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Fachhochschule Regensburg Fachbereich Elektrotechnik
1. Übung aus Digitaltechnik 2
1. Aufgabe
Die folgende CMOS-Anordnung weist einen Fehler auf:
a) Worin besteht der Fehler ?b) Bei welcher Eingangskombination von A,B,C tritt der Fehler auf ?c) Was passiert bei den anderen Kombinationen ?d) Welches Gatter ergibt sich, wenn der Fehler behoben wird ?
Lösungen DT2 1 Kohlert
p
p
p
A
B
C
VDD
nn
Y
VSS
2. Aufgabe
Gegeben sei die folgende Anordnung aus Invertern und Transmission-Gates:
a) Welche logische Funktion wird durch die Anordnung realisiert ?b) Wie müßte eine Realisierung ohne Transmission-Gates (mit
üblichen Gattern) aussehen ?c) Wieviele Transistoren würde diese Realisierung benötigen ?
Lösungen DT2 2 Kohlert
1 1
A B
Y
3. Aufgabe
Realisieren Sie die dargestellte logische Funktion als Complex-Gate, also ohne hintereinandergeschalteteGatter:
Lösungen DT2 3 Kohlert
Lösungen DT2 4 Kohlert
Lösungen DT2 5 Kohlert
Lösungen DT2 6 Kohlert
Lösungen DT2 7 Kohlert
Lösungen DT2 8 Kohlert
Lösungen DT2 9 Kohlert
Lösungen DT2 10 Kohlert
Lösungen DT2 11 Kohlert
2. Aufgabe
Welche logische Funktion wird durch die nebenstehendeECL-Schaltung realisiert ?
Y ,A2�B0C�
Lösungen DT2 12 Kohlert
Vref2
Vcc = 0V
A
B
Iq
C
Vref1
Vee = -5.2V
3. Aufgabe
Welche Funktion wird durch die folgende ECL- Schaltung realisiert?
C,1 C,0 :
Stromfluss nur über T1,T2 oder T3möglich, T4, T5 ohne Einfluss =>
Q,A0B Q,A0B
C,0 C,1:
Rückgekoppelter Inverter(Latch):Alter Zustand wird gespeichert=> Ersatzschaltung:
C=1: Latch ist transparentC=0: Latch speichert
4. Aufgabe
Die nebenstehende D-Latch-Schaltung soll mit Hilfe von I2L-Gatternrealisiert werden.
a) Zeichnen Sie die Schaltung um, indem Sie die I2 L-typischen NAND-Gatter mit mehreren Ausgängen verwenden !
b) Zeichnen Sie die Schaltung auf Transistor-Ebene !
Lösungen DT2 13 Kohlert
CK
D
Q
Q
G1
G2G3
G4G5
G6
G7
A
VEE
C
C Iq
BT1
Vcc
VrefT2 T3 T4
Q
T5Q
1
CK 1
D 1
&&
&&
Q
Q
DLatch
CK Q
Q1
A
BC
Ucc
Gnd
CK
D
Q Q
G1 G2 G3 G4 G5 G6 G7
Fachhochschule Regensburg Fachbereich Elektrotechnik
6. Übung aus Digitaltechnik 2 /Lösung Blatt 1
1. Aufgabe
Die obige Schaltung zeigt einen seriellen 4Bit-Addierer.Die Register X und Y stellen parallel ladbare Schieberegister dar. Für LD/SH = 1 wird der parallelanstehende Wert in das Register übernommen, für LD/SH =0 wird der Inhalt jeweils um eine Stelle nachrechts verscho-ben. Beide Aktionen finden nur statt, wenn gleichzeitig das Steuersignal ansteht und eineansteigende CK-Flanke auftritt.
a) Zeichnen Sie den inneren Aufbau dieser Register (Gatterebene) !
Das Summenregister ist ein reines Schieberegister. Wie bei jedem Schieberegister können dieeingeschobenen Daten parallel entnommen werden.
