Berezka7km.ru

Березка 7км
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Русские Блоги

Русские Блоги

Verilog HDL синхронный сброс и асинхронный сброс (поворот)

содержание

Перед тем, как выбрать стратегию сброса в реальном проекте, необходимо рассмотреть многие вопросы проектирования, такие как использование синхронного сброса или асинхронного сброса или синхронного релиза с асинхронным сбросом (асинхронный сброс, синхронный сброс или синхронизированный асинхронный сброс), а также необходимость срабатывания каждого триггера. сбросить. Основная цель сброса — заставить устройство войти в определенное состояние, которое может работать стабильно, что предотвращает переход устройства в случайное состояние после включения и заставляет его убегать. В фактическом процессе проектирования проектировщик должен выбрать метод сброса, наиболее подходящий для самой конструкции.

1. Синхронный сброс

Синхронный сброс относится к Сигнал сброса действителен только при наступлении нарастающего фронта тактового сигнала. . Код синхронного сброса RTL:

Аппаратная схема, синтезированная этим кодом, показана на рисунке ниже:

Синхронные схемы также обладают метастабильностью, но вероятность меньше, чем у схем асинхронного сброса.

Когда входной вывод Din находится на высоком уровне, а время снятия сигнала сброса находится в пределах Tsu и Th clk, последует метастабильное состояние. Как показано на временной диаграмме, когда время отмены сброса находится в clk Tsu с Th Внутри входные данные равны «1», а данные после прохождения и входные данные также находятся в Tsu и Th clk, поэтому это обязательно вызовет метастабильную ситуацию, аналогичную получению асинхронного сигнала;

2. Асинхронный сброс

Асинхронный сброс относится к Независимо от прихода фронта тактового сигнала, пока действителен сигнал сброса, система будет перезагружена. . Код RTL асинхронного сброса:

Аппаратная схема, синтезированная этим кодом, показана на рисунке ниже:

Если отмена первого сигнала находится в пределах Trecovery и Tremoval, это неизбежно приведет к метастабильному состоянию. Выход будет колебаться после времени Tc2q фронта тактового сигнала и стабилизируется на определенном уровне после времени Tmet, а время Tmet — это время принятия решения, которое приведет к сбою сброса. Весь процесс показан на рисунке ниже:

3. Сравнение синхронного / асинхронного сброса

Преимущества синхронного сброса:

  • Как правило, можно гарантировать, что цепь на 100% синхронизирована.
  • Убедитесь, что сброс происходит только на допустимом фронте тактового сигнала, который можно использовать как средство для фильтрации сбоев.

Недостатки синхронного сброса:

  • Эффективная продолжительность сигнала сброса должна быть больше, чем тактовый цикл, чтобы система действительно распознала его и завершила сброс. В то же время необходимо учитывать такие факторы, как рассогласование тактовых импульсов, задержка тракта комбинационной логики и задержка сброса.
  • Поскольку большинство триггеров в целевой библиотеке производителя имеют только порты асинхронного сброса, использование синхронного сброса потребует больше логических ресурсов.

Преимущества асинхронного сброса:

  • Сигнал асинхронного сброса легко идентифицировать, и можно легко использовать глобальный сброс.
  • Поскольку большинство триггеров в целевой библиотеке производителя имеют порты асинхронного сброса, можно сэкономить логические ресурсы.

Недостатки асинхронного сброса:

  • Сигнал сброса подвержен ошибкам.
  • Когда время окончания сброса находится в пределах окна метастабильного состояния, невозможно определить, является ли текущее состояние сброса 1 или 0, что приведет к метастабильному состоянию.

4. Асинхронный сброс и синхронный выпуск

Вышеуказанные недостатки могут быть устранены за счет использования асинхронного сброса и синхронного сброса. Так называемый асинхронный сброс, синхронное освобождение означает, что он не синхронизируется тактовым сигналом при поступлении сигнала сброса, но синхронизируется тактовым сигналом при высвобождении сигнала сброса.

