論理回路第12回 TkGate実習－順序回路 http://www.info.kindai.ac.jp/LC 38号館4階N-411 内線5459 [email protected] TkGate  TkGate – 論理回路のシミュレータ論理素子やモジュールを使用可能  フリーソフト  – ホームページ  http://www.tkgate.org/ja-index.html ターミナルを起動 tkgate の起動  ターミナル上でコマンド “tkgate” で起動 $ tkgate & File → New で新規作成が押されているとき画面をクリックすると × 印が出る。 × 印の位置にゲートが配置される I/O 配置されるオブジェクトショートカット Switch s DIP Switch d Graund g Vdd v Wire Merge w LED l LED Bar L8 7 Seg.LED L (h, d, s) Gate 配置されるオブジェクトショートカット AND a NAND A OR o NOR O XOR x XNOR X Buffer b Inverter i Tri-Buffer t オブジェクト, 配線で右クリック→プロパティオブジェクト, 配線に名前を付ける Hide Name (名前を隠す) ボタンをオフにする名前が表示されるメニューの Simulate→Bagin Simulation またはボタンで実行開始 “ 配線をダブルクリックしてください” シミュレート開始するとスコープウィンドウが開く配線をダブルクリックテスタが表示されるスコープウィンドにテスタを置いた配線の電位が表示される 1 = 緑 0 = ピンクで配線の電位を表示スペースキーを押すと時間経過 1 = 赤 0 = ピンクで配線の電位を表示 X = 0 (スイッチがoff ) Y = 0 (スイッチがoff ) のとき Z = 0 (LEDがピンク) クリックスイッチをクリックで ON/OFF 切り替え配線Y の電位が 1 (= 緑) に変わる X = 1 (スイッチがon ) Y = 1 (スイッチがon ) のとき Z = 1 (LEDが赤) X = 1, Y = 1 のとき Z = 1 (= 緑) (注意) 出力が安定するまでスペースキーを押すこと Make → Memory → Flip-flop TkGate のフリップフロップ  D-FF clear 入力 enable 入力 0 入力で初期化 0 入力で Q値変更可能 D 入力 Q 出力 Q 出力 clock 入力 0 → 1 入力で FF 動作 TkGate のフリップフロップ  TkGate には DFF のみ存在 ⇒ DFF を用いて他の FF を作成する SRFF S R SR→D 変換回路 D DFF Q Q Q Q FF.v  4種類のFF – – – – SRFF DFF TFF JKFF DFF SRFF TFF JKFF FFの動作 1. 2. clr を 1 にし初期化 (各 Q の値が 0 に) clr を 1 →0 にしてから動作開始各 Q の値が 0 になれば clr を 1 → 0 にする FF の初期値は不定演習問題 : SRFF の動作  SRFF の入力が下図のときの出力を記入せよ入力 S 入力 R 出力 Qsr 出力 Qsr クロック演習問題 : SRFF の動作  SRFF の入力が下図のときの出力を記入せよ入力 S 入力 R 出力 Qsr 出力 Qsr クロック SR = 11 の場合は S優先演習問題 : DFF の動作  DFF の入力が下図のときの出力を記入せよ入力 D 出力 Qd 出力 Qd クロック演習問題 : DFF の動作  DFF の入力が下図のときの出力を記入せよ入力 D 出力 Qd 出力 Qd クロック演習問題 : TFF の動作  TFF の入力が下図のときの出力を記入せよ入力 T 出力 Qt 出力 Qt クロック演習問題 : TFF の動作  TFF の入力が下図のときの出力を記入せよ入力 T 出力 Qt 出力 Qt クロック演習問題 : JKFF の動作  JKFF の入力が下図のときの出力を記入せよ入力 J 入力 K 出力 Q 出力 Q クロック演習問題 : JKFF の動作  JKFF の入力が下図のときの出力を記入せよ入力 J 入力 K 出力 Q 出力 Q クロック演習問題 : ビット反転検出回路の設計  ビット反転検出回路 – 入力が0→1, 1→0と反転したときに1を出力入力I 出力O クロック 0→1を検出 1→0を検出 1.入力,出力,状態の決定  ビット反転を検出するには、1つ前の入力 I - を記憶しておけばいい I - = 0 と I - =1の2状態 ⇒ FF1個で記憶可能 1入力, 1出力, 1FF 入力I FF Q 出力O クロック I ≠Q ならば 1を出力 2.状態遷移図を描く   状態Q : 1つ前の入力 I - を記憶出力O : I ≠Q ならば 1 を出力 0/0 q0 Q=0 0/1 1/1 q1 Q=1 1/0 3.状態遷移表を作成する 0/0 q0 Q=0 Q =0, I =0 Q =0, I =1 Q =1, I =0 Q =1, I =1 0/1 1/1 遷移 Q +=0 Q +=1 Q +=0 Q +=1 q1 Q=1 1/0 出力 O =0 O =1 O =1 O =0 4.拡大入力表を作る使用するFFの入力要求入力遷移 I 0 0 1 1 Q 0 1 0 1 Q+ 0 0 1 1 入力出力状態遷移 O 0 1 1 0 D 0 0 1 1 T 0 1 1 0 S 0 0 1 - R 1 0 0 J 0 1 - K 1 0 演習問題 : DFFを用いたビット反転検出回路を作れ I D Q I D Q O CKQ クロック O CKQ クロック演習問題 : DFFを用いたビット反転回路の動作  ビット反転回路の入力が下図のときの出力を記入せよ入力 I 入力 D 出力 O 出力 Q クロック演習問題 : DFFを用いたビット反転回路の動作  ビット反転回路の入力が下図のときの出力を記入せよ入力 I 入力 D 出力 O 出力 Q クロック ※ 上図は理論値である。