Inhoud: sequentiële logica
Sequentiële logische definitie:
Een type logica waarin de vorige sequentiestatus van ingangen en de huidige invoer de huidige uitvoerstatus kunnen beïnvloeden.
Wat is een sequentiële logische schakeling?
De sequentiële logische schakeling is een gecombineerde vorm van de combinatorische schakeling met een basisgeheugenelement. Met de aanwezigheid van een geheugenelement kan de schakeling eerdere invoer- en uitvoerstatussen opslaan. Tegelijkertijd is de sequentiële logische schakeling algemeen bekend als een tweestanden- of bistabiel apparaat omdat het slechts twee stabiele toestanden heeft, '0' en '1', één toestand tegelijk. Het geheugenelement in de schakeling kan één bit tegelijk opslaan.
Dit type circuit heeft een eindig aantal ingangen met een eindig aantal uitgangen. Door het geheugenelement biedt deze schakeling de oplossing voor onze vele problemen. Een sequentiële logische schakeling wordt voornamelijk gebruikt als register, teller, analoog naar digitaal omzetter (ADC), enz.
Sequentieel logisch diagram | Sequentiële logische architectuur :
Soorten sequentiële logische circuits:
Over het algemeen kunnen we het sequentiële logische circuit onderscheiden in twee basistypen:
- A. Asynchrone sequentiële logische schakeling.
- B. Synchrone sequentiële logische schakeling.
Synchrone sequentiële logische circuits:
De uitgang van deze logische schakeling hangt af van de ingangspuls en de klokpuls van de schakeling. De schakeling is gesynchroniseerd met de klok, dwz de output kan pas na een eindig tijdsinterval veranderen. Hier is het geheugenelement en de klok een noodzaak. Zonder klokpuls zal er geen verandering in de output zijn. Voor een verandering van de ene toestandsuitgang naar de andere, wacht deze schakeling op de volgende verandering in klokpuls.
Dit type circuit kan worden gebruikt om alle elementen in het circuit te synchroniseren, praktisch om te reageren op een verandering in invoer. Er is een eindige hoeveelheid tijd nodig voordat de verwerkte uitvoer voornamelijk plaatsvindt, bekend als voortplantingsvertraging. De voortplantingsvertraging kan van element tot element verschillen. Dus voor een goed werkend circuit hebben we een duidelijk tijdsinterval nodig, zodat alle elementen hun tijd krijgen om goed te reageren. Voorbeeld van de synchrone logische circuits zijn flip-flops, synchrone teller, enz.
Asynchrone sequentiële logische circuits:
De uitgang van deze logische schakeling is alleen afhankelijk van de ingangspuls en de volgorde van eerdere ingangsgegevens. Deze schakeling heeft geen klok en heeft geen synchronisatie nodig, dus de schakeling is onafhankelijk van de klok, waardoor deze sneller is dan de synchrone sequentiële logische schakeling, omdat de uitgang kan veranderen met betrekking tot verandering in ingang met een minimale vereiste tijd, kan ongeacht de tijd worden beïnvloed. De enige belemmering voor de snelheid van dit circuit is de voortplantingsvertraging van de circuitelementen. Het verbruikt minder stroom, lage elektromagnetische interferentie.
Asynchrone sequentiële logische circuits voeren meestal bewerkingen uit in de volgende gevallen:
Deze circuits worden voornamelijk gebruikt wanneer de snelheid van werken een prioriteit is, zoals in microprocessors, digitale signaalverwerking, voor internettoegang, enz. Vanwege het asynchrone gedrag kan de uitvoer soms onzeker zijn, waardoor de toepassing van de asynchrone sequentiële logica wordt beperkt stroomkring. Het vormen van dit type circuit is ook moeilijk.
Verschil tussen synchrone en asynchrone sequentiële logische circuits:
Synchrone sequentiële logische schakeling | Asynchrone sequentiële logische schakeling |
De output van deze logische schakeling hangt af van zowel de ingangspuls als de klokpuls van de schakeling. | De uitvoer van deze logische schakeling is alleen afhankelijk van de invoerpuls en de volgorde van eerdere invoergegevens. |
In deze schakeling is de klok aanwezig. | Er is geen klok aanwezig in het circuit. |
De schakeling is eenvoudig te ontwerpen. | Het ontwerp van deze schakeling is complex. |
Relatief langzamer dan die van een asynchrone sequentiële logische schakeling. | Relatief sneller werken dan die van de synchrone sequentiële logische schakeling. |
Statusoutput is altijd voorspelbaar | Toestandsuitgang soms onvoorspelbaar |
Deze schakeling verbruikt enigszins veel stroom. | Het verbruikt relatief meer minder stroom. |
Sequentiële logische toestandsdiagrammen:
Sequentielogica-toestandsdiagram is een karakteristiek diagram van de schakeling, waarin we de overgang tussen de toestanden met betrekking tot de ingang kunnen bepalen. In dit type diagram wordt die toestand voornamelijk weergegeven als een cirkel en wordt de overgang van de ene toestand naar de andere aangeduid met een pijl, samen met die pijl wordt de ingangspuls weergegeven, die de overgang tussen de toestand veroorzaakt. Wanneer er een pulsuitgang is, kan de pijl worden weergegeven met de uitgang gerelateerd aan de ingangspuls. Hier begint de pijl met één cirkel en gaat naar een andere cirkel en soms kan hij terugkeren naar dezelfde cirkel, afhankelijk van de toestand.