Die beiden Summanden X und Y werden zunächst parallel in das X- bzw. Y-Register eingeschrieben (Steu-ersignal LDX,LDY). Durch entsprechendes Weiterschieben der Summanden können die Bits derSummanden im Volladdierer der Reihe nach aufaddiert werden, wobei der Übertrag in einem D-Flipflopzwischengespeichert wird. Mit Hilfe des Steuersignals RES_C wird das Übertragsflipflop zurückgesetzt.
Lösungen DT2 14 Kohlert
Volladdierer
Res_C
CK
CK Q
QY3 QY0
Q Q
QY2 QY1
Q
Q
LD_SH_Y Par_In
Y3
LD/SH
QX3
LD_SH_X
X3
CK
Par_InLD/SH
Q Q Q
QX0
Par_InPar_In Par_In
Y2 Y1
QX2 QX1
Cin
Y-Register
Y0
A
B VA
Par_In
X2 X1
Par_In Par_In
X0
X-Register
CK QRes
Co
D QDFF
S
S3
C4
Q
Ser_In
CK Q
S2 S1
Q Q
Summenregister
S0
D
CK
Q
QDFF1
0Mux
Sel
D3LD/SH
"0"
CK
D
CK
Q
QDFF 1
0Mux
Sel
Q3
D2
1
0Mux
Sel
Q1
D0
1
0Mux
Sel
Q2
D1
D
CK
Q
QDFF
D
CK
Q
QDFF
Q0
6. Übung aus Digitaltechnik 2 /Lösung Blatt 2
b) Zeichnen Sie ein komplettes Timing der Anordnung. Der Zeitpunkt des Anlegens der Daten X und Y ist frei wählbar. Die Steuersignale und die Daten sollen so angelegt werden, daß eine 4-Bit-Addition durchgeführt wird. Alle Steuersignale sollen ebenfalls taktsynchron sein, d.h. sie können sich nur als Reaktion auf eine ansteigende Taktflanke ändern (vollsynchrones Design).
c) Wie viele Taktperioden werden für eine 4-Bit-Addition benötigt ?
Siehe Timing: 5 Taktperioden: 1* Laden, 4* Addieren
d) Werden wirklich für jedes Register getrennte Steuersignale benötigt, oder können Steuersignale zusammengelegt werden ?
LD_SH_X, LD_SH_Y, Res_C haben den gleichen Zeitverlauf, daher reicht ein Steuersignal zur Einleitung einer neuen Addition.
e) Was müßte verändert werden, um den Addierer zum 8-Bit-Addierer zu erweitern ?
Die Register müssten jeweils 8 Bit lang werden; das Ergebnis würde dann 8 Schiebetakte nach dem Laden der Summanden im Summenregister stehen.
Lösungen DT2 15 Kohlert
LD_SH_YDY3 .. 0
XXX
XXX
XXX
XXX
XXX
XXX
Res_C
N=C4
S2
S1
S0
CI
S3
Y3..Y0
QY3
QY2
QY1
QY0
S
CO
XXX
XXX
XXX
XXX
C1
S0
DY3
DY2
DY1
DY0
XXX
DY2
DY1
S0 S1
C1 C2
DY3
0
XXX
DX3 .. 0
XXX
XXX
XXX
LD_SH_X
X3..X0
QX3
QX2
QX1
QX0
CK
XX
DX2
DX1
DX0
DX3
DX3
DX2
DX1
0
C4
S3
S0
S2
S1
C2
S1
S0
S0
C3
S2
S1
DY3
DY2
C3
S2
0
0
DY3
S3
C4
0
DX3
DX2
0
DX3
0
0
Lösungen DT2 16 Kohlert
Lösungen DT2 17 Kohlert
Lösungen DT2 18 Kohlert
Lösungen DT2 19 Kohlert
Lösungen DT2 20 Kohlert
Lösungen DT2 21 Kohlert
Lösungen DT2 22 Kohlert
Lösungen DT2 23 Kohlert
Lösungen DT2 24 Kohlert
Lösungen DT2 25 Kohlert
Lösungen DT2 26 Kohlert
Lösungen DT2 27 Kohlert
Fachhochschule Regensburg Fachbereich Elektrotechnik
9. Übung aus Digitaltechnik 2 / Lösung
1. Aufgabe
Der Befehl „AND“ des in der Vorlesung behandelten Mikroprozessors soll in allen möglichenAdressierungsarten realisiert werden.
