TC Moduł 10

Układy cyfrowe cz. 1

---

Omawiane do tej pory układy logiczne to inaczej mówiąc układy cyfrowe konstruowane z bramek i przerzutników. I w zasadzie można z nich zaprojektować i zbudować dowolny układ cyfrowy. Problem jednak leży w tym, że takie postępowanie byłoby bardzo skomplikowane. Dlatego z podstawowych układów logicznych buduje się najpierw tzw. bloki funkcjonalne, a dopiero z nich konstruuje się bardziej złożone układy cyfrowe jak np.: układy przetwarzania sygnałów, układy sterowania, specjalizowane procesory, układy kryptograficzne.

---

Wymienione układy znajdują zastosowanie w różnorodnych urządzeniach cyfrowych: telefonia cyfrowa, telewizja cyfrowa, urządzenia multimedialne itp.

---

Podstawową techniką w projektowaniu układów cyfrowych jest tzw. synteza strukturalna. Jest to metoda budowania „większego” układu z „mniejszych” podukładów, zwanych blokami funkcjonalnymi (BF). W technice układów katalogowych bloki funkcjonalne wykonujące typowe operacje przetwarzania sygnałów cyfrowych były produkowane w postaci modułów scalonych średniej i wielkiej skali integracji. Powszechnie stosowana seria układów scalonych TTL (tzw. seria 74) obejmowała takie układy jak: multipleksery, liczniki, rejestry itp. Układom tym nadawano specyficzne, katalogowe oznaczenia np. 74151 dla multipleksera, 74163 dla licznika itp. Obecnie większość tych układów wchodzi w skład elementów bibliotecznych systemów projektowania układów cyfrowych w postaci tzw. komponentów lub makrobloków.

---

Blok funkcjonalny to specjalizowany układ cyfrowy przystosowany do wykonania jednej lub kilku określonych operacji przetwarzania sygnałów binarnych. Operacje te w odniesieniu do monolitycznego lub wyodrębnionego bloku funkcjonalnego nazywane są mikrooperacjami. Blok funkcjonalny realizuje wybraną mikrooperację w wyniku zadania odpowiedniego wektora zmiennych wejściowych, zwanych zmiennymi sterującymi. Dla ustalonej mikrooperacji słowo wejściowe $X$ zostanie przetworzone w słowo wyjściowe $Y$ i ewentualnie informacja o stanie tego przetwarzania będzie przekazana na zewnątrz za pośrednictwem sygnałów na wyjściach predykatowych. Dodatkowo sekwencyjny blok funkcjonalny jest wyposażony w wejście synchronizujące (zegarowe) $clk$.

---

Najogólniejsza klasyfikacja bloków funkcjonalnych uwzględnia bloki kombinacyjne oraz sekwencyjne. Typowe bloki funkcjonalne kombinacyjne to multipleksery, demultipleksery, dekodery, sumatory, komparatory. Typowe bloki sekwencyjne to rejestry i liczniki. Warto podkreślić, że pojęcie bloku funkcjonalnego, jak też ich klasyfikacja uległo pewnej modyfikacji i powinno być rozumiane ogólniej niż to miało miejsce w technice układów katalogowych. Wobec możliwości zaprojektowania i umieszczenia w bibliotece komputerowego systemu projektowania dowolnego układu cyfrowego – bez potrzeby sztywnych ograniczeń jakie były oferowane w realizacjach katalogowych – w dzisiejszej technice BF może być specjalizowanym układem cyfrowym, którego mikrooperacje zarówno pod względem ilości jak też funkcjonalności definiuje sam użytkownik.

---

Multiplekser to funkcjonalny blok kombinacyjny, w którym jest $N$ wejść informacyjnych ($N=2^n$), $n$ wejść adresowych Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle a_{n–1},...,a_0\,} , wyjście $y$ oraz wejście zezwolenia $e$ (enable). Multiplekser (MUX) realizuje funkcję $y$ opisaną wyrażeniem boolowskim: $y=e\sum _{k=0}^{N-1}{P}_k(A)d_k$ , gdzie $P_k(A)$ oznacza pełny iloczyn zmiennych Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle a_{n–1},...,a_0\,} , prostych lub zanegowanych, zgodnie z reprezentacją binarną liczby $k$.

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---