Digitaltechnik

05 MUX, VHDL

Prof. Dr.

Jörg Vollrath

04 Verzögerungszeiten und Normalform

Ein kurze Videozusammenfassung der Vorlesung

Länge: 5:01 min

Übungsaufgabe: Realisierung einer NAND Verknüpfung mit einem Multiplexer

Länge: 3:23 min

Wiederholung und Heute

CD4007 und das Praktikum
Verzögerungszeiten
Normalform und sum of products (SOP)

Heute:

Schaltung zur Normalform
Multiplexer
VHDL

Implementierung von Logikfunktionen

CMOS Technik
NAND Gatter

AOI (AND, OR, INVERT) Logik

Dynamische Logik

Multiplexer

Anstiegszeit und Abfallszeit

Die Definition für die Anstiegszeit lautet: man nimmt die Zeiten bei denen 10% und 90% des Pegels VDD (Versorgungsspannung) erreicht wird.
Die Differenz der Zeiten ergibt die Anstiegszeit (Rise time) t_r=t₂-t₁.
Die Abfallzeit (Fall time) ist analog definiert t_f = t₄-t₃.
Dieses Bild gibt es auch bei Wikipedia.
Es ergibt sich durch diese spezifische Definition eine wiederholbare Messung.

Multiplexer und Demultiplexer

Funktion:

Die Konzentration von n Leitungen auf eine Leitung: Multiplexer
Die Verteilung von einer Leitung auf n Leitungen: Demultiplexer

Multiplexer:
Eingänge:
n Signale: D₀..D_n-1
i = ld(n) Auswahlsignale: A₀..A_i
Ausgang: Y

Anwendung

Vermittlung von Telefongesprächen, Internetverbindungen
Parallel-Serien- und Serien-Parallel-Umsetzung
Mikroprozessor zur Auswahl der Verarbeitungsoperation
Speicherglieder

2-1 Multiplexer

2 Eingänge n = 2; D0,D1
Steuervariable: log₂2 = 1; A
Y = (/A·D0)+(A·D1)
Wahrheitstabelle

Nr	A	D1	D0	Y
0	0	0	0	0; D0
1	0	0	1	1; D0
2	0	1	0	0; D0
3	0	1	1	1; D0
4	1	0	0	0; D1
5	1	0	1	0; D1
6	1	1	0	1; D1
7	1	1	1	1; D1

Nr	A	Y
0	0	D0
1	1	D1

UND Funktion mit Multiplexern

Kann man eine UND Funktion mit 2 Eingängen mit einem Multiplexer realisieren?

Beispiel: 4-1 Multiplexer

Wie sieht ein 4-1 Multiplexer aus?

DEMUX

Ein Eingang D wird auf die Ausgänge Y0, Y1 in Abhängigkeit von A verteilt. Erweiterung der Zustände:

U: undefined
D: Don‘t care
Hi-Z: Unverbunden (Der Widerstand Z ist hochohmig)

Nr	A	Y1	Y0
0	0	U	D
1	1	D	U

Nr	A	D	Y1	Y0
0	0	0	U	0
1	0	1	U	1
2	1	0	0	U
3	1	1	1	U

VHDL

VHDL: Wikipedia: Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language
Textuelle Beschreibung, Programmiersprache, Nebenläufigkeit
Verilog: Hardwarebeschreibungssprache

In dieser Vorlesung wird versucht mit minimalen Kenntnissen in begrenzter Zeit Hardware zu beschreiben und zu realisieren (FPGA).

Strategie

Kopieren, Modifizieren, Testen

Was erwarten Sie von einer Programmiersprache?

Darstellung boolescher Verknüpfungen

Schaltfunktion UND

Y = f(x1,x2) = x1 ^ x2 = x1 · x2

Wahrheitstabelle

x1	x2	Y
0	0	0
0	1	0
1	0	0
1	1	1

Schaltsymbol, Schaltverhalten

VHDL Beschreibung


entity und is port (
    X1,X2: in STD_LOGIC;
    Y: out STD_LOGIC);
end und;
architecture logic of und is
begin
    Y <= X1 and X2;
end;

VHDL Beschreibung

Steuerwörter:

Entity, is, port, end, architecture, of, begin, <=, and, end

Trennungszeichen

Strichpunkt ;

Programmierung durch Kopieren und Verändern.
Struktur

Entity: Schnittstelle: Eingänge und Ausgänge
architecture: Verbindung und Funktionen

VHDL Beschreibung


entity und is port (
    X1,X2: in STD_LOGIC;
    Y: out STD_LOGIC);
end und;
architecture logic of und is
begin
    Y <= X1 and X2;
end;

Fragen und Diskussion

Definieren Sie die Anstiegszeit.
Beschreiben Sie einen 4-1 Multiplexer.
Was ist eine verkürzte Wahrheitstabelle?
Welches Signal beobachtet man bei nicht ausgewählten Ausgängen eines Demultiplexers?
Was erwarten Sie von einer Programmiersprache?
Was erwarten Sie von einer IDE?
Diskutieren Sie Unterschiede und Gemeinsamkeiten zwischen JavaScript und VHDL.

06 VHDL Sprachelemente und Testbeschreibung

Begriffe

Begriff/Bauteil	Kenn ich nicht	Kenne ich	Verstehe ich	Kann ich erklären	Kann ich anwenden
Mikroprozessor

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2020 03 15 Digitaltechnik 05 MUX, VHDL Prof. Dr. Joerg Vollrath

Digitaltechnik

05 MUX, VHDL

Prof. Dr.

Jörg Vollrath

Ein kurze Videozusammenfassung der Vorlesung

Übungsaufgabe: Realisierung einer NAND Verknüpfung mit einem Multiplexer

Wiederholung und Heute

Implementierung von Logikfunktionen

Anstiegszeit und Abfallszeit

Multiplexer und Demultiplexer

2-1 Multiplexer

UND Funktion mit Multiplexern

Beispiel: 4-1 Multiplexer

DEMUX

VHDL

Strategie

Was erwarten Sie von einer Programmiersprache?

Darstellung boolescher Verknüpfungen

Schaltfunktion UND

Wahrheitstabelle

Schaltsymbol, Schaltverhalten

VHDL Beschreibung

VHDL Beschreibung

VHDL Beschreibung

Fragen und Diskussion

Begriffe