Вообще говоря, синхронные системы используют асинхронный сброс. Это связано с тем, что реализация схемы синхронного сброса тратит больше ресурсов схемы, чем реализация схемы асинхронного сброса.
Сигнал сброса, который не был обработан с помощью "асинхронного сброса, синхронного освобождения" в тактовой области этого модуля. Когда он предоставляется этому модулю для асинхронного сброса, он должен быть " асинхронный сброс, синхронный выпуск ». Это обычное явление, когда два компонента в системе не находятся в одной и той же области часов.

Читайте так же:
Счетчик численности населения нашей планеты

В инженерной практике я действительно видел высокую вероятность того, что система выйдет из строя из-за процесса синхронизации без асинхронного сброса (объем сброса очень велик)

4.1. Принцип асинхронного сброса и синхронного сброса

Реализация кода Verilog:

Сигнал сброса, обрабатываемый функцией reset_gen, в процессе сброса асинхронного сброса, сигнал сброса непосредственно воздействует на терминал rst_sync_n, который играет роль асинхронного сброса;

Когда сигнал сброса высвобождается, вход триггера первого уровня равен Vcc, который равен 1. После следующего тактового импульса он синхронизируется с триггером второго уровня для достижения синхронизации освобождения;

В чем разница между синхронной и асинхронной передачей данных

При синхронной передаче данных передатчик и приемник синхронизируются с одним и тем же тактовым импульсом. При асинхронной передаче данных передатчик и приемник не используют общий сигнал синхронизаци

В чем разница между синхронной и асинхронной передачей данных

Содержание:

При синхронной передаче данных передатчик и приемник синхронизируются с одним и тем же тактовым импульсом. При асинхронной передаче данных передатчик и приемник не используют общий сигнал синхронизации. Это главное отличие между синхронной и асинхронной передачей данных.

Передача данных — это процесс отправки данных от отправителя (отправителя) к получателю. Это может быть синхронно или асинхронно. Синхронная передача данных использует синхронизированные часы для передачи данных. Напротив, асинхронная передача данных использует метод управления потоком для отправки начальных и конечных битов с данными.

Ключевые области покрыты

1. Что такое синхронная передача данных
— определение, функциональность
2. Что такое асинхронная передача данных
— определение, функциональность
3. В чем разница между синхронной и асинхронной передачей данных
— Сравнение основных различий

Основные условия

Асинхронная передача данных, синхронная передача данных

Что такое синхронная передача данных

При синхронной передаче данных передатчик и приемник синхронизируются и используют общий синхронизирующий сигнал. Он использует сигналы синхронизации для синхронизации. Здесь данные текут как непрерывный поток один за другим. Передатчик отправляет данные, а получатель подсчитывает количество бит в полученных данных. Кроме того, между данными нет пробелов. В этом методе сигналы синхронизации должны быть точными для эффективной передачи данных. Более того, этот метод быстрее, чем асинхронная передача данных.

Рисунок 1: Синхронная и асинхронная передача данных

В цифровой системе, если другие регистры используют одни и те же часы с регистрами ЦП, передача данных между ЦП и устройствами ввода и вывода является синхронной передачей данных. Оба эти устройства получают тактовые импульсы от общего генератора импульсов.

Что такое асинхронная передача данных

При асинхронной передаче данных передатчик и приемник работают на разных тактовых частотах. Он использует стартовые и стоповые биты для данных. Согласно приведенному выше примеру (фиг.1), каждый байт данных внедряется в начальный и конечный биты. «0» обозначает начальный бит, а «1» обозначает конечный бит. «1» и «0», выделенные красным цветом, являются начальным и конечным битами. Кроме того, синхронизация не является важным фактором в асинхронной передаче данных.

В цифровой системе, если другие регистры и регистры ЦП используют свои собственные частные часы, они имеют разные сигналы синхронизации. Следовательно, процессор и устройства ввода и вывода должны координировать передачу данных. Это называется асинхронной передачей данных.

