Διαδοχικό Λογικό Κύκλωμα
Τα κυκλώματα διαδοχικής λογικής είναι τα συνδυαστικά λογικά κυκλώματα με μονάδες μνήμης. Αυτά τα κυκλώματα δεν εξαρτώνται πλήρως από τις καταστάσεις εισόδου για την παροχή της εξόδου. Είναι λογικά κυκλώματα δύο καταστάσεων, πράγμα που σημαίνει ότι αυτά τα κυκλώματα μπορούν να διατηρούν την έξοδο συνεχώς σε υψηλό «1» ή χαμηλό «0» ακόμα κι αν οι είσοδοι αλλάζουν με το χρόνο. Η κατάσταση εξόδου μπορεί να αλλάξει μόνο μέσω εφαρμογής παλμού ενεργοποίησης σε διαδοχικά κυκλώματα.
Η βασική αναπαράσταση του διαδοχικού κυκλώματος φαίνεται παρακάτω:
Ταξινομήσεις Διαδοχικών Κυκλωμάτων
Τα διαδοχικά κυκλώματα χωρίζονται με βάση τις καταστάσεις ενεργοποίησης τους, όπως αναφέρεται παρακάτω:
- Διαδοχικά κυκλώματα που οδηγούνται από συμβάντα
Ανήκουν σε μια οικογένεια ασύγχρονων διαδοχικών λογικών κυκλωμάτων. Είναι ρολόι και μπορούν να λειτουργήσουν αμέσως μόλις λάβουν είσοδο. Η έξοδος αλλάζει αμέσως με τον συνδυασμό εισόδου. - Διαδοχικά κυκλώματα με ρολόι
Ανήκουν σε μια οικογένεια σύγχρονων διαδοχικών λογικών κυκλωμάτων. Αυτά τα διαδοχικά κυκλώματα κινούνται με ρολόι. Σημαίνει ότι απαιτούν σήμα ρολογιού για να λειτουργούν με συνδυασμούς εισόδου και να παράγουν έξοδο. - Διαδοχικό κύκλωμα με παλμό
Αυτά τα διαδοχικά κυκλώματα μπορεί να είναι ρολόι-οδηγό ή ρολόι. Στην πραγματικότητα, συνδυάζουν ιδιότητες διαδοχικών κυκλωμάτων τόσο συμβάντων όσο και ρολόι.
Ο όρος «σύγχρονο» σημαίνει ότι ένα σήμα ρολογιού μπορεί να αλλάξει τις καταστάσεις του διαδοχικού κυκλώματος χωρίς να εφαρμόζει κανένα εξωτερικό σήμα. Ενώ σε ασύγχρονα κυκλώματα, απαιτείται εξωτερικό σήμα εισόδου για την επαναφορά του κυκλώματος.
Ο όρος «κυκλικό» σημαίνει ότι ένα μέρος της εξόδου ανατροφοδοτείται στην είσοδο ως διαδρομή ανάδρασης. Ωστόσο, το «μη κυκλικό» είναι αντίθετο από το κυκλικό, αντιπροσωπεύοντας ότι δεν υπάρχουν μονοπάτια ανάδρασης στα διαδοχικά κυκλώματα.
Παραδείγματα διαδοχικών κυκλωμάτων – μάνδαλα & σαγιονάρες
Τόσο τα μάνδαλα όσο και τα flip-flops είναι διαδοχικά κυκλώματα, με ορισμένες διαφορές στις αρχές λειτουργίας τους. Ένα μάνδαλο δεν περιλαμβάνει σήματα ρολογιού για καταστάσεις ενεργοποίησης, ενώ οι σαγιονάρες απαιτούν ενεργοποίηση ρολογιού όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα:
Το παραπάνω σχήμα αντιπροσωπεύει το μάνδαλο SR και το SR flip-flop. Ένας παλμός ρολογιού εμφανίζεται στην περίπτωση του flip-flop παραπάνω.
SR Flip Flop
Ένα SR flip-flop είναι ακριβώς όπως ένα μάνδαλο SR, με μια πρόσθετη λειτουργία ρολογιού. Η ενεργοποίηση του ρολογιού λειτουργεί για να ρυθμίσει το flip-flop σε κατάσταση και το flip-flop συμπεριφέρεται νεκρό απουσία παλμού ρολογιού.
