Treść: Logika sekwencyjna

Definicja logiki sekwencyjnej:

Rodzaj logiki, w którym poprzedni stan sekwencji wejść oraz wejście prądowe mogą wpływać na aktualny stan wyjścia.

Co to jest sekwencyjny obwód logiczny?

Połączenia sekwencyjny obwód logiczny to połączona forma układu kombinacyjnego z podstawowym elementem pamięci. Dzięki obecności elementu pamięci obwód może przechowywać poprzednie stany wejścia i wyjścia. Jednocześnie sekwencyjny obwód logiczny jest ogólnie znany jako urządzenie dwustanowe lub bistabilne, ponieważ ma tylko dwa stabilne stany, „0” i „1”, po jednym stanie na raz. Element pamięci w obwodzie może przechowywać jeden bit na raz.

Ten typ obwodu ma skończoną liczbę wejść ze skończoną liczbą wyjść. Dzięki elementowi pamięci obwód ten zapewnia rozwiązanie wielu naszych problemów. Sekwencyjny obwód logiczny jest używany głównie jako rejestr, licznik, przetwornik analogowo-cyfrowy (ADC), itd.

Sekwencyjny diagram logiczny | Architektura logiki sekwencyjnej :

Rodzaje sekwencyjnych obwodów logicznych:

Ogólnie rzecz biorąc, możemy rozróżnić sekwencyjny układ logiczny na dwa podstawowe typy:

• A. Asynchroniczny sekwencyjny obwód logiczny.
• B. Synchroniczny sekwencyjny obwód logiczny.

Synchroniczne sekwencyjne układy logiczne:

Wyjście tego obwodu logicznego zależy od impulsu wejściowego i impulsu zegarowego obwodu. Układ jest zsynchronizowany z zegarem, tzn. wyjście może się zmieniać dopiero po skończonym przedziale czasu. Tutaj element pamięci i zegar jest koniecznością. Bez impulsu zegarowego nie będzie zmian na wyjściu. W przypadku zmiany jednego stanu wyjścia na inny obwód ten czeka na następną zmianę impulsu zegarowego.

Ten typ obwodu może być używany do synchronizacji wszystkich elementów obecnych w obwodzie, praktycznie do reagowania na zmianę sygnału wejściowego. Potrzebny jest ograniczony czas, aby przetworzone dane wyjściowe wystąpiły głównie, znane jako opóźnienie propagacji. Opóźnienie propagacji może się różnić w zależności od elementu. Tak więc dla prawidłowo działającego obwodu potrzebujemy określonego przedziału czasowego, aby wszystkie elementy mogły odpowiednio zareagować. Przykładem synchronicznych obwodów logicznych są przerzutniki, licznik synchroniczny itp.

Asynchroniczne układy logiki sekwencyjnej:

Wyjście tego układu logicznego zależy tylko od impulsu wejściowego i sekwencji poprzednich danych wejściowych. Układ ten nie ma żadnego zegara i nie wymaga synchronizacji, więc układ jest niezależny od zegara, co czyni go szybszym niż synchroniczny sekwencyjny obwód logiczny, ponieważ wyjście może się zmieniać w związku ze zmianą wejścia przy minimalnym wymaganym czasie, może mieć wpływ niezależnie od czasu. Jedyną przeszkodą w szybkości tego obwodu jest opóźnienie propagacji elementów obwodu. Zużywa mniej energii, niskie zakłócenia elektromagnetyczne.

Asynchroniczne sekwencyjne układy logiczne zwykle wykonują operacje w następujących przypadkach:

 Obwody te są używane głównie, gdy priorytetem jest szybkość działania, na przykład w mikroprocesorach, przetwarzaniu sygnałów cyfrowych, dostępie do Internetu itp. Ze względu na zachowanie asynchroniczne wyjście może być czasami niepewne, co ogranicza zastosowanie asynchronicznej logiki sekwencyjnej okrążenie. Formowanie ten typ obwodu jest również trudny.