Читайте так же:
Где узнать дату поверки счетчика

Разница между синхронной и асинхронной передачей данных

Определение

Синхронная передача — это метод передачи данных, который отправляет непрерывный поток данных в приемник, используя регулярные сигналы синхронизации, что обеспечивает синхронизацию как передатчика, так и приемника. И наоборот, асинхронная передача данных — это метод передачи данных, который отправляет данные от передатчика к приемнику с битами четности (начальным и конечным битами) в неравных интервалах. Таким образом, это объясняет принципиальную разницу между синхронной и асинхронной передачей данных.

При синхронной передаче данных отправитель и получатель работают на одинаковых тактовых частотах, тогда как при асинхронной передаче данных отправитель и получатель работают на разных тактовых частотах. Следовательно, в этом заключается основное различие между синхронной и асинхронной передачей данных.

Скорость передачи данных

Скорость передачи данных — это еще одно различие между синхронной и асинхронной передачей данных. Синхронная передача быстрее, чем асинхронная передача.

Старт и Стоп Биты

При синхронной передаче не возникает никаких дополнительных затрат на дополнительные стартовые и стоповые биты. С другой стороны, асинхронная передача данных использует стартовые и стоповые биты.

Разрыв между данными

При синхронной передаче данных нет промежутков между данными и потоками данных в виде непрерывного потока. Однако при асинхронной передаче данных между данными могут быть промежутки.

Интервалы времени

Синхронная передача использует постоянные интервалы времени. Напротив, асинхронная передача использует случайные или нерегулярные интервалы времени. Это еще одно различие между синхронной и асинхронной передачей данных.

Примеры

Например, чаты и видеоконференции используют синхронную передачу данных, в то время как электронные письма используют асинхронную передачу данных.

Заключение

Основное различие между синхронной и асинхронной передачей данных заключается в том, что при синхронной передаче данных передатчик и приемник синхронизируются с одним и тем же тактовым импульсом, тогда как при асинхронной передаче данных передатчик и приемник не используют общий синхронизирующий сигнал.

Ссылка:

1. Синхронная передача данных | COA, Образование 4u, 11 декабря 2017 года,

Счетчики. Анализ и синтез

Знакомство с принципом действия счетчиков различных типов.

Овладение методикой синтеза синхронных счетчиков с произвольным модулем счета.

Ознакомление с особенностями работы типовых счетчиков в интегральном исполнении.

2. Основные положения

Счетчиком называют цифровое устройство (цифровой автомат), сигналы на выходе которого, в определенном коде, отображают число импульсов, поступивших на счетный вход. Кроме того, в счётчиках выполняются такие микрооперации, как установка в исходное состояние, хранение и выдача слов. По мере поступления входных сигналов счетчик последовательно меняет свои состояния, образованные комбинациями состояний триггеров со счетным входом. Число разрешенных состояний счетчика называют модулем счета , коэффициентом пересчета или емкостью M (в общем случае , где n — число триггеров или двоичных разрядов счетчика). Счетчики классифицируют по значению модуля, направлению счета и способу организации межразрядных связей.

По значению модуля счета различают: двоичные (), двоично-кодированные с произвольным модулем , с одинарным кодированием и др.

По направлению счета: суммирующие (прямого счета — Up — counter ), вычитающие (обратного счета — Down — counter ) и реверсивные ( Up — Down — counter ).

По способу организации межразрядных связей различают счетчики с последовательным , параллельным и комбинированным переносами.

Кроме того, все перечисленные типы счетчиков принято делить на два вида: синхронные и асинхронные . При этом в асинхронных счетчиках изменение его состояния, вызванное воздействием очередного импульса, характеризуется последовательным во времени изменением состояний триггеров (как правило, это счетчики с последовательным переносом). В синхронных счетчиках смена состояний характеризуется одновременным во времени изменением состояний его триггеров. В этом качестве синхронные счетчики образуют один из видов синхронных автоматов, потому к ним может быть применена и стандартная методика синтеза этого класса автоматов.

