VLSI電路與系統(tǒng)2資料

第四章基本數(shù)字電路單元及功能單元組成Part14.2基本單元的分類在靜態(tài)同步ASIC中，基本單元用于組成分層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。這些基本單元可以分類如下：1．基本邏輯單元包括反相器、“與”、“或”、“異”、“與非”、“或非”、“同”、“與或非”、“或非與”、三態(tài)緩沖器和觸發(fā)器。2．基本組合邏輯單元包括傳輸門、多路選擇器、譯碼器、比較器、編碼器。2．基本組合邏輯單元包括傳輸門、多路選擇器、譯碼器、比較器、編碼器。3.基本存貯單元包括各類邊緣敏感受發(fā)器。4．基本時(shí)序單元包括位移寄存器、計(jì)數(shù)器、桶形移位器、狀態(tài)發(fā)生器。5.數(shù)據(jù)調(diào)整單元包括加法器、乘法器。4.3CMOS組成的基本單元

4.3.1“與非”、“或非”和“與或非”門

2輸入端的“與非”門電路及符號(hào)示于圖中2輸入端的“或非”門示于圖中

最值得留意的一種是“與或非”門電路，它示于圖4-8中它的電路特殊簡(jiǎn)潔，但應(yīng)用很廣泛。4.3.2譯碼器、比較器和多路選擇器

譯碼器、比較器構(gòu)成同步系統(tǒng)、限制系統(tǒng)和時(shí)序設(shè)備中基本的限制元件。譯碼器進(jìn)行靜態(tài)的固定值比較。比較器則進(jìn)行寄存器與寄存器之間的可變值的比較。譯碼器是一個(gè)能夠識(shí)別給定輸入狀態(tài)的電路，它主要有下列幾種：1．單態(tài)譯碼器：只識(shí)別一種輸入狀態(tài)。2.多態(tài)譯碼器：能識(shí)別幾種輸入狀態(tài)。3.全態(tài)譯碼器：它有分開的輸出線，分別對(duì)應(yīng)于2n個(gè)可能輸入狀態(tài)之一,其中n為輸入線的數(shù)目。4.簡(jiǎn)化全態(tài)譯碼器：簡(jiǎn)化全態(tài)譯碼器的電路和全態(tài)譯碼器相像，但是把其中某些輸出線用“或”門連起來(lái)了，故輸出線較少。譯碼器可以有允許線（使能信號(hào)輸入）。譯碼器對(duì)于每一種輸入狀態(tài)，應(yīng)留意視察分析其各輸出線上的狀態(tài)變更。譯碼器很簡(jiǎn)潔產(chǎn)生假信號(hào)和尖峰(毛刺),故運(yùn)用時(shí)須特殊當(dāng)心。比較器的功能與譯碼器相像，只不過(guò)它進(jìn)行寄存器和寄存器的比較。等值比較器的一般電路圖示于圖4-11。多路選擇器

多路選擇器是一種選擇電路，它能夠從兩個(gè)或多個(gè)輸入信號(hào)中選擇一個(gè)輸出。

圖中給出一個(gè)用“與或非”門實(shí)現(xiàn)的兩輸入多路選擇器電路以及對(duì)應(yīng)得的電路符號(hào)，。

4.3.3傳輸門和三態(tài)緩沖器

傳輸門體現(xiàn)CMOS電路的一種特有運(yùn)用方式。傳輸門是一種很重要的基本電路，它是一種具有兩種狀態(tài)(高阻抗?fàn)顟B(tài)和低阻抗?fàn)顟B(tài))的真正開關(guān)。4.3.4邊緣敏感受發(fā)器邊緣敏感受發(fā)器是靜態(tài)同步ASIC的基本存儲(chǔ)元件。其基本功能是。在時(shí)鐘的上升沿，輸入d的邏輯狀態(tài)被鎖存于輸出端q(并且其互補(bǔ)值鎖存于q的互補(bǔ)端)。這兩個(gè)輸出端的狀態(tài)始終保持到下一個(gè)時(shí)鐘上升沿為止?；具壿嫻δ軉卧盘?hào)的命名與信號(hào)相關(guān)的有效電平高電平有效（activehigh）低電平有效（activelow）有反相圈的引腳表示低電平有效給定邏輯功能只在符號(hào)框的內(nèi)部發(fā)生READYREQUESTGOREADY_LREQUEST_LGO_L信號(hào)名和有效電平等效門符號(hào)（摩根定理）反相器緩沖器“圈到圈”的邏輯設(shè)計(jì)電路定時(shí)傳播延遲propagationdelay——信號(hào)通路輸入端的變更引起輸出端變更所需的時(shí)間tpHL和tpLH可能不同電路定時(shí)傳播延遲propagationdelay定時(shí)分析：取最壞狀況延遲tpHL和tpLH可能不同最大延遲典型延遲最小延遲’08’08’04’32’32’32P233表5-215202222電路定時(shí)定時(shí)圖（時(shí)序圖）timingdiagramGOREADYDATtDATtDATGOREADYDATtRDYtRDY電路定時(shí)GOREADYDATGOREADYDATtRDYmintRDYmax定時(shí)圖（時(shí)序圖）timingdiagram電路定時(shí)WRITE_LDATAOUTDATAINtOUTmaxtsetuptOUTmin常用組合邏輯功能電路編碼器譯碼器多路復(fù)用器奇偶校驗(yàn)比較器加法器譯碼器和編碼器多輸入、多輸出電路譯碼器（decoder）一般來(lái)說(shuō)，輸出編碼比輸入編碼位數(shù)多編碼器（encoder）輸出編碼比輸入編碼位數(shù)少，則常稱為編碼器使能輸入輸入編碼輸出編碼映射使能輸入有效才能實(shí)現(xiàn)正常映射功能一種最常用的狀況使能輸入編碼輸出編碼映射譯碼器（decoder）編碼器（encoder）n位二進(jìn)制碼2n中取1碼使能輸入編碼輸出編碼映射2n中取1碼n位二進(jìn)制碼譯碼器（decoder）二進(jìn)制譯碼器2-4譯碼器Y0Y1Y2Y3I0I1EN

