Szekvenciális logikai áramkör
A szekvenciális logikai áramkörök a memóriaegységekkel rendelkező kombinált logikai áramkörök. Ezek az áramkörök nem függenek teljes mértékben a bemeneti állapotoktól a kimenet biztosításához. Ezek kétállapotú logikai áramkörök, ami azt jelenti, hogy ezek az áramkörök folyamatosan magas „1” vagy alacsony „0” értéken tartják a kimenetet, még akkor is, ha a bemenetek idővel változnak. A kimeneti állapot csak a szekvenciális áramkörök triggerimpulzusának alkalmazásával változtatható meg.
A szekvenciális áramkör alapvető ábrázolása az alábbiakban látható:
A szekvenciális áramkörök osztályozása
A szekvenciális áramkörök kioldási állapotuk alapján vannak felosztva, az alábbiak szerint:
- Eseményvezérelt szekvenciális áramkörök
Az aszinkron szekvenciális logikai áramkörök családjába tartoznak. Óra nélküliek és azonnal működni tudnak a bemenet vételére. A kimenet azonnal megváltozik a bemeneti kombinációval. - Óravezérelt szekvenciális áramkörök
A szinkron szekvenciális logikai áramkörök családjába tartoznak. Ezek a szekvenciális áramkörök órahajtásúak. Ez azt jelenti, hogy órajelre van szükségük a bemeneti kombinációkkal való működéshez és a kimenet előállításához. - Impulzusvezérelt szekvenciális áramkör
Ezek a szekvenciális áramkörök lehetnek órajelesek vagy óra nélküliek. Valójában kombinálják az esemény- és óravezérelt szekvenciális áramkörök tulajdonságait.
A „szinkron” kifejezés azt jelenti, hogy az órajel külső jel alkalmazása nélkül megváltoztathatja a szekvenciális áramkör állapotait. Aszinkron áramkörökben külső bemeneti jelre van szükség az áramkör visszaállításához.
A „ciklikus” kifejezés azt jelenti, hogy a kimenet egy része visszacsatolási útvonalként visszacsatolásra kerül a bemenetre. A „nem ciklikus” azonban a ciklikus ellentéte, ami azt jelenti, hogy a szekvenciális áramkörökben nincsenek visszacsatolási utak.
Példák szekvenciális áramkörökre – reteszek és flip-flopok
Mind a reteszek, mind a flip-flopok szekvenciális áramkörök, működési elveikben bizonyos különbségek vannak. A retesz nem tartalmaz órajeleket az indítóállapotokhoz, míg a flip-flopok órajel-kioldást igényelnek az alábbi ábrán látható módon:
A fenti ábra az SR reteszt és az SR flip-flopot ábrázolja. A fenti flip-flop esetében óraimpulzus látható.
SR Flip Flop
Az SR flip-flop olyan, mint egy SR retesz, további óra funkcióval. Az óra trigger funkciója beállítja a flip-flop állapotát, és a flip-flop halottan viselkedik óraimpulzus hiányában.
Az SR Flip Flop blokkvázlata az alábbiakban látható:
Kördiagramm
Az SR flip-flopok alapvetően NAND kapukból állnak, akárcsak az SR retesz. Azonban az első két NAND-kapu között egy órabemenet van jelezve a jelzett órakioldáshoz, az alábbiak szerint:
Igazságtáblázat
Az igazságtáblázat, amely tartalmazza mind a négy lehetséges bemeneti kombinációt az S & R terminálokon, valamint két kimeneti állapotot, Q & az alábbi táblázatban található:
Az órajel bemenet mindig E=1 értéken van, hogy lehetővé tegye az SR flip-flop működését. A bemenetek és kimenetek négy kombinációját az alábbiakban tárgyaljuk:
1: Ha S=0, R=1 (beállítva):
A Q kimenet magas állapotot ér el, ha S=0 és R=1
2: Ha S=1, R=0 (Visszaállítás):
A Q kimenet nullára változik, míg a Q’=1 kimenet, ha S=1 és R=0.
3: Ha S=1, R=1 (nincs változás):
A kimenet az SR flip-flop által visszaidézett korábbi állapotában marad.
4: Ha S=0, R=0 (meghatározatlan):
A kimenetek határozatlanok, mivel mindkét bemenet alacsony.