Różnica między synchronicznymi i asynchronicznymi sekwencyjnymi obwodami logicznymi:

Sekwencyjne diagramy stanów logicznych:

Diagram sekwencji stanów logicznych to charakterystyczny diagram układu, w którym możemy określić przejście pomiędzy stanami dotyczącymi wejścia. Na tego typu diagramach stan ten jest reprezentowany głównie jako okrąg, a przejście z jednego stanu do drugiego jest oznaczone strzałką, wraz z tą strzałką reprezentowany jest impuls wejściowy, który powoduje przejście między stanami. Gdy istnieje wyjście impulsowe, strzałka może być reprezentowana przez wyjście związane z impulsem wejściowym. Tutaj strzałka zaczyna się od jednego okręgu i przechodzi do innego okręgu, a czasami może wrócić do tego samego okręgu, w zależności od warunków.

Projektowanie obwodów logiki sekwencyjnej | Zasady projektowania logiki sekwencyjnej

Wiemy już, że a sekwencyjny obwód logiczny łączy układ kombinacyjny z elementem pamięci. A dla elementu pamięci potrzebujemy statycznego elementu pamięci do przechowywania danych w obwodach. Tak więc do tworzenia statycznej komórki pamięci w obwodzie używamy falowników.

Etapy projektowania obwodów logiki sekwencyjnej:

1.  Utwórz diagram stanu dla wymaganego obwodu sekwencyjnego z żądanymi stanami wyjściowymi.
2. Przekształć diagram stanów w tabelę stanów.
3. Wybierz flip-flop jako swoje wymaganie i który spełnia wszystkie potrzebne warunki, skorzystaj z tabeli charakterystycznej lub tabeli wzbudzeń do wyboru flip flop.
4. Zminimalizuj funkcje wejściowe do przerzutnika za pomocą mapy K lub wymaganych algorytmów Boole'a.
5. Użyj uproszczonej funkcji do zaprojektowania obwodu sekwencyjnego i jeśli obwód kombinowany jest potrzebny dla wymaganego wyjścia, dodaj go odpowiednio.
6. Na koniec sprawdź wymagane wyjście przez obwód.

Wykonując powyższy krok możemy zaprojektować dowolny wymagany układ sekwencyjny.

Sekwencyjne obwody logiczne MOS:

Jak wiemy, sekwencyjny układ logiczny jest połączeniem układu kombinacyjnego z elementem pamięci. A dla elementu pamięci potrzebujemy statycznego elementu pamięci, aby mógł przechowywać dane w obwodach. Tak więc do tworzenia statycznej komórki pamięci w obwodach używamy falowników.

Statyczna komórka pamięci może być utworzona przez dwa lub dowolną parzystą liczbę falowników połączonych szeregowo ze sprzężeniem zwrotnym. Ma dwa stabilne stany, ale jeden stabilny na raz, a stabilny stan wyjściowy dotyczy wejścia. Gdy szum (jako napięcie lub inna forma) sumuje się na wyjściu, co może spowodować niestabilność obwodu, a wyjście może nie być stabilne w określonym stanie, ale gdy szum przechodzi przez którykolwiek z falowników, zostaje wyeliminowany ponieważ ten obwód regeneruje się zawsze starając się powrócić do określonego stanu stabilnego, co pomaga nam stworzyć aktywną i regenerującą się komórkę pamięci.

Powyższy schemat to CMOS obwód jest komórki pamięci (dwa falowniki połączone w sprzężeniu zwrotnym). Tam, gdzie ten obwód będzie stabilny przy „0” lub „1”, biorąc pod uwagę wejście dostarczane (napięcie) przez wejście, ta komórka pamięci w CMOS jest statyczną komórką pamięci. A łącząc obwód CMOS tej komórki pamięci z kombinowanym obwodem CMOS, możemy zaprojektować sekwencyjny obwód CMOS.

Logika kombinowana a logika sekwencyjna:

Sekwencyjne układy logiczne Aplikacje:

Przy skończonej liczbie wejść i wyjść sekwencyjny obwód logiczny służy do budowy maszyny skończonej. Może pełnić funkcję rejestru, licznika itp. Za pomocą układu kombinacyjnego można stworzyć wiele podstawowych urządzeń, takich jak pamięć RAM (Random Access Memory), ponieważ sekwencyjny układ logiczny zapewnia nam możliwość przechowywania danych, do których otwiera drzwi mikroprocesor i obwód logiki arytmetycznej.