0XX00001000001101001011001001111000輸入ENI1I2輸出Y3Y2Y1Y02-4二進(jìn)制譯碼器真值表譯碼器（decoder）

0XX00001000001101001011001001111000輸入ENI1I2輸出Y3Y2Y1Y02-4二進(jìn)制譯碼器真值表Y0=EN·(I1’·I2’)Y1=EN·(I1’·I2)Y2=EN·(I1·I2’)Y3=EN·(I1·I2)Yi=EN·mi0000000100000010000001000000100000010000001000000100000010000000000001010011100101110111I2I1I0Y7Y1Y0Y2Y3Y4Y5Y63-8二進(jìn)制譯碼器真值表3-8譯碼器I2I1I0Y0Y1Y7Yi=EN·mi1111111011111101111110111111011111101111110111111011111101111111大規(guī)模元件的邏輯符號(hào)Y0Y1Y2Y3GAB1/274x139Y0Y1Y2Y3GAB1/274x139Y0Y1Y2Y3GAB1/274x139G_LABY0_LY1_LY2_LY3_L雙2-4譯碼器74x13974x1391XX1111

0001110

0011101

0101011

0110111輸入GBA輸出

Y3_LY2_LY1_LY0_L1/274x139雙2-4譯碼器真值表3-8譯碼器74x138G1G2A_LG2B_LY3=G1·G2A·G2B·C’·B·A使能選擇Y3_L=Y3’=(G1·G2A_L’·G2B_L’·C’·B·A)’=

G1’+G2A_L+G2B_L+C+B’+A’N0N1N2N3EN_L+5VD0_LD7_LD8_LD15_L用74x138設(shè)計(jì)4-16譯碼器思路：16個(gè)輸出須要片74x138？Y0Y7ABCG1G2AG2BY0Y7ABCG1G2AG2BU1U2任何時(shí)刻只有一片在工作。4個(gè)輸入中，哪些位限制片選哪些位限制輸入思索：用74x138設(shè)計(jì)5-32譯碼器32個(gè)輸出須要多少片74x138？限制任何時(shí)刻只有一片工作——利用使能端5個(gè)輸入的低3位限制輸入5個(gè)輸入的高2位限制片選——利用2-4譯碼器二－十進(jìn)制譯碼器輸入：BCD碼輸出：十中取一碼Y0Y9I0I1I2I3多余的6個(gè)狀態(tài)如何處理？輸出均無(wú)效：拒絕“翻譯”作為隨意項(xiàng)處理——電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔二-十進(jìn)制譯碼器00000001001000110100010101100111100010011010101111001101111011110111111111101111111111011111111110111111111101111111111011111111110111111111101111111111011111111110111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111I3

I2

I1

I00123456789Y0_L

Y9_L偽碼任意項(xiàng)七段顯示譯碼器abcdefgdp公共陰極abcdefgdp常用的有：半導(dǎo)體數(shù)碼管（LED）液晶數(shù)碼管（LCD）abcdefgdp公共陽(yáng)極七段顯示譯碼器輸入信號(hào)：BCD碼（用A3A2A1A0表示）輸出：七段碼（的驅(qū)動(dòng)信號(hào)）a~g1表示亮，0表示滅abcdefg111111011011010011111七段顯示譯碼器的真值表00000001001000110100010101100111100010011010101111001101111011111111110011000011011011111001011001110110110011111111000011111111110011000110100110010100011100101100011110000000A3

A2

A1

A0abcdefg0123456789101112131415BCD-

七段顯示譯碼器的卡諾圖Ya=A3A2A2A0+A3A1+A2A0Yb=A3A1+A2A1A0+A2A1A0BCD-

七段顯示譯碼器的卡諾圖Yc=A3A2+A2A1A0Yd=A2A1A0+A2A1A0+A2A1A0BCD-

七段顯示譯碼器的卡諾圖Ye=A2A1+A0Yf=A3A2A0+A1A0+A2A1BCD-

七段顯示譯碼器的卡諾圖Yg=A3A2A1+A2A1A0邏輯圖：P261圖5－45編碼器（encoder）二進(jìn)制編碼器A0A1A2I0I1I71000000000001000000001001000000100001000001100001000100000001001010000001011000000001111I0I1I2I3I4I5I6I7A2A1A03位二進(jìn)制編碼器的真