Kapcsolási diagram
Az SR flip-flop kapcsolási diagramja az alábbiakban ábrázolható az „S” és „R” bemenetek magas és alacsony állapotaihoz kimenetekkel. A kapcsolási diagram mindaddig rendben van, amíg mindkét bemeneti állapot „0”-ra nem változik, és a kimenetek érvénytelenné válnak. Az érvénytelen állapot után az SR flip-flop instabillá válik, miközben az egyik kimenet gyorsabban kapcsolhat, mint a másik, ami határozatlan viselkedést eredményez.
Az SR Flip Flop típusai:
Az SR flip-flopok AND, NAND és NOR gate használatával építhetők. A konfiguráció részleteit az egyes típusok igazságtáblázataival együtt az alábbiakban tárgyaljuk.
1- Pozitív NAND Gate SR Flip Flop
A pozitív NAND kapuflip-flop két extra NAND kaput ad az alap SR flip-flophoz. A pozitív NAND-kapu az alap SR flip-flopban az alacsony bemenetek helyett magas bemenetet alkalmazva kapcsol be- és visszaállítási állapotba. Más szóval, az „S” terminálon az „1” bemenet beállított állapotot, míg az „R” terminálon az „1” bemenet visszaállítási állapotot biztosít.
Ezenkívül az érvénytelen állapot esete megjelenik, ha mindkét bemenet magas, miközben mindkét nulla bemenet kimenete nem változik.
2-NOR Gate SR Flip Flop
Az SR flip-flopok két NOR kapu használatával is kialakíthatók. Ez a konfiguráció hasonlóan működik, mint a pozitív NAND-kapuk konfigurációja. A beállítási és visszaállítási állapotokat magas impulzus vagy „1” váltja ki az alacsony impulzus helyett, vagy „0” az alap SR flip-flop konfigurációban. Az igazságtáblázat ugyanazokat a kimeneti állapotokat mutatja, mint a pozitív NAND kapu SR flip-flop.
3 órajelű SR Flip Flop
Az órajeles SR flip-flopok két ÉS kapuról veszik a bemeneteiket. Az ÉS kapu egyik bemenete az SR flip-flop kivezetéseinek bemeneti jele, míg a második bemenet az óra vagy az engedélyezés. Az órajel impulzus jelentős szerepet játszik ebben a konfigurációban. Az órajel impulzus két extra NAND kaput kapcsolhat be vagy ki, ha szükséges, a kimeneti állapot jobb szabályozása érdekében. Ha az „EN” engedélyezési bemenet értéke magas, az összes NAND-kapu funkció kimenetet biztosít. Ha az „EN” engedélyezési bemenet alacsony, a két extra NAND kapu leválasztásra kerül, és az SR flip-flop visszahívja a korábbi állapotokat.
Alkalmazás – Switch Debounce Circuit
Az SR flip flopok éles triggereltek, és meglehetősen simán váltják az állapotukat. Kiküszöbölhetik a mechanikus kapcsolók pattogását. A pattogás jelensége akkor fordul elő, ha a külső mechanikus kapcsoló nem működteti teljesen a belső érintkezőket, és az érintkezők pattannak, mielőtt bezárják vagy kinyitják őket. Ez a folyamat nemkívánatos jelek tömbjét hozza létre, amelyek váratlanul logikai kapukat indíthatnak el, mielőtt a tényleges bemeneteket alkalmaznák.
A kapcsoló debounce konfigurációban a mechanikus kapcsoló érintkezői az alap SR flip-flop beállító és visszaállító kapcsaihoz vannak csatlakoztatva, az alábbiak szerint:
Mivel az SR flip-flopok él triggereltek, a kezdő bemeneti állapot beleszámít a kimenet generálásába, függetlenül a bemenet későbbi ingadozásaitól. Még akkor is, ha a kapcsoló visszapattanása miatt zárt nyitott állapotok sorozata következik be, amint az alább látható, a kimenetnek továbbra is egy sima impulzusnak kell lennie.
Következtetés
A szekvenciális logikai áramkörök a memóriaegységek alapján különböznek a kombinált áramköröktől. Ezek a logikai áramkörök a múltbeli bemeneti állapotoktól és a jelenlegi bemeneti állapotoktól is függenek. Ezek az áramkörök magas vagy alacsony szinten tudják tartani kimeneti állapotukat, még akkor is, ha a bemenetek idővel változnak. A szekvenciális logikai áramkörök leggyakoribb példája az SR flip-flop. Olyanok, mint az SR retesz, további memóriaegységekkel.