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Inge Holtzer
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1 VU Tchnisch Grundlagn dr Informatik Übung 4: Schaltwrk , WS2012 Übungsgruppn: Mo., Do., ufgab 1: ROM Erwitrung Ein 128x8 ROM soll aus mhrrn 32x4 ROMs (vgl. bbildung rchts: DDR = drsslitungn, DT = Datnlitungn, EN = Enabl-Litung) und witrn Standardbautiln zusammngbaut wrdn. ls Standardbautil sthn Ihnn Dcodr, NOT-Gattr, Multiplxr, tc. zur Vrfügung. EN ROM 32x4 5 4 DDR DT a) Wivil ROM-Baustin bnötign Si für dn ufbau ds 128x8 ROMs? b) Wivil drss- und Datnlitungn bnötigt dr 128x8 ROM? c) Skizzirn Si dn ufbau ds 128x8 ROMs, bsthnd aus dr ntsprchndn nzahl von 32x4 ROMs und dn zusätzlichn Standardbautiln. Tragn Si bi alln Litungn di Litungsbritn in und bnnnn/bschriftn Si di zusätzlichn Standardbautil, di Si vrwndt habn. d) Wivil Byts Datn könnn im 128x8 ROM insgsamt gspichrt wrdn? ufgab 2: Zustandsgraph Wahr odr falsch? Ggbn ist dr folgnd utomat: 0/11 Z 0 B /11 1/10 Z 1 0/11 Notation: B E/ Zustand B 0 Z 2 Wlch ussagn trffn zu? Bgründn Si Ihr ntwort! (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) Wird mindstns zwi lang 0 glsn, bfindt sich dr utomat immr richtig falsch im Zustand Z 1. Dr dargstllt utomat ist in Moor-utomat. richtig falsch Wird in unndlich lang Folg von Einsn und Nulln glsn, führt dr utomat richtig falsch unndlich vil Schritt aus. Dr dargstllt utomat ist in unndlichr utomat. richtig falsch Wnn dr utomat in k Bit lang Eingab list, lifrt r in 3k Bit lang usgab. richtig falsch Wird in dicht Zustandscodirung vrwndt, bnötigt dr dargstllt utomat richtig falsch gnau 2 Flip-Flops. Dr dargstllt utomat ist nicht vollständig. richtig falsch Wird vom wg nimals in 1 glsn, rricht dr utomat nimals dn Zustand Z 2. Dr dargstllt utomat kann als Moor-Schaltwrk mit 3 Zuständn ralisirt wrdn. richtig richtig falsch falsch

2 ufgab 3: Timing Es ist folgnd Schaltung ggbn: D1 Q1 1 >1 B D2 Q2 Übrlgn Si sich di Funktionswis dr Schaltung und vrvollständign Si das nachfolgnd Timing- Diagramm. chtn Si auf di richtig Flankntriggrung dr Flip-Flops! B ufgab 4: Maximal frqunz Ggbn ist das Schaltwrk aus ufgab 3. a) Bstimmn Si di Komponntn von Übrgangs- und usgangsfunktion dr Schaltung. Wlch Funktion muss bi dr Brchnung dr maximaln frqunz brücksichtigt wrdn? b) Brchnn Si di maximal frqunz für das Schaltwrk, wobi di folgndn ngabn gltn: Gattrlaufzit NOT: Gattrlaufzit OR: Gattrlaufzit ND: Durchlaufzit D-Flip-Flop: Vorbritungszit D-Flip-Flop: Haltzit D-Flip-Flop: Maximal frqunz D-Flip-Flop: 15 ns 20 ns 20 ns 35 ns 25 ns 5 ns 20 MHz

