74L01 74LS01 74HC01 74HCT01 74F01 CD4001 Sono realizzate mediante transistori MOSFET. Bassissimo consumo. Velocit non altissima. High speed CMOS compatibile TTL HC= High speed CMOS LS=Low power Schottky L=Low power F=Fast TTL Non ECL Emitter Coupled Logic TTL = Transistor-Transistor Logic o 4000B
Elettrotecnica ed Elettronica- Ing. Pasquale Alba 2017 18 Differenze fondamentali tra logiche TTL e CMOS CD4000 o 74HC 74Lxxx Gli ingressi non devono mai essere lasciati liberi ma devono essere collegati a massa Vss=0V o a tensione di alimentazione positiva VDD I livelli di tensione corrispondenti ai due livelli logici sono molto vicini a 0V e VDD Gli ingressi non collegati vanno automaticamente a valore logico =1 (alti) cio竪 a tensione di alimentazione positiva VDD I livelli di tensione sono lontani dalle tensioni di alimentazione VSS e VDD La famiglia CD4000 pu嘆 essere alimentata 鍖no a 18V mentre le altre 鍖no a poco pi湛 di 5V logiche TTL logiche CMOS
Elettrotecnica ed Elettronica- Ing. Pasquale Alba 2017 19 Esempi di circuiti logici Sequenziali Flip-Flop Registri (Latch) Contatori Memorie Microprocessori Microcontrollori
Elettrotecnica ed Elettronica- Ing. Pasquale Alba 2017 20 Flip-Flop Sono lelemento fondamentale di memoria in tutti i computer Ogni 鍖ip-鍖op pu嘆 memorizzare un bit (=binary digit) cio竪 lunit elementare di informazione. Ogni bit pu嘆 assumere due valori indicati simbolicamente con 0 e 1
Elettrotecnica ed Elettronica- Ing. Pasquale Alba 2017 21 Flip-Flop RS set reset Realizzato mediante porte NOR Realizzato mediante porte NAND QR S Qn-10 0 10 1 01 0 Indeterminato al rilascio1 1 si dice che sono attivi bassi o in logica negata Q Qn-1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0
Elettrotecnica ed Elettronica- Ing. Pasquale Alba 2017 22 Flip-Flop RS Simbolo
Elettrotecnica ed Elettronica- Ing. Pasquale Alba 2017 23 Flip-Flop JK set reset clock Nei circuiti SINCRONI, le uscite cambiano solo nel momento in cui arriva in impulso di CLOCK. Se non arriva, gli ingressi vengono ignorati CLOCK=orologio serve a sincronizzare tutti i circuiti. I 鍖ip-鍖op sincroni vengono chiamati LATCH o REGISTRI Serve per eliminare la condizione indeterminata.
Elettrotecnica ed Elettronica- Ing. Pasquale Alba 2017 24 Flip-Flop JK - Simbolo e Tabella della verit clock CK QJ K Qn-10 0 10 1 01 0 1 1 Q Qn-1 1 0 Qn-1Qn-1 inverte CK = clock attivo su fronte di salita quando il fronte del clock scende non succede nulla
Elettrotecnica ed Elettronica- Ing. Pasquale Alba 2017 25 Flip-Flop di tipo T = TOGGLE input clock CK un circuito sincrono quindi attivo solo durante limpulso di clock. Se lingresso T 竪 1 durante limpulso di clock, le uscite si invertono cio竪 se era Qn-1=0 sar Qn=1 e viceversa. Se T=0 tutto resta come prima. QK Qn-10 1 Q Qn-1 Qn-1Qn-1 inverte CK
Elettrotecnica ed Elettronica- Ing. Pasquale Alba 2017 26 Flip-Flop di tipo T = TOGGLE
Elettrotecnica ed Elettronica- Ing. Pasquale Alba 2017 27 Flip-Flop di tipo T = TOGGLE = commuta Realizzazione di un FF di tipo T mediante un FF di tipo JK con J e K collegati insieme Ha leffetto di un pulsante collegato ad un rel竪 passo-passo ad una camma e un contatto (luce corridoio) Pallino= clock attivo su fronte di discesa fronte di discesa qualsiasi
Elettrotecnica ed Elettronica- Ing. Pasquale Alba 2017 28 Flip-Flop di tipo D = DELAY input clock 竪 un circuito sincrono quindi attivo solo con impulso di clock: quando arriva CK ricopia lingresso D sulluscita Q Due possibili realizzazioni:
Elettrotecnica ed Elettronica- Ing. Pasquale Alba 2017 29 Flip-Flop di tipo D = DELAY PRESET=SET 竪 attivo basso perch辿 竪 negato e ha il pallino CLEAR=RESET 竪 attivo basso perch辿 竪 negato e ha il pallino CLK=CLOCK 竪 attivo su fronte di salita perch辿 non 竪 negato
Elettrotecnica ed Elettronica- Ing. Pasquale Alba 2017 30 CD4027 dual FF JK con Set e Reset asincroni
Elettrotecnica ed Elettronica- Ing. Pasquale Alba 2017 31 CD4027 dual FF JK con Set e Reset asincroni Nel CD4027 gli ingressi J e K sono sincroni cio竪 funzionano solo quando c竪 limpulso di CLOCK. Il clock 竪 attivo solo su fronte di salita (rising edge) Gli ingressi SET e RESET invece sono asincroni cio竪 non devono aspettare il clock ma agiscono subito.