Читайте так же:
Счетчик для счета людей

Определим некоторые закономерности двоичных счётчиков. Соответствие между числом входных импульсов и состояниями 3-разрядного двоичного счетчика (прямой и обратный счет) представлено в табл. 3.1. Рассматривая табл. 3.1 для прямого счета, можно отметить две закономерности:

Значение переменной Q i изменяется тогда, когда переменная в соседнем младшем разряде Q i — 1 переходит из состояния «1» в состояние «0».

Значение выходной переменной Q i изменяется при поступлении очередного импульса счета в том случае, когда переменные во всех младших разрядах Q i — 1 , . Q 1 находятся в состоянии «1».

Первая закономерность указывает на возможность реализации счетчика асинхронного типа, вторая позволяет построить синхронный счетчик. Для вычитающего счетчика аналогичные закономерности можно сформулировать так:

1. Значение выходной переменной Q i изменяется, когда переменная в соседнем младшем разряде Q i — 1 переходит из состояния «0» в состояние «1».

2. Значение выходной переменной Q i изменяется при поступлении очередного импульса счета в том случае, когда все переменные в предыдущих младших разрядах Q i — 1 , . Q 1 находятся в состоянии «0».

Счетчики со сквозным переносом

Как известно, триггер i-го разряда переключается, если (i — 1)-й триггер к моменту поступления на его вход очередного счетного сигнала T’i-1 находился в единичном состоянии, т.е. имеет место Q’i-1T’i-1 = 1. Поэтому с целью ускорения переноса можно входной сигнал T’i‑1 пропустить на вход i-го триггера с помощью элемента И, минуя (i-1)-й триггер (рис 4).

Триггеры могут быть асинхронными и синхронными. Соответственно этому счетчики получаются асинхронными или синхронными. Счетчик на рис. 4 будет синхронным, если в качестве счетного входа использовать вход синхронизации С, показанный пунктиром.

Из временных диаграмм для асинхронного счетчика, представленных на рис. 4 в, видно, что благодаря схеме переноса на входы второго, третьего и т. д. триггеров транзитом передаются соответственно каждый второй, четвертый и т.д. входные импульсы. При этом прохождение импульсов на вход последнего триггера задерживается на время переноса

.

Время установления счетчика

.

Принимая во внимание, что время задержки прохождения сигнала через ЛЭ И меньше, чем через триггер, выигрыш в быстродействии у счетчиков со сквозным переносом по сравнению со счетчиками с последовательным переносом очевиден. Однако здесь, больше объем оборудования.

У синхронного счетчика со сквозным переносом счетным входом является объединенный вход синхронизации C всех триггеров, благодаря чему они переключаются одновременно. Информационный вход первого триггера становится входом разрешения режима счета Е (на рис. 4, а обозначение входов для данного варианта показано в скобках, а условное изображение приведено на рис. 4,г). При E’ = 1 все сигналы T’I = 0, и счетчик находится в режиме хранения. При Е’ = 1 устанавливается режим счета.

Время переноса и время установления здесь такие же, как и у асинхронного счетчика. Однако поскольку в асинхронном счетчике в течение всего времени TУСТ идет непрерывное (с задержкой tЗД.СР) переключение триггеров, то для съема информации необходимо дополнительное время, т.е. увеличение периода следования входных импульсов. В синхронном счетчике триггеры переключаются одновременно (по счетному импульсу) и лишь потом происходит перенос в цепи логических элементов. Значит, для съема информации дополнительного времени не требуется – можно использовать время TПЕР. В этом смысле быстродействие синхронного счетчика выше, чем асинхронного.

4. Счетчики и делители с коэффициентом пересчета, отличным от 2 n

Читайте так же:
Обнуление счетчика canon ip5200

Большое распространение получили счетчики и делители с Kn ≠ 2 n . Так, в цифровых индикаторных устройствах доминируют двоично-десятичные счетчики (Kn = 10).

Принцип построения счетчиков с Kn ≠ 2 n сводится к следующему. Берут такое число n триггеров, чтобы выполнялось условие

.