Sequentieel logisch circuitontwerp | Sequentiële logische ontwerpprincipes
Dat weten we al sequentiële logische schakeling combineert de combinatorische schakeling met een geheugenelement. En voor het geheugenelement hebben we een statisch geheugenelement nodig om gegevens in circuits op te slaan. Dus voor het maken van een statische geheugencel in het circuit gebruiken we omvormers.
Stappen van sequentieel logisch circuitontwerp:
- Maak een toestandsdiagram voor de vereiste sequentiële schakeling met de gewenste uitgangstoestanden.
- Converteer het toestandsdiagram naar een toestandstabel.
- Kies de flip-flop als uw vereiste en die aan alle benodigde voorwaarden voldoet, gebruik de karakteristieke tafel of excitatietabel voor de selectie van de slipper.
- Minimaliseer de invoerfuncties naar de flip-flop met behulp van een K-map of vereiste Booleaanse algoritmen.
- Gebruik de vereenvoudigde functie om het sequentiële circuit te ontwerpen en als het combinatorische circuit nodig is voor de vereiste uitvoer, voeg het dienovereenkomstig toe.
- Controleer ten slotte de vereiste uitvoer via het circuit.
Door de bovenstaande stap te volgen, kunnen we elk vereist sequentieel circuit ontwerpen.
Sequentiële MOS logische circuits:
Zoals we weten, is een sequentiële logische schakeling een combinatie van de combinatorische schakeling met een geheugenelement. En voor het geheugenelement hebben we een statisch geheugenelement nodig zodat het gegevens kan opslaan in circuits. Dus voor het maken van een statische geheugencel in circuits gebruiken we omvormers.
Een statische geheugencel kan worden gecreëerd door twee of een willekeurig even aantal omvormers die in serie zijn geschakeld met feedback. Het heeft twee stabiele toestanden, maar één stabiele toestand tegelijk, en de stabiele uitvoertoestand betreft de invoer. Wanneer een ruis (als een spanning of een andere vorm) de output optelt, waardoor het circuit onstabiel kan worden, en de output mogelijk niet stabiel is in een bepaalde toestand, maar als de ruis door een van de omvormers gaat, wordt deze geëlimineerd omdat dit circuit regenereert, probeert het altijd terug te keren naar een bepaalde stabiele toestand, wat ons helpt een actieve en regeneratieve geheugencel te creëren.
Het bovenstaande diagram is de CMOS circuit is van de geheugencel (twee omvormers aangesloten in de terugkoppeling). Waar deze schakeling stabiel zal zijn op '0' of '1' gezien de ingang (spanning) die via de ingang wordt geleverd, is deze geheugencel in CMOS een statische geheugencel. En door het CMOS-circuit van deze geheugencel te combineren met het combinatorische CMOS-circuit, kunnen we het CMOS-circuit van het sequentiële circuit ontwerpen.