3 ufgab 5: Maly-Schaltwrk Ggbn ist dr Zustandsgraph ins Maly-Schaltwrks mit inm Eingang und inm usgang a. Es gilt di rchts anggbn Notation: Zustand /a 1/1 1/1 B 1 S B 2 B 4 B 3 B 5 0/1 0/1 a) Zichn Si dn Vrlauf ds logischn usgangssignals a, und zwar inmal untr dr nnahm, dass dr Eingang konstant 0 ist (a (=0) ) und inmal untr dr nnahm, dass konstant 1 ist (a (=1) ). a (=0) a (=1) b) Ergänzn Si für diss Schaltwrk di nachfolgnd Tabll dr Zustandsübrgäng: Q S B 1 B 2 B 3 B 4 B 5 D 3 a ufgab 6: Maly-Moor-Transformation a) Transformirn Si das Maly-Schaltwrk aus Bispil 5 in in Moor-Schaltwrk und zichnn Si dn rsultirndn utomatn. b) Erläutrn Si di allgminn Untrschid zwischn Maly- und Moor-utomat.

4 ufgab 7: Schaltwrk mit JK-Flip-Flops Es ist in Moor-Schaltwrk mit inm Eingang E und inm usgang zu ntwrfn, das in blibig lang Bitfolg inlist. m usgang soll 1 ausggbn wrdn, wnn di Tilfolg 110 rkannt wurd. In alln andrn Fälln soll 0 ausggbn wrdn. Bispil: E = = a) Vrvollständign Si dn folgndn Moor-utomat so, dass r di obn bschribn Funktion ausführt. Vrwndn Si dabi di rchts angführt Notation: Zustand E S 1 S 1 1 S 11 0 B 0 B 1 B 2 S 110 b) Tragn Si in dr untn vorgdrucktn Tabll di Zuständ (, ), di Folgzuständ (, ) sowi di usgangsfunktion () in. Vrwndn Si dabi di rchts vorggbn Zustandscodirung. c) Tragn Si anschlißnd di Wrt für di Eingäng dr JK-Flip-Flops (J 1, K 1, J 2 und K 2 ) in. Hinwis: Es gibt hir mhrr gültig Lösungn. Zustand 0 0 S 0 1 S S S 110 E S S 1 S 11 S 110 J 1 K 1 J 2 K 2

5 ufgab 8: Lauflichtschaltung mit umschaltbarr Laufrichtung Ggbn ist das Blockschaltbild ins Schaltwrks mit 3 Flip-Flops und inr Übrgangsfunktion F U (Bild links). Dr usgang jds Flip-Flops ist mit inr LED vrbundn. Das Schaltwrk soll in priodischs Lauflicht rzugn, das abhängig vom Eingang ntwdr von links nach rchts odr von rchts nach links läuft (Tabll rchts). F U D 3 C Q 3 R LE LE LED 3 LE LE LED 3 = 0 3t + 0 3t + 1 3t + 2 = 1 3t + 0 3t + 1 3t + 2 Hinwis zur Tabll: Das Symbol bdutt, dass di jwilig LED luchtt. Wnn dr Eintrag in dr jwilign Spalt lr ist, luchtt di LED nicht. Ein LED luchtt gnau dann, wnn dr usgang ds jwilign Flip- Flops logisch 1 ausgibt. a) Zichnn Si inn ntsprchndn Maly-utomatn. Dr utomat startt in 0. b) Lgn Si in dm obn bschribnn Schaltwrk ntsprchnd (1 aus n) - Zustandscodirung fst und stlln Si in Übrgangsfunktion auf, sodass das Schaltwrk di obn bschribn Schaltfolg durchläuft. Nhmn Si bi nicht bnötigtn Zustandsübrgängn dn Folgzustand als don t car an. c) Bstimmn Si anschlißnd di minimal disjunktiv Form dr Übrgangsfunktion mit dn vorgdrucktn KV-Diagrammn. d) Zichnn Si di rsultirnd Gsamtschaltung ds Schaltwrks. Vrwndn Si das obn anggbn Blockschaltbild als Basis und rstzn Si di Übrgangsfunktion F U durch di von Ihnn rmittlt Gattrschaltung. { {}}{ Q 3 { {}}{ Q 3 D 3 { {}}{ Q 3 } {{ } } {{ } } {{ }

