Elektronik 3

16 Zustandsmaschine

Prof. Dr.

Jörg Vollrath

15 Register

Video der 16. Vorlesung (24.11.2021)

Länge: 1:11:00

0:0:0 Setup und Hold Zeiten

0:2:45 Erläuterung am Bild

0:4:15 LTSPICE simulation Setup Zeit mit DFF mit CLR

0:6:10 Simulationsergebnis

0:7:50 Ablesen der Zeiten

0:9:45 Genauere Simulation tSetup

0:14:10 Maximale Frequenz (fCLK)

0:20:15 DFF Eingänge und Ausgänge, CE, R, TE, TDI, TDO

0:22:25 Zustandsdiagramm und Zustandstabelle

0:28:15 Bauen Sie einen Modulo 5 Zähler

0:30:55 Schritte zur Lösung

0:35:15 Zählsequenz

0:37:25 Zustandsdiagramm

0:38:25 Zustandstabelle

0:40:15 Beschriftung der Zustandstabelle

0:40:55 Warum die letzten 3 Zeilen?

0:42:30 Ausgangsmuster bestimmen

0:45:30 Werkzeuge zur Schaltungsrealisierung?

0:48:10 Zeile die eine '1' ergibt

0:51:4 B1(n+1)

0:53:44 LTSPICE Schaltung

0:58:27 Simulationsergebnis

1:0:37 Diskussion des Ergebnisses

1:2:24 Zustandstabelle und Vereinfachung

Video der 16. Vorlesung (8.12.2023)

Länge: 1:11:00

0:0:0 Video Digitaltechnik

0:0:50 D Flip Flop, positiv flankengesteuert

0:1:43 Eingänge, Zustände, Ausgänge

0:2:0 Test

0:4:32 Scan Test, Scan Flip Flop, Register

0:5:32 Logik, Verzögerung, setup und hold Zeit

0:7:13 fmax = 1/ Tmax = 1/(tPDDFF+tPDLogik + tsetup)

0:8:58 Leistungsverbrauch und Begrenzung der Integration

0:12:57 Diskussion Arbeitsspeicher und Spannungspegel

0:15:50 Zustandstabellen

0:17:38 Modulo 5 Zähler

0:19:0 Projektplanung Aufgabenstellung klären

0:20:15 Sequenz 0,1,2,3,4,0,1,2,3,4

0:21:13 Blockdiagramm Zustandsmaschine

0:21:50 Sum of Product SOP

0:24:30 Zustandsnamen

0:25:30 Reset Diskussion

0:27:30 Möglichkeiten, Zeilen der Zustandstabelle

0:28:30 Zustand n+1

0:35:35 Zustandsgraph

0:37:47 Eintragen jeder Zeile als Pfeil

0:39:21 Zustandsdiagramm

0:40:13 MSB LSB, Reihenfolge und Gewichtung der Stellen

0:42:13 Vorteile eines Zustandsdiagramms

0:44:21 Sum of products '1'er am Ausgang werde mit UND Funktion dargestellt

0:46:13 Z2n+1

0:47:40 Z0n+1

0:49:19 Schaltplan Eingänge und Inverter

0:50:40 NAND Schaltung für SoP

0:53:8 Z1n+1

0:54:46 Z0n+1

0:55:48 Diskussion Optimierung

0:57:17 Versuch Digitaltechnik

0:59:20 Aufbau im Video

1:0:2 Test der Schaltung

1:0:56 Programmierbarer Logikbaustein

1:2:59 Diskussion Test und Verifikation, Messung

1:5:56 Zustandstabelle und Minimierung Karnaugh Veitch

1:8:46 Schaltplan

1:9:53 Zeitsimulation mit LTSPICE und überprüfen des Ergebnisses

Rückblick und Heute

Rückblick:

VHDL Beschreibung eines Schaltwerkes
Abfrage eines Tasters
Hierarchie in VHDL
Zustandsmaschinen

Heute:

Zustandsdiagramme
Modulo 5 Zähler
Spezifikation: Symbol, Zeitverhalten
Zustandsdiagramm, Zustandstabelle, Minimalform
VHDL Beschreibung und Test
Schaltplan, LTSPICE und Test
Ampelsteuerung, MP3 player

Lesen:

Zustandsdiagramm, Zustandsgraph

Einzelne Zustände werden als Kreise dargestellt.
Im Kreis ist die Zustandsinformation
Zustandsübergänge werden mit Pfeilen gekennzeichnet.
Am Pfeil stehen die auslösenden Signale

Nr	UD	S_n	S_n+1
0	0	0 0	1 0
1	0	0 1	0 0
2	0	1 0	0 1
3	0	1 1	1 0
4	1	0 0	0 1
5	1	0 1	1 0
6	1	1 0	0 0
7	1	1 1	0 0

Ein Zustandsdiagramm benötigt immer eine Legende, damit man weiss was dargestellt wird.

Modulo 5 Zähler: Aufgabenstellung

Bauen Sie einen Modulo 5 Zähler.

Modulo 5 Zähler: Zustandsdiagramm

3 Speicherzellen
8 Zustände
5 Zustände werden benutzt.
Kein Signal an den Pfeilen, da die Zustandsänderung auf jeden Fall durchgeführt wird.

Modulo 5 Zähler: Zustandstabelle

Eine Zustandstabelle wird erzeugt und mit Karnaugh Veitch minimiert.

Clk Nr	B_n	B_n+1
0	0 0 0	0 0 1
1	0 0 1	0 1 0
2	0 1 0	0 1 1
3	0 1 1	1 0 0
4	1 0 0	0 0 0
5	1 0 1	D/0 D/1 D/0
6	1 1 0	D/0 D/1 D/0
7	1 1 1	D/1 D/0 D/0

B0_n+1=/B0_n·/B2_n

B1_n+1=(B0_n·/B1_n) + (/B0_n·B1_n)

B2_n+1= B0_n·B1_n

Modulo 5 Zähler: Schaltungsrealisierung

LTSPICE code

Man sieht eine typische Medwedew-Zustandsmaschine. Die Ausgänge werden für die Erzeugung des nächsten Zustands invertiert und nichtinvertiert links bereitgestellt.
Die disjunktive Normalform wird durch NAND Gatter in der Mitte dargestellt.
Je nach logischer Verknüpfung werden mehrere NAND Gatter zusammengeschaltet und mit den entsprechenden Signalen verbunden.

Modulo 5 Zähler: Schaltungssimulation