Το μπλοκ διάγραμμα του SR Flip Flop φαίνεται παρακάτω:
Διάγραμμα κυκλώματος
Οι σαγιονάρες SR αποτελούνται βασικά από πύλες NAND, όπως και το μάνδαλο SR. Ωστόσο, μια είσοδος ρολογιού υποδεικνύεται μεταξύ των δύο πρώτων πυλών NAND για την υποδεικνυόμενη ενεργοποίηση ρολογιού όπως υποδεικνύεται παρακάτω:
Πίνακας Αλήθειας
Ο πίνακας αλήθειας που περιλαμβάνει και τους τέσσερις πιθανούς συνδυασμούς εισόδου στα τερματικά S & R μαζί με δύο καταστάσεις εξόδου, Q & παρατίθεται πίνακας παρακάτω:
Η είσοδος ρολογιού διατηρείται πάντα στο E=1 για να ενεργοποιηθεί η λειτουργία του flip-flop SR. Οι τέσσερις συνδυασμοί εισόδων και εξόδων συζητούνται παρακάτω:
1: Όταν S=0, R=1 (Σετ):
Η έξοδος Q επιτυγχάνει υψηλή κατάσταση όταν S=0 & R=1
2: Όταν S=1, R=0 (Επαναφορά):
Η έξοδος Q μηδενίζεται ενώ η έξοδος Q’=1 όταν S=1 & R=0.
3: Όταν S=1, R=1 (Καμία αλλαγή):
Η έξοδος παραμένει στην προηγούμενη κατάστασή της όπως ανακαλείται από το SR flip flop.
4: Όταν S=0, R=0 (Απροσδιόριστο):
Οι έξοδοι είναι απροσδιόριστες καθώς και οι δύο είσοδοι είναι χαμηλές.
Διάγραμμα εναλλαγής
Το διάγραμμα μεταγωγής flip-flop SR μπορεί να σχεδιαστεί παρακάτω για υψηλές και χαμηλές καταστάσεις εισόδων «S» & «R» με εξόδους. Το διάγραμμα εναλλαγής φαίνεται εντάξει έως ότου και οι δύο καταστάσεις εισόδου γίνουν «0» και οι έξοδοι καταστούν άκυρες. Μετά τη μη έγκυρη κατάσταση, το flip-flop SR γίνεται ασταθές ενώ η μία έξοδος μπορεί να αλλάζει ταχύτερα από την άλλη, με αποτέλεσμα απροσδιόριστη συμπεριφορά.
Τύποι SR Flip Flop:
Οι σαγιονάρες SR μπορούν να κατασκευαστούν χρησιμοποιώντας πύλη AND, NAND και NOR. Οι λεπτομέρειες διαμόρφωσης μαζί με τους πίνακες αληθείας κάθε τύπου συζητούνται παρακάτω.
1- Θετικό NAND Gate SR Flip Flop
Το θετικό flip-flop πύλης NAND προσθέτει δύο επιπλέον πύλες NAND στο βασικό flip-flop SR. Η θετική πύλη NAND αλλάζει σε καταστάσεις ρύθμισης και επαναφοράς εφαρμόζοντας υψηλή είσοδο αντί για χαμηλές εισόδους στο βασικό flip-flop SR. Με άλλα λόγια, μια είσοδος «1» στο τερματικό «S» θα παρέχει μια κατάσταση ρύθμισης, ενώ μια είσοδος «1» στο τερματικό «R» θα παρέχει μια κατάσταση επαναφοράς.
Επιπλέον, η περίπτωση της μη έγκυρης κατάστασης εμφανίζεται τώρα όταν και οι δύο είσοδοι είναι υψηλές ενώ και οι δύο μηδενικές είσοδοι δεν έχουν καμία αλλαγή στις εξόδους.