a) Schreiben die zu jedem Befehl gehörigen Mikroprogramme in Registertransfersprache !
AND,short,direct,adr
Bedeutung:Bilde die UND-Verknüpfung des Akku-Inhaltes mit demjenigen Datenwort, das unter der Adresse adr imSpeicher steht. „adr“ ist eine Adresse zwischen 0 und 1023.
Der Befehl benötigt nur 1 16-Bit-Wort.
RTL-Programm:
AC ← PC ;Befehl holenIR ← [ AR] PC ← PC+1 ;-----------------------------------------------------------------------------------------DECODE ;Dekodieren-----------------------------------------------------------------------------------------ARH ← 0 ARL ← IR(9..0) ;Daten aus effektiver AdresseDR ← M[AR] ;holen-----------------------------------------------------------------------------------------AC ← DR & AC ;UND-Verknüpfung ausführen
AND,long ,direct,adr
Bedeutung:Bilde die UND-Verknüpfung des Akku-Inhaltes mit demjenigen Datenwort, das unter der Adresse adr imSpeicher steht. „adr“ ist eine beliebige 26-bit-Adresse.
Der Befehl benötigt 2 16-Bit-Worte.
RTL-Programm:
AC ← PC ;Befehl holenIR ← [ AR] PC ← PC+1 ;-----------------------------------------------------------------------------------------DECODE ;Dekodieren-----------------------------------------------------------------------------------------AR ← PC ;2. Teil der AdresseDR ← M[AR] PC ← PC+1 ;holen-----------------------------------------------------------------------------------------ARH ← DR ;ARL ← IR(9..0) ;Daten aus effektiver AdresseDR ← M[AR] ;holen-----------------------------------------------------------------------------------------AC ← DR & AC ;UND-Verknüpfung ausführen-------------------------------------------------------------------------
Lösungen DT2 28 Kohlert
AND,long,indirect,adr
Bedeutung:Bilde die UND-Verknüpfung des Akku-Inhaltes mit demjenigen Datenwort, dessen Adresse unter derAdresse adr bzw adr+1 im Speicher steht. „adr“ ist eine beliebige 26-bit-Adresse.
Der Befehl benötigt 2 16-Bit-Worte.
RTL-Programm:
AC ← PC ;Befehl holenIR ← [ AR] PC ← PC+1 ;-----------------------------------------------------------------------------------------DECODE ;Dekodieren-----------------------------------------------------------------------------------------AR ← PC ;2. Teil der Adresse adrDR ← M[AR] PC ← PC+1 ;holen-----------------------------------------------------------------------------------------ARH ← DR ;Effektive AdresseARL ← IR(9..0) ; (Adresse des Operanden) DR ← M[AR] ;holen (untere 16 Bit, nur 10 davon relevant)-----------------------------------------------------------------------------------------AR ← AR+1 ;obere 16 Bit der effektiven AdresseTR ← M[AR] ;holen-----------------------------------------------------------------------------------------ARH ← TR ;Daten ausARL ← DR(9..0) ;effektiver AdresseDR ← M[AR] ;holen-----------------------------------------------------------------------------------------AC ← DR & AC ;UND-Verknüpfung ausführen-------------------------------------------------------------------------
AND,short,indirect,adr
Bedeutung:Bilde die UND-Verknüpfung des Akku-Inhaltes mit demjenigen Datenwort, dessen Adresse unter derAdresse adr bzw adr+1 im Speicher steht. „adr“ ist eine Adresse zwischen 0 und 1023.