Sekwencyjne urządzenia logiczne:

Wyjściem sekwencyjnego urządzenia logicznego można sterować przez wejście prądowe i przez poprzednie wejście lub impulsy zegarowe. Urządzenia sekwencyjne przechowują ostatnie dane z elementem pamięci. Dzięki tej możliwości przechowywania danych na tych urządzeniach otwierają się nowe sposoby rozwiązania problemu.

Urządzenia sekwencyjne są jak licznik, kasa itp.

Sekwencyjne układy logiczne

Zalety i wady logiki sekwencyjnej:

Zalety logiki sekwencyjnej:

Istotną zaletą logiki sekwencyjnej jest to, że jej układ zawiera element pamięci, który umożliwia przechowywanie danych oraz tworzenie rejestru, licznika i mikroprocesorów. Za pomocą impulsu zegarowego może zsynchronizować wszystkie elementy układu niezależnie od różnych opóźnień propagacji i zapewnić odpowiednią moc wyjściową. Wyjściem można manipulować poprzez wejście prądowe, przeszłą sekwencję wejść, a także poprzez impuls zegarowy.

Wady logiki sekwencyjnej:

Obecność zegara i sprzężenia zwrotnego w obwodach, przetwarzanie wyjścia może być wolniejsze. Komplikacje w obwodzie mogą się nasilać, co może powodować trudności w budowie obwodu. Wynik jest czasami niepewny.

Historia logiki sekwencyjnej :

Logika sekwencyjna jest wykorzystywana do rozwoju maszyny skończonej, która jest podstawowym elementem wszystkich obwodów cyfrowych. Po więcej informacji kliknij tutaj.

Pytania i odpowiedzi dotyczące układów logiki sekwencyjnej | rozwiązane problemy na sekwencyjnych układach logicznych | FAQ

P. W jaki sposób komputer RAM wykorzystuje logikę sekwencyjną?

Q. Czy ROM/RAM jest układem kombinowanym czy sekwencyjnym?

Odpowiedź: - ROM (pamięć tylko do odczytu) składa się z enkodera, dekodera, multipleksera, układu sumującego, układu odejmującego itp. Koder jest układem kombinowanym, który głównie konwertuje jedną formę danych na inny format, na przykład dane dziesiętne na dane binarne. ten dekoder tutaj jest również obwód kombinowany. To samo dotyczy multiplekser, Sumator i Odejmujący. Wszystkie są tutaj to obwód kombinowany.

 W ROM nie możemy zmienić zawartości pamięci. Dlatego wyjście ROM zależy tylko od wejścia. Nie ma więc wymogu przeszłej wartości wejścia lub wyjścia. Tak więc ROM ma tylko obwód kombinowany w swoich obwodach.

 Podczas gdy dla RAM (pamięć o dostępie swobodnym), PROM (Programowalna pamięć tylko do odczytu), EPROM (Wymazywalna programowalna pamięć tylko do odczytu), EEPROM (Elektrycznie kasowalna programowalna pamięć tylko do odczytu) ma pamięć, którą można zmieniać. W przypadku PROM można go zaprogramować raz po wyprodukowaniu. RAM, EPROM, EEPROM, gdzie można zmienić stan. W tego typu pamięciach do poprawnego działania zawsze potrzebny jest układ sekwencyjny, ponieważ tutaj potrzebne są przeszłe wartości wejściowe i wyjściowe. Wyjście prądowe można zmienić z poprzednią sekwencją danych. Dlatego ten rodzaj pamięci wymaga układu sekwencyjnego.

P. Czy sumator przenoszenia tętnienia jest przykładem obwodu sekwencyjnego Dlaczego?

  Odpowiedź: – Sumator przenoszenia tętnienia to obwód cyfrowy, który wykonuje arytmetykę dodawania dwóch różnych liczb binarnych. Może być zaprojektowany z kaskadowym połączeniem pełnego sumatora z wyjściem przenoszenia, gdzie wyjście przenoszenia pełnego sumatora jest połączone z wejściem następnego pełnego sumatora. Jak widzimy tutaj, jeden pełny sumator jest połączony z następnym sumatorem jako sprzężenie zwrotne, tutaj wyjście jednego pełnego sumatora może manipulować wyjściem innego pełnego sumatora. Widzimy więc, że przeszłe wyjście może manipulować obecnym wyjściem obwodu. Dlatego sumator przenoszenia tętnienia można uznać za obwód sekwencyjny.