2-NOR Gate SR Flip Flop
Οι σαγιονάρες SR μπορούν επίσης να κατασκευαστούν χρησιμοποιώντας δύο πύλες NOR. Αυτή η διαμόρφωση λειτουργεί παρόμοια με τη διαμόρφωση θετικών πυλών NAND. Οι καταστάσεις ρύθμισης και επαναφοράς ενεργοποιούνται από υψηλό παλμό ή «1» αντί για χαμηλό παλμό ή «0» στη βασική διαμόρφωση flip-flop SR. Ο πίνακας αλήθειας δείχνει τις ίδιες καταστάσεις εξόδου με το flip-flop της θετικής πύλης NAND SR.
3-Clocked SR Flip Flop
Οι χρονομετρημένες σαγιονάρες SR λαμβάνουν τις εισόδους τους από δύο πύλες ΚΑΙ. Μία από τις εισόδους της πύλης AND είναι το σήμα εισόδου για τους ακροδέκτες του flip flop SR ενώ η δεύτερη είσοδος είναι το clock ή το enable. Ο παλμός του ρολογιού παίζει σημαντικό ρόλο σε αυτή τη διαμόρφωση. Ο παλμός ρολογιού μπορεί να αλλάξει δύο επιπλέον πύλες NAND για ενεργοποίηση ή απενεργοποίηση όπως απαιτείται για να παρέχει καλύτερο έλεγχο στην κατάσταση εξόδου. Όταν η είσοδος ενεργοποίησης «EN» είναι υψηλή, όλες οι λειτουργίες πύλης NAND παρέχουν έξοδο. Όταν η είσοδος ενεργοποίησης «EN» είναι χαμηλή, οι δύο επιπλέον πύλες NAND αποσυνδέονται και οι προηγούμενες καταστάσεις ανακαλούνται από το flip flop SR.
Εφαρμογή – Εναλλαγή κυκλώματος εκτροπής
Οι σαγιονάρες SR ενεργοποιούνται από τις άκρες και αλλάζουν τις καταστάσεις τους αρκετά ομαλά. Μπορούν να εξαλείψουν την αναπήδηση των μηχανικών διακοπτών. Το φαινόμενο της αναπήδησης συμβαίνει όταν ο εξωτερικός μηχανικός διακόπτης δεν λειτουργεί πλήρως τις εσωτερικές επαφές και οι επαφές αναπηδούν πριν κλείσουν ή ανοίξουν. Αυτή η διαδικασία δημιουργεί μια σειρά ανεπιθύμητων σημάτων τα οποία μπορούν να ενεργοποιήσουν απροσδόκητα λογικές πύλες πριν εφαρμοστούν οι πραγματικές είσοδοι.
Στη διαμόρφωση διακόπτη αναπήδησης, οι επαφές του μηχανικού διακόπτη συνδέονται με ακροδέκτες ρύθμισης και επαναφοράς ενός βασικού flip flop SR όπως φαίνεται παρακάτω:
Καθώς οι σαγιονάρες SR ενεργοποιούνται στις άκρες, η αρχική κατάσταση εισόδου θα μετρήσει για τη δημιουργία της εξόδου, ανεξάρτητα από τις διακυμάνσεις στην είσοδο αργότερα. Ακόμη και αν παρουσιαστεί μια σειρά από καταστάσεις κλεισίματος-ανοιχτού λόγω αναπήδησης του διακόπτη όπως φαίνεται παρακάτω, η έξοδος θα εξακολουθεί να είναι ένας ομαλός παλμός.
συμπέρασμα
Τα διαδοχικά λογικά κυκλώματα διαφέρουν από τα συνδυαστικά κυκλώματα με βάση τις μονάδες μνήμης. Αυτά τα λογικά κυκλώματα εξαρτώνται επίσης από τις προηγούμενες καταστάσεις εισόδου μαζί με τις παρούσες καταστάσεις εισόδου. Αυτά τα κυκλώματα μπορούν να διατηρήσουν τις καταστάσεις εξόδου τους σε υψηλά ή χαμηλά επίπεδα ακόμα κι αν οι είσοδοι αλλάζουν με το χρόνο. Το πιο συνηθισμένο παράδειγμα διαδοχικών λογικών κυκλωμάτων είναι τα flip flops SR. Είναι ακριβώς όπως το μάνδαλο SR με πρόσθετες μονάδες μνήμης.