Combinatielogica versus sequentiële logica:
Combinatielogica | Sequentiële logica |
Het is een soort digitale logica die is samengesteld uit talloze Booleaanse circuits en de uitvoer ervan is alleen afhankelijk van de huidige invoer. | Het is ook een soort digitale logica die bestaat uit een combinatie- en een geheugenelement, waarvan de uitvoer niet alleen afhankelijk is van de huidige invoer, maar ook kan worden gemanipuleerd door de volgorde van eerdere invoer. |
Het circuit is relatief duur. | Het circuit is relatief goedkoop. |
De klok is er niet in zijn circuits. | De klok is een noodzakelijk element in het synchrone sequentiële circuit. |
Er is geen geheugenelement in zijn circuits. | Er moet een geheugenelement in de schakeling van deze logica zitten. |
Er is geen terugkoppelingsschakeling aanwezig. | Voor manipulatie via eerdere ingangen is feedbackcircuits nodig. |
Het ontwerpen van de schakeling via logische poorten is eenvoudig. | Hier kunnen we te maken krijgen met complicaties bij het ontwerpen van de schakelingen vanwege de vereiste van geheugenelementen en feedback. |
De verwerking van resultaten is relatief sneller. | Na elk aspect te hebben overwogen, kan de uitvoerverwerking relatief langzamer zijn. |
We kunnen de input-outputrelatie definiëren via de waarheidstabel. | De input-outputrelatie kan worden gedefinieerd door middel van een karakteristieke tabel, excitatietabel en toestandsdiagrammen. |
De vereiste van deze logica is voornamelijk om Booleaanse bewerkingen uit te voeren | Vereiste van deze logica voor het opslaan van gegevens, het maken van teller, registers, enz. |
Sequentiële logische circuits Toepassingen:
Met het eindige aantal ingangen en uitgangen wordt de sequentiële logische schakeling gebruikt om een eindige-toestandsmachine te construeren. Het kan fungeren als een register, teller, enz. Met behulp van een combinatorisch circuit kunnen veel basisapparaten worden gemaakt, zoals RAM (Random Access Memory), omdat het sequentiële logische circuit ons de mogelijkheid biedt om gegevens op te slaan. de microprocessor en rekenkundige logica Circuit.
Sequentiële logische apparaten:
De uitvoer van een sequentieel logisch apparaat kan worden gemanipuleerd door de huidige invoer en door de vorige invoer of klokpulsen. Sequentiële apparaten slaan de laatste gegevens op met een geheugenelement. Met deze mogelijkheid om gegevens op deze apparaten op te slaan, opent u nieuwe manieren om een probleem op te lossen.
Sequentiële apparaten zijn zoals teller, register, enz.
Sequentiële Logic-chips
Voor- en nadelen van sequentiële logica:
Voordelen van sequentiële logica:
Een belangrijk voordeel van sequentiële logica is dat het circuit een geheugenelement bevat waarmee gegevens kunnen worden opgeslagen en een register, teller en microprocessors kunnen worden gemaakt. Met behulp van een klokpuls kan het alle circuitelementen synchroniseren, ongeacht de verschillende voortplantingsvertragingen, en zorgen voor de juiste uitvoer. De uitvoer kan worden gemanipuleerd via de huidige invoer, eerdere invoerreeksen en ook via klokpulsen.
Nadelen van sequentiële logica:
Aanwezigheid van een klok en feedback in de schakelingen, de verwerking van de output kan langzamer zijn. Complicaties van het circuit kunnen toenemen, wat problemen kan veroorzaken bij het bouwen van het circuit. De output is soms onzeker.
Sequentiële logische geschiedenis :
Sequentiële logica wordt gebruikt voor de ontwikkeling van een eindige-toestandsmachine, die een basisbouwsteen is van alle digitale schakelingen. Voor meer informatie klik hier.
Sequentiële logische circuits vragen en antwoorden | opgeloste problemen op sequentiële logische circuits | FAQ
V. Hoe gebruikt computerram sequentiële logica?
Q. Is ROM/RAM een combinatorisch of sequentieel circuit?
Antwoord: - ROM (alleen-lezen geheugen) bestaat uit Encoder, Decoder, Multiplexer, Adder Circuitry, Subtractor Circuitry, enz. De encoder is een combinatorisch circuit dat voornamelijk de ene vorm van gegevens naar een ander formaat converteert, zoals decimale gegevens naar binaire gegevens. De decoder hier is ook een combinatorisch circuit. Hetzelfde geldt voor multiplexer, optellen en aftrekken. Alles is hier een combinatorisch circuit.
In ROM kunnen we de inhoud van het geheugen niet wijzigen. Daarom is de output van de ROM alleen afhankelijk van de input. Er is dus geen vereiste van de waarde uit het verleden van invoer of uitvoer. ROM heeft dus alleen een combinatorisch circuit in zijn circuits.
overwegende dat voor RAM (willekeurig toegankelijk geheugen), PROM (programmeerbaar alleen-lezen geheugen), EPROM (uitwisbaar programmeerbaar alleen-lezen geheugen), EEPROM (elektrisch wisbaar programmeerbaar alleen-lezen geheugen) heeft een geheugen dat kan worden gewijzigd. In het geval van PROM kan het na fabricage eenmaal worden geprogrammeerd. RAM, EPROM, EEPROM, waar kan de status worden gewijzigd. In dit type geheugen hebben we altijd het sequentiële circuit nodig voor een goede werking, omdat hier eerdere invoer- en uitvoerwaarden nodig zijn. De huidige uitvoer kan worden gewijzigd met de vorige reeks gegevens. Daarom heeft dit type geheugen een sequentieel circuit nodig.