Elettrotecnica ed Elettronica- Ing. Pasquale Alba 2017 32 Cosa sono il rimbalzo di un contatto e il circuito antirimbalzo (debounce)? Quando un interruttore viene azionato, chiude o interrompe un contatto in modo imperfetto. Se guardiamo alloscilloscopio non vedremo unonda quadra con fronti di salita perfetti ma tante seghettature. Se questo segnale entra in un contatore velocissimo, produce non un conteggio di 1 per ogni azionamento ma molti conteggi casuali. Per evitarlo si usa un circuito antirimbalzo.
Elettrotecnica ed Elettronica- Ing. Pasquale Alba 2017 33 Possibili modi di fare un antirimbalzo (debounce). N.1 Posso usare un 鍖ip-鍖op Set Reset. Quando il deviatore T passa da a a b il 鍖ip-鍖op viene settato o resettato in modo de鍖nitivo senza oscillazioni.
Elettrotecnica ed Elettronica- Ing. Pasquale Alba 2017 34 Possibili modi di fare un antirimbalzo (debounce). N.2 Un altro modo 竪 utilizzare un condensatore C1 che produce un transitorio di carica e di scarica esponenziale senza incertezze (riempie i buchi di tensione). C1
Elettrotecnica ed Elettronica- Ing. Pasquale Alba 2017 35 Interruttore battimano con CD4027 debounce e Toggle Debounce Monostabile Toggle
Elettrotecnica ed Elettronica- Ing. Pasquale Alba 2017 Il CD4027 竪 un doppio 鍖ip-鍖op JK. Trattandosi di un integrato CMOS, della famiglia CD4000 sai che: 1. puoi alimentarlo con tensione 3-16V 2. non devi lasciare nessun pin di ingresso scollegato (a differenza dei TTL dove gli ingressi non collegati vanno alti), i pin non utilizzati devi collegarli al positivo o a massa. 3. Se si collega J e K al positivo si ottiene un 鍖ip-鍖op di tipo Toggle dove lingresso 竪 il CK. 4. Il Toggle 竪 un divisore per 2 usato nei contatori. 5. Se si collega J e K a massa si disabilita il CK e si pu嘆 usare solo Set e Reset che sono asincroni (attivi istantaneamente). 6. Si pu嘆 fare un multivibratore monostabile non retriggerabile che 竪 un perfetto circuito antirimbalzo utilizzando come ingresso il SET asincrono e un circuito R-C sul RESET asincrono. 36 CD4027 Riassunto
Elettrotecnica ed Elettronica- Ing. Pasquale Alba 2017 37 Progetto: Tabellone punteggio con CD40192 Contatori decadici Decoder BCD-7Seg +1 -1 CK J K FF T CARRY BORROW UP DOWN NAND=NOT Debounce 14 CLEAR LOAD Reset
Elettrotecnica ed Elettronica- Ing. Pasquale Alba 2017 38 Timing Diagram msb lsb 0 0 0 1 1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 sopra 10 c竪 carry=riporto riparte da zero sotto 10 borrow=prestito 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 riparte da 10 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 azzera carica dati da precaricare
Elettrotecnica ed Elettronica- Ing. Pasquale Alba 2017 39 WORK IN PROGRESS Livelli logici CMOS e TTL Trigger di Schmitt Uscita tristate Uscita push-pull Uscita open drain Altri C.I. Contatori TTL Registri a scorrimento (shift-register)
Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni / Installazione e Manutenzione - Ing. Pasquale Alba Credits Riconoscimenti Si ringraziano per immagini e informazioni tecniche: Fairchild RF Wireless World Electronics-Tutorials.ws electronics.stackexchange.com Linear Technology tutti coloro che hanno reso disponibili su Internet informazioni qui riportate 40 La presente dispensa a scopo didattico contiene sia contenuto originale dellautore che contenuti reperiti su Internet. Tutti diritti sui contenuti reperiti, appartengono, ove coperti da copyright, ai rispettivi proprietari. Ove si ritenga esistano violazioni di copyright, imprecisioni o errori si prega di segnalarli a: ing.pasqualealba@gmail.com . Questo materiale pu嘆 essere diffuso citando la fonte. In caso si voglia stampare si consiglia di usare un layout con 4 diapositive per ogni pagina. Le informazioni qui contenute sono ritenute accurate e hanno scopo di studio senza 鍖ni di lucro, tuttavia lautore non esclude che siano presenti errori o imprecisioni e declina ogni responsabilit diretta o indiretta per danni a persone o cose derivanti da un eventuale loro uso a scopo professionale; chi ne fa uso se ne assume pienamente la responsabilit.

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