6 ufgab 9: Zählr mit uslassfunktion Entwrfn Si in taktgsturt Zählschaltung mit zwi Eingängn 1 und 0 und zwi usgängn und Q 0. Dr Zählr soll binär von 0 bis 3 zähln und danach widr bi 0 bginnn. Dabi soll jwils jn Zahl ausglassn wrdn, di durch di Binärzahl an dn Eingängn 1 0 fstglgt wird ( 0 bzw. Q 0 sind lsb). Bispil: ngnommn, am Eingang ligt 1 0 = 10 an, dann soll dr Zählr folgndrmaßn zähln: Vrinfachn Si di Schaltfunktion und implmntirn Si di Schaltung mit dm vorggbnn PLD. Bschriftn Si Ein- und usgäng ds PLDs! >1 D Q >1 D Q

7 ufgab 10: Schaltwrksntwicklung Kaffmaschin / Til 1 Entwrfn Si inn Maly-utomatn für di gtaktt Sturung inr Kaffmaschin. Dr schmatisch ufbau disr Kaffmaschin ist dr folgnd: Wassrbhältr nzig T Sturung S H L V Tmpratur Hizung Vntil Fhlr F Zustandsübrgäng rfolgn ausschlißlich zum. Nach dm Einschaltn bfindt sich di Sturung dr Kaffmaschin solang im Zustand Standby, bis di -Tast gdrückt wird. Di Sturung wchslt dann für mindstns inn in dn Zustand Hizn, sndt in ntsprchnds Signal an di Hizung und bginnt Wassr zu rhitzn. nhand ins Tmpratursnsors rknnt di Sturung, ob das Wassr di notwndig Tmpratur hat und blibt solang im Zustand Hizn, bis dis rricht ist. Danach wchslt di Maschin in dn Zustand Zubritn und gibt übr in Vntil das rhitzt Wassr fri. Di Zubritung ds Kaffs daurt gnau inn lang, danach wird di Hizung widr abgschaltt, das Vntil gschlossn und di Sturung khrt in dn Standby -Modus zurück. Di Kaffmaschin vrfügt übr Snsorn zur Erknnung tchnischr Fhlr. Tritt in tchnischr Fhlr auf, wchslt dr utomat unvrzüglich in dn Zustand Fhlr und vrharrt dort, bis dr Fhlr bsitigt ist. Das ist z.b. dr Fall, wnn dr Wassrtank lr ist, in Dfkt im Hizsystm rkannt wird odr dr Filtr vrstopft ist. Solang sich dr utomat im Zustand Fhlr bfindt soll außrdm di Hizung abgschaltt und das Vntil gschlossn sin. Wurd dr Fhlr bhobn, khrt di Kaffmaschin widr in dn Zustand Standby zurück. Di Kaffmaschin bsitzt in nzig-led, drn Farb von dr Sturung ntwdr auf rot odr grün gschaltt kann. Solang kin Fhlr auftritt, soll di LED grün luchtn. Tritt in Fhlr auf, soll si rot luchtn. Ein Btätign dr -Tast in dn Zuständn Hizn, Zubritn odr Fhlr hat kin uswirkungn und wird ignorirt. Folgnd Eingangssignal sthn zur Vrfügung: Das Signal S lifrt dn Zustand dr -Tast. Logisch 1 bdutt, dass dis gdrückt wurd. Das Signal T lifrt logisch 1, wnn di Wassrtmpratur di notwndig Mindsttmpratur rricht hat odr darübr ligt. m Signal F ligt bi Vorlign ins Fhlrs logisch 1 an. usgangssitig wrdn folgnd Signal angsturt: Ligt am Signal H logisch 1 an ist di Hizung ingschaltt. Übr das Signal V wird durch logisch 1 das Vntil göffnt. Das Signal L sturt di Farb dr nzig-led. Bi logisch 0 luchtt di LED rot, bi logisch 1 grün. Vrwndn Si für dn utomatn di folgnd Notation: Zustand STF/HVL

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