V. Is de ripple carry-opteller een voorbeeld van een sequentiële schakeling. Waarom?
Antwoord: - Een ripple carry-opteller is een digitale schakeling die optelberekeningen uitvoert van twee verschillende binaire getallen. Het kan worden ontworpen met de cascadering van een full-adder-connector naar de carry-uitgang, waarbij de carry-uitgang van een full-adder wordt aangesloten op de ingang van de volgende full-adder. Zoals we hier zien, is een volledige opteller verbonden met de volgende als feedback, hier kan de uitvoer van een volledige opteller de uitvoer van een andere volledige opteller manipuleren. Dus hier zien we dat de output uit het verleden de huidige output van het circuit kan manipuleren. Daarom kan ripple carry-opteller worden beschouwd als een sequentieel circuit.
V. Waarom worden niet-blokkerende toewijzingen gebruikt in sequentiële circuits in Verilog ?
Antwoord: – Bij niet-blokkerende toewijzingen vindt bij de eerste stap de evaluatie van de rechteruitdrukking van de niet-blokkerende instructie plaats nadat de herziening van de linkerzijde van de niet-blokkerende instructie heeft plaatsgevonden. plaats, en aan het einde van de tijdstap vindt de evaluatie van de linkerhandverklaring plaats.
Omdat niet-blokkerende opdrachten de evaluatie van opeenvolgende instructies niet blokkeren, vindt de uitvoering van deze opdrachten gelijktijdig of parallel plaats. Dus voor het maken van een sequentieel logisch circuit in Verilog moeten we altijd rekening houden met geklokte blok- en niet-blokkerende toewijzingen. Met behulp van niet-blokkerende opdrachten kunnen we de race rond-conditie in het sequentiële circuit elimineren.
Q. Definieer asynchrone sequentiële logische circuits ?
Antwoord: uitgelegd in het gedeelte over asynchrone sequentiële logische circuits.
Q. Hoeveel flip-flops zijn er nodig om een sequentieel circuit te bouwen met 20 toestanden.
Antwoord: - Flip Flops is een basisgeheugenelement in het sequentiële digitale circuit, dat twee stabiele toestanden heeft, en die twee toestanden kunnen worden weergegeven als '0' en '1', maar het kan één bit tegelijk opslaan.
Volgens binaire codering kan n aantal flip-flops maximaal 2 vertegenwoordigenn
Hier hebben we 20 toestanden van een sequentieel circuit nodig
Dus 2n = 20
Na het oplossen van de bovenstaande vergelijking krijgen we n = 4.322
Wat betreft, 24 er zijn maar 16 staten, maar we hebben er 20 nodig. Hier zijn we nog 4 toestanden om te werken, dus we moeten een getal hoger dan 4 kiezen. We gebruiken dus n=5 waarbij 25 heeft 32 staten, wat voldoende is voor 20 staten.
Terwijl bij one-hot-codering het aantal flip-flops dat nodig is voor n toestanden n is. dus daar hebben we 20 teenslippers nodig voor 20 staten.
V. Hoe kan een sequentiële chip worden gemaakt van alleen combinatorische chips?
Antwoord: - Wanneer een combinatorisch logisch circuit is verbonden met een feedbackpad, is het resulterende circuit een sequentieel logisch circuit.
Als we naar het diagram gaan van essentiële geheugenelementen zoals a slipper, vergrendelingen, kunnen we zien dat de flip-flop kan worden gemaakt met behulp van EN-poort, NAND-poort, NOR-poort, enz., Wanneer ze met feedback met elkaar zijn verbonden.
Het diagram toont twee NAND-poorten die zijn verbonden met een feedbackpad dat het SR-flip-flopcircuit vormt. Op deze manier kan een combinatorische schakeling worden omgezet in een sequentiële schakeling.
Q. Werkingsprincipe van astabiele sequentiële logische circuits:
Antwoord:- Een astabiele sequentiële logische schakeling heeft geen stabiele toestand als uitvoer, dwz het is in geen enkele toestand stabiel. De uitvoer gaat continu van de ene toestand naar de andere. Dit type schakeling kan worden gebruikt als een oscillator, zoals een oscillator voor het genereren van klokpulsen in een schakeling. een voorbeeld van een astabiel circuit is een ringoscillator.
Voor meer artikelen klik hier
Ik ben afgestudeerd in Toegepaste Elektronica en Instrumentatietechniek. Ik ben een nieuwsgierig ingesteld persoon. Ik heb interesse en expertise in onderwerpen als transducers, industriële instrumentatie, elektronica, enz. Ik leer graag over wetenschappelijk onderzoek en uitvindingen, en ik geloof dat mijn kennis op dit gebied zal bijdragen aan mijn toekomstige inspanningen.