Затем схемным путем исключают 2 n -Kn, избыточных состояний. Чаще всего исключают старшие состояния, реже – младшие или промежуточные. Делается это либо с помощью дешифратора определенного состояния, который своим выходным сигналом принудительно устанавливает счетчик в исходное состояние, либо с помощью обратных связей между триггерами.

На рис. 5 приведен пример декадного (двоично-десятичного) счетчика с исключением старших избыточных состояний.

Начальное состояние у него нулевое: A <0000>. При поступлении входных импульсов счет идет как в обычном двоичном счетчике. Как только устанавливается состояние A10 <1010>, на выходе элемента И, играющего роль дешифратора, вырабатывается сигнал y=Q1Q3=1, и счетчик принудительно переводится в начальное состояние A.

Примером использования обратных связей для исключения избыточных состояний может служить ИС 133ИЕ2 (рис. 6,а). Она содержит T-триггер D1 и двоично-пятеричный счетчик на триггерах D2, D3, D4. Благодаря обратной связи с выхода Q3 триггера D4 на вход J триггера D2, а также обратной связи в самом триггере D4 (с выхода Q3 на вход К), обеспечивается соответственно блокировка действия пятого счетного импульса на триггер D2 и установка триггера D4 пятым импульсом в нулевое состояние (рис. 6,б). Таким образом, после пятого импульса получается A <000>.

Если выход Q триггера D1 соединить со входом +1СТ, а счетные импульсы подавать на вход +1Т, то счетчик становится двоично-десятичным с Kn = 10.

Как отмечалось ранее, принцип построения делителей во многом аналогичен принципу построения счетчиков. Они имеют, как правило, один выход, на котором за интервал пересчета появляется импульсов в коэффициент деления раз меньше, чем поступают на вход

.

Выделяются эти импульсы с помощью дешифратора состояний.

Менять коэффициент KДЕЛ в делителях можно так же, как счетчиках с Kn ≠ 2 n , т.е. путем исключения различного числа избыточных состояний, но и программно – с помощью внешних управляющих сигналов. Такой способ реализован, например, в ИС 564ИЕ15. Она позволяет получать КДЕЛ = 3. 21327 с шагом единица.

Нашел распространение также способ, при котором коэффициент пересчета счетчика, составляющего основу делителя, не меняется, а производится выбор дешифраторов, настроенных на выделение различных состояний счетчика. Данный способ построения делителей иллюстрируется на примере ИС 133ИЕ8 (рис. 7).

Делитель состоит из шестиразрядного двоичного счетчика с параллельным переносом, дешифраторов состояний на ЛЭ1…ЛЭ6, выходы которых объединены в один выход y элементом ИЛИ-НЕ (ЛЭ7), а также дешифратора-формирователя сигнала переноса CR и вспомогательных логических элементов. Каждый дешифратор включается в работу при подаче на него управляющего сигнала K’i = 1.

Дешифраторы настроены на выделение неодинаковых состояний. Например, дешифратор на ЛЭ1 выделяет состояния 0, 2, 4 и т.д. через 2, на ЛЭ2 — 1, 5, 9 и т. д. через 4 на ЛЭ3 – 3, 11, 19 и т.д. через 8. Поэтому сигналы (импульсы) на выходах дешифраторов во времени не совпадают, и на общем выходе y получается их сумма.

Таким образом, за один цикл работы, который содержит 2 6 = 64 входных импульсов, число импульсов на выходе y будет меньше и определяется числом

в соответствии с кодовой комбинацией на входах K…K5. Коэффициент деления

.

Если только один из сигналов K’i = 1, то NВЫХ = 2 i и коэффициент деления – целое число. В остальных случаях коэффициент деления – число дробное.

Следует обратить внимание на то, что если входная последовательность импульсов периодическая, то выходная последовательность будет периодической только тогда, когда коэффициент деления — целое число, в других случаях выходные импульсы распределены во времени неравномерно.