P. Dlaczego nieblokujące przypisania są używane w obwodach sekwencyjnych w Verilog? ?

 Odpowiedź: – W przypisaniach nieblokujących, gdy ma miejsce pierwszy krok, ocena wyrażenia po prawej stronie oświadczenia nieblokującego ma miejsce po dokonaniu korekty lewej strony oświadczenia nieblokującego miejsce, a na końcu przedziału czasowego ma miejsce ocena wypowiedzi po lewej stronie.

 Ponieważ przypisania nieblokujące nie blokują oceny żadnych instrukcji sekwencyjnych, wykonywanie tych przypisań odbywa się jednocześnie lub równolegle. Tak więc, aby stworzyć sekwencyjny obwód logiczny w Verilog, zawsze musimy brać pod uwagę przypisania taktowanych bloków i nieblokujących. Za pomocą nieblokujących przypisań możemy wyeliminować wyścig wokół stanu w obwodach sekwencyjnych.

Q. Zdefiniuj asynchroniczne sekwencyjne obwody logiczne ?

Odpowiedź: wyjaśnione w sekcji asynchroniczne sekwencyjne obwody logiczne.

Q. Ile przerzutników jest wymaganych do zbudowania obwodu sekwencyjnego, który ma 20 stanów?.

Odpowiedź: - Klapki/Japonki jest podstawowym elementem pamięci w sekwencyjnym układzie cyfrowym, który ma dwa stabilne stany, a te dwa stany mogą być reprezentowane jako „0” i „1”, ale może przechowywać jeden bit na raz.

 Zgodnie z kodowaniem binarnym liczba n przerzutników może reprezentować maksymalnie 2ⁿ

Tutaj potrzebujemy 20 stanów obwodu sekwencyjnego

więc 2ⁿ = 20

Po rozwiązaniu powyższego równania otrzymujemy n = 4.322

Jeśli chodzi o 2⁴ jest tylko 16 stanów, ale potrzebujemy 20 stanów. Tutaj mamy jeszcze 4 stany do pracy, więc musimy wybrać liczbę wyższą niż 4. Będziemy więc używać n=5, gdzie 2⁵ ma 32 stany, co wystarcza na 20 stanów.

Podczas gdy w kodowaniu one-hot liczba przerzutników wymaganych dla n stanów wynosi n. więc potrzebujemy 20 klapek dla 20 stanów.

P. Jak można wykonać sekwencyjny układ scalony z samych układów scalonych?

Odpowiedź: – Gdy kombinowany obwód logiczny jest połączony ze ścieżką sprzężenia zwrotnego, wynikowy obwód jest sekwencyjnym obwodem logicznym.

Jeśli przejdziemy do diagramu podstawowych elementów pamięci, takich jak a flip flop, zatrzaski, widzimy, że przerzutnik można stworzyć za pomocą bramki AND, bramki NAND, bramki NOR itp., gdy są one połączone sprzężeniem zwrotnym ze sobą.

 Schemat przedstawia dwie bramki NAND połączone ze ścieżką sprzężenia zwrotnego, która tworzy obwód przerzutnika SR. W ten sposób obwód kombinowany można przekształcić w obwód sekwencyjny.

Q. Zasada działania astabilnych sekwencyjnych obwodów logicznych

Odpowiedź:- Astabilny sekwencyjny obwód logiczny nie ma żadnego stabilnego stanu na wyjściu, tzn. nie jest stabilny w żadnym stanie. Wyjście w sposób ciągły przechodzi z jednego stanu do drugiego. Ten typ obwodu może być używany jako oscylator, taki oscylator do generowania impulsu zegarowego w obwodzie. Przykład an obwód astabilny to oscylator pierścieniowy.

Więcej artykułów kliknij tutaj