Der Befehl benötigt 1 16-Bit-Wort.
RTL-Programm:
AC ← PC ;Befehl holenIR ← [ AR] PC ← PC+1 ;-----------------------------------------------------------------------------------------DECODE ;Dekodieren-----------------------------------------------------------------------------------------ARH ← 0 ARL ← IR(9..0) ;untere 16 Bit der effektiven AdresseDR ← M[AR] PC ← PC+1 ;holenDR ← M[AR] ;-----------------------------------------------------------------------------------------AR ← AR+1 ;obere 16 Bit der effektiven AdresseTR ← M[AR] ;holen-----------------------------------------------------------------------------------------ARH ← TR ;Daten ausARL ← DR(9..0) ;effektiver Adresse
Lösungen DT2 29 Kohlert
DR ← M[AR] ;holen-----------------------------------------------------------------------------------------AC ← DR & AC ;UND-Verknüpfung ausführen-------------------------------------------------------------------------b) Listen Sie die zu jedem Mikrobefehl gehörenden Steuersignalkombinationen auf !Mikrobefehl Steuersignale
AC ← PC LDARPCIR ← [ AR] PC ← PC+1 CS;DBIN;LDIR;PCINCRDECODE KeinesDR ← M[AR] PC ← PC+1 CS;DBIN;LDDR;PCINCRARH ← DR DROUT;LDARHARL ← IR(9..0) IROUT;LDARLDR ← M[AR] CS;DBIN;LDDRAR ← AR+1 ARINCTR ← M[AR] CS;DBIN;LDTRARH ← TR LDARH;TROUTARL ← DR(9..0) LDARL;DROUTAC ← DR & AC LDAC;ANDARH ← 0 ARL ← IR(9..0) IROUT;CLRAH;LDARL
2. Aufgabe
Der Befehl „INC“ des in der Vorlesung behandelten Mikroprozessors soll realisiert werden.
a) Schreiben das zu dem Befehl gehörige Mikroprogramm in Registertransfersprache !
AC ← PC ;Befehl holenIR ← [ AR] PC ← PC+1 ;-----------------------------------------------------------------------------------------DECODE ;Dekodieren-----------------------------------------------------------------------------------------AC ← AC+1 ;Akku um 1 erhöhen-----------------------------------------------------------------------------------------
b) Listen Sie die zu jedem Mikrobefehl gehörenden Steuersignalkombinationen auf !
Nur 1 neuer Mikrobefehl:
AC ← AC+1 Steuersigale: INC,LDAC
3. Aufgabe
Zeichnen Sie ein Zustandsdiagramm für eine Ablaufsteuerung des Prozessors, in der nur die obenbehandelten Befehle realisiert werden !
Mikrobefehl Steuersignale Zustand
AC ← PC LDARPC Z1IR ← [ AR] PC ← PC+1 CS;DBIN;LDIR;PCINCR Z2DECODE Keines Z3DR ← M[AR] PC ← PC+1 CS;DBIN;LDDR;PCINCR Z4ARH ← DR DROUT;LDARH Z5ARL ← IR(9..0) IROUT;LDARL Z6DR ← M[AR] CS;DBIN;LDDR Z7AR ← AR+1 ARINC Z8TR ← M[AR] CS;DBIN;LDTR Z9ARH ← TR LDARH;TROUT Z10
Lösungen DT2 30 Kohlert
ARL ← DR(9..0) LDARL;DROUT Z11AC ← DR & AC LDAC;AND Z12ARH ← 0 ARL ← IR(9..0) IROUT;CLRAH;LDARL Z13AC ← AC+1 INC,LDAC Z14
Lösungen DT2 31 Kohlert
Lösungen DT2 32 Kohlert
Lösungen DT2 33 Kohlert