出力 O はクロックと同期を取っていないため、実際にはこうはならない問題 : TFFを用いたビット反転検出回路を作れ I クロック T Q CKQ I O クロック T Q O CKQ 問題 : SRFFを用いたビット反転検出回路を作れ I クロック S Q R CKQ I O クロック S Q O R CKQ 問題 : JKFFを用いたビット反転検出回路を作れ I クロック J Q KCKQ I O クロック J Q O KCKQ 問題 : TFFを用いたビット反転回路の動作  ビット反転回路の入力が下図のときの出力を記入せよ入力 I 入力 T 出力 O 出力 Q クロック問題 : SRFFを用いたビット反転回路の動作  ビット反転回路の入力が下図のときの出力を記入せよ入力 I 入力 S 入力 R 出力 O 出力 Q クロック問題 : JKFFを用いたビット反転回路の動作  ビット反転回路の入力が下図のときの出力を記入せよ入力 I 入力 J 入力 K 出力 O 出力 Q クロック bit.v シフタ  同期したフリップフロップの集まり – クロック入力ごとに、値が隣のFFに移動する D Di = Qi-1 (1≦i) D0=D D0 Q0 DFF D1 Q1 DFF D2 Q2 DFF D3 Q3 DFF CK CK CK CK クロック Q0 Q1 Q2 Q3 sft.v 演習問題 : シフタの動作  シフタの入力が下図のときの出力を記入せよ入力 D 出力 Q0 出力 Q1 出力 Q2 出力 Q3 クロック演習問題 : シフタの動作  シフタの入力が下図のときの出力を記入せよ入力 D 出力 Q0 出力 Q1 出力 Q2 出力 Q3 クロックレジスタ/ラッチ  同期したフリップフロップの集まり – n ビットの一斉読み出し、書き込みが可能 D0 D1 D Q DFF CK D2 D Q DFF CK D3 D Q DFF CK D Q DFF CK クロック Q0 Q1 Q2 Q3 reg.v シフタ-レジスタ  シフタとレジスタの組み合わせ I0 I1 I2 I3 マルチプレクサ S D0 Q0 DFF D1 Q1 DFF D2 Q2 DFF D3 Q3 DFF CK CK CK CK クロック Q0 Q1 Q2 Q3 シフタ-レジスタ  シフタとレジスタの組み合わせ S=0 ⇒ レジスタ I0 I1 I2 I3 S D0 Q0 DFF D1 Q1 DFF D2 Q2 DFF D3 Q3 DFF CK CK CK CK クロック Q0 Q1 Q2 Q3 シフタ-レジスタ  シフタとレジスタの組み合わせ S=1 ⇒ シフタ I0 I1 I2 I3 S D0 Q0 DFF D1 Q1 DFF D2 Q2 DFF D3 Q3 DFF CK CK CK CK クロック Q0 Q1 Q2 Q3 sft_reg.v マルチプレクサ問題 : シフタレジスタの動作  シフタレジスタの入力が下図のときの出力を記入せよ入力 sp 入力 D0 入力 D1 入力 D2 入力 D3 出力 Q0 出力 Q1 出力 Q2 出力 Q3 クロック同期式16進カウンタ ௜ ௜ିଵ ଵ ଴ ௜ିଶ ଵ ଴ ଴ SW T0 Q0 TFF T1 Q1 TFF T2 Q2 TFF T3 Q3 TFF CK CK CK CK クロック Q0 Q1 Q2 Q3 ctr16.v 演習問題 : 16進カウンタの動作  16進カウンタの入力が下図のときの出力を記入せよ入力 SW 出力 Q 出力 Q0 出力 Q1 出力 Q2 出力 Q3 クロック演習問題 : 16進カウンタの動作  16進カウンタの入力が下図のときの出力を記入せよ入力 SW 出力 Q 出力 Q0 出力 Q1 出力 Q2 出力 Q3 クロック 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f 0 同期式10進カウンタ ଷ ଶ ଷ ଵ ଴ ଴ ଶ ଵ ଴ ଶ ଵ ଴ ଵ ଷ ଵ ଴ ଴ ଴ ଴ SW J0 クロック Q0 K0CK Q0 J1 Q1 K1CK Q1 J2 Q2 K2CK Q2 J3 Q3 K3CK Q3 ctr10.v 演習問題 : 10進カウンタの動作  10進カウンタの入力が下図のときの出力を記入せよ入力 SW 出力 Q 出力 Q0 出力 Q1 出力 Q2 出力 Q3 クロック演習問題 : 10進カウンタの動作  10進カウンタの入力が下図のときの出力を記入せよ入力 SW 出力 Q 出力 Q0 出力 Q1 出力 Q2 出力 Q3 クロック 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 クリア信号付FFを用いたBCDカウンタ  16進カウンタ+リセット回路リセット回路 clr Q0 Q1 Q2 16進カウンタ CK クロック 1010になったときにクリア信号を出す Q3 クリア信号付FFを用いたBCDカウンタリセット回路 16進カウンタ 1 クロック J0 clrQ0 J1 clrQ1 J2 clrQ2 J3clr Q3 K0CK Q0 K1CK Q1 K2CK Q2 K3CK Q3 ctrx.v 問題 : X進カウンタの動作  ctrx.v の実行結果を記入せよ – ただし、入力は以下の通りとする DIP Switch NUM : 学籍番号の下1桁 (ただし、下1桁が 0 なら a(10), 8なら c(12) を入力)  SW : 1   ctrx.v は何進カウンタになっているか? 進カウンタ学籍番号の下1桁を入力 reset にもテスタを当てる