Читайте так же:
Rust как включить счетчик fps

С целью увеличения диапазона перестройки коэффициента деления, микросхемы соединяют последовательно. Сигналы переноса играют роль входных по отношению к последующим микросхемам.

Счетчики (суммирующие, вычитающие и реверсивные): принципы построения и работа счетчиков, счетчики с произвольным коэффициентом пересчета

Счетчик — это устройство, которое служит для отслеживания количества каких-либо событий .
Счетчик — это автомат, служащий для учета количества событий .

Содержание

Классификация

Счетчики классифицируются по следующим параметрам:

  • суммирующие
  • вычитающие
  • реверсивные
  • с произвольным порядком пересчета
  • синхронные
  • асинхронные

по типу формирования переноса внутри счетчика

  • с последовательным
  • с параллельным
  • с комбинированным
  • с функцией установки произвольного числа
  • с установкой в ноль

Счетчик называют полным, если количество устойчивых состояний на выходе равно 2 n , где n-число выходов счетчика

Последовательные суммирующие счетчики

Счетчики с последовательным переносом

Рис.2 Временные диаграммы

Т-триггер простейший вид счетчика, который делит все импульсы на четные и нечетные .Если на входе триггера частота F, то на его выходе F/2. Следовательно Т-триггер может использоваться в качестве делителя на 2. Несмотря на то, что скважность входных импульсов может быть произвольной на выходе скважность равна 2.

Рис.3 Суммирующий счетчик с последовательным переносом

Последовательный суммирующий счетчик — такой счетчик, у которого переключение каждого разряда осуществляется в тот момент времени, когда все предыдущие разряда равны 1. Каждый разряд, подключенный последовательно приводит к увеличению значения в 2 раза. Время установки счетчика: T=N⋅t. Так как нельзя подавать сигнал до того времени, пока не установится счетчик, имеем максимальную частоту: Fmax⩽1/T.То есть с повышением разрядов понижаем частоту сигнала.

Счетчики с параллельным переносом

Рис.4 Суммирующий счетчик с параллельным переносом

Переключение зависит от того, в каком состоянии находятся предыдущие, то есть Qi меняет состояние в 1, если все Qj,j<i были равны 1. Схема осуществляет переключение одновременно на всех триггерах, следовательно время установки нового значения равно времени установки триггера. Конъюнктурами D5,D6 задаем условие переключения соответствующих триггеров.Максимальная частота: Fmax⩽1tk+t. На время установки конъюнктор не влияет, но влияет на частоту , так как должно пройти время после установки триггера на переключение в новое состояние. Счетчик работает быстрее, и все значения на выходе изменяются одновременно — синхронный счетчик

Счетчики с комбинированным переносом

Последовательные вычитающие счетчики

Рис.5 Вычитающий счетчик

Рис.6 Временные диаграммы вычитающего счетчика

Переключение i-ого разряда осуществляется тогда, когда все разряды от 0-ого до (i-1)-ого равны нулю.

Рис.7 Вычитающий счетчик

Сигнал снимается с инверсного выхода.

Реверсивные счетчики

Реверсивный счетчик складывает(по фронту) и вычитает(по спаду) одновременно. Для сброса в нулевое состояние используется универсальный триггер.

Рис.8 Реверсивный счетчик

Схема счетчика с предустановкой

Рис.9 Счетчик с сигналом предустановки

Построение счетчиков с произвольным модулем пересчета

Основа — 4-х разрядный суммирующий счетчик. Когда на выходе счетчика значение "10", то на выходе & логическая "1", которая устанавливает счетчик в нулевое(начальное) состояние.

Рис.10 Счетчик, считающий по mod10

Рис.11 Временные диаграммы

Кольцевые счетчики

Рис.12 Кольцевой счетчик, считающий по mod3

Счетчики на JK-триггерах

Добавление дополнительных состояний

Рис. 13 Добавление нового состояния

С приходом n-ого импульса счетчик переключается в 0, а добавленный триггер в 1. С приходом следующего импульса счетчик не переключается, а добавленный триггер

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector