Contenuto: Logica sequenziale
Definizione logica sequenziale:
Un tipo di logica in cui lo stato della sequenza precedente degli ingressi e l'ingresso corrente possono influenzare lo stato attuale dell'uscita.
Cos'è il circuito logico sequenziale?
I circuito logico sequenziale è una forma combinata del circuito combinatorio con un elemento di memoria di base. Con la presenza di un elemento di memoria, il circuito può memorizzare precedenti stati di ingresso e uscita. Allo stesso tempo, il circuito logico sequenziale è generalmente noto come dispositivo a due stati o bistabile perché ha solo due stati stabili, "0" e "1", uno stato alla volta. L'elemento di memoria nel circuito può memorizzare un bit alla volta.
Questo tipo di circuito ha un numero finito di ingressi con un numero finito di uscite. A causa dell'elemento memoria, questo circuito fornisce la soluzione ai nostri numerosi problemi. Un circuito logico sequenziale viene utilizzato principalmente come registro, contatore, convertitore analogico-digitale (ADC), ecc.
Diagramma logico sequenziale | Architettura logica sequenziale :
Tipi di circuiti logici sequenziali:
In generale, possiamo differenziare il circuito logico sequenziale in due tipi fondamentali:
- A. Circuito logico sequenziale asincrono.
- B. Circuito logico sequenziale sincrono.
Circuiti logici sequenziali sincroni:
L'uscita di questo circuito logico dipende dall'impulso di ingresso e dall'impulso di clock del circuito. Il circuito è sincronizzato con l'orologio, cioè l'uscita può cambiare solo dopo un intervallo di tempo finito. Qui l'elemento di memoria e l'orologio sono una necessità. Senza alcun impulso di clock, non ci sarà alcun cambiamento nell'output. Per un cambiamento da un'uscita di stato a un'altra, questo circuito attende la successiva variazione dell'impulso di clock.
Questo tipo di circuito può essere utilizzato per sincronizzare tutti gli elementi presenti nel circuito, praticamente per rispondere ad una variazione di ingresso. C'è bisogno di una quantità di tempo finita perché l'output elaborato si verifichi principalmente, noto come ritardo di propagazione. Il ritardo di propagazione può variare da elemento a elemento. Quindi, per un circuito che funzioni correttamente, abbiamo bisogno di un intervallo di tempo definito in modo che tutti gli elementi possano avere il loro tempo per rispondere correttamente. Esempio dei circuiti logici sincroni sono flip-flop, contatore sincrono, ecc.
Circuiti logici sequenziali asincroni:
L'uscita di questo circuito logico dipende solo dall'impulso di ingresso e dalla sequenza dei dati di ingresso precedenti, questo circuito non ha alcun orologio e non necessita di alcuna sincronizzazione, quindi il circuito è indipendente dall'orologio, il che lo rende più veloce di il circuito logico sequenziale sincrono poiché l'uscita può cambiare in relazione alla variazione dell'ingresso con il tempo minimo richiesto può essere influenzato indipendentemente dal tempo. L'unico ostacolo alla velocità di questo circuito è il ritardo di propagazione degli elementi del circuito. Consuma meno energia, basse interferenze elettromagnetiche.
I circuiti logici sequenziali asincroni di solito eseguono operazioni nei seguenti casi:
Questi circuiti sono utilizzati principalmente quando la velocità di funzionamento è una priorità, come nei microprocessori, nell'elaborazione del segnale digitale, per l'accesso a Internet, ecc. A causa del comportamento asincrono, l'uscita può essere talvolta incerta, limitando l'applicazione della logica sequenziale asincrona circuito. Formatura anche questo tipo di circuito è difficile.
Differenza tra circuiti logici sequenziali sincroni e asincroni:
| Circuito logico sequenziale sincrono | Circuito logico sequenziale asincrono |
| L'uscita di questo circuito logico dipende dall'impulso di ingresso e dall'impulso di clock del circuito. | L'uscita di questo circuito logico dipende solo dall'impulso di ingresso e dalla sequenza dei dati di ingresso precedenti. |
| L'orologio è presente in questo circuito. | Nessun orologio è presente nel circuito. |
| Il circuito è semplice da progettare. | Il design di questo circuito è complesso. |
| Relativamente più lento di quello di un circuito logico sequenziale asincrono. | Funzionamento relativamente più veloce di quello del circuito logico sequenziale sincrono. |
| La produzione statale è sempre prevedibile | Produzione statale a volte imprevedibile |
| Questo circuito consuma una potenza piuttosto elevata. | Consuma una potenza relativamente minore. |
Diagrammi di stato logico sequenziale:
Il diagramma di stato logico di sequenza è un diagramma caratteristico del circuito, in cui possiamo determinare la transizione tra gli stati riguardanti l'ingresso. In questo tipo di diagramma quello stato è rappresentato principalmente come un cerchio e il passaggio da uno stato all'altro è indicato da una freccia, insieme a quella freccia è rappresentato l'impulso di ingresso, che provoca la transizione tra gli stati. Quando è presente un'uscita a impulsi la freccia può essere rappresentata con l'uscita relativa all'impulso in ingresso. Qui la freccia inizia con un cerchio e va in un altro cerchio e talvolta può tornare allo stesso cerchio a seconda delle condizioni.
Progettazione di circuiti logici sequenziali | Principi di progettazione della logica sequenziale
Sappiamo già che a circuito logico sequenziale combina il circuito combinatorio con un elemento di memoria. E per l'elemento di memoria, abbiamo bisogno di un elemento di memoria statica per memorizzare i dati nei circuiti. Quindi, per creare una cella di memoria statica nel circuito, utilizziamo gli inverter.
Fasi della progettazione del circuito logico sequenziale:
- Creare un diagramma di stato per il circuito sequenziale richiesto con gli stati di uscita desiderati.
- Converti il diagramma di stato in una tabella di stato.
- Scegli il flip-flop come tua esigenza e che soddisfa tutte le condizioni richieste, utilizza la tabella caratteristica o la tabella di eccitazione per la selezione del ciabatte infradito.
- Riduci al minimo le funzioni di input sul flip flop con l'aiuto di una K-map o degli algoritmi booleani richiesti.
- Utilizzare la funzione semplificata per progettare il circuito sequenziale e, se è necessario il circuito combinatorio per l'uscita richiesta, aggiungerlo di conseguenza.
- Infine, controlla l'uscita richiesta attraverso il circuito.
Seguendo il passaggio precedente possiamo progettare qualsiasi circuito sequenziale richiesto.
Circuiti logici MOS sequenziali:
Come sappiamo, un circuito logico sequenziale è una combinazione del circuito combinatorio con un elemento di memoria. E per l'elemento di memoria, abbiamo bisogno di un elemento di memoria statica in modo che possa memorizzare i dati, nei circuiti. Quindi per creare una cella di memoria statica nei circuiti usiamo gli inverter.
Una cella di memoria statica può essere creata da due o da un numero pari di inverter collegati in serie con feedback. Ha due stati stabili, ma uno stato stabile alla volta e lo stato di uscita stabile riguarda l'ingresso. Quando un rumore (come tensione o altra forma) si somma all'uscita, il che può rendere instabile il circuito e l'uscita potrebbe non essere stabile in uno stato definito, ma quando il rumore attraversa uno degli inverter, viene eliminato poiché questo circuito si sta rigenerando cercando sempre di tornare a uno stato stabile definito, che ci aiuta a creare una cella di memoria attiva e rigenerativa.
Il diagramma sopra è il CMOS circuito è della cella di memoria (due inverter collegati in retroazione). Dove questo circuito sarà stabile a '0' o '1' considerando l'ingresso fornito (tensione) attraverso l'ingresso, questa cella di memoria in CMOS è una cella di memoria statica. E combinando il circuito CMOS di questa cella di memoria con il circuito CMOS combinatorio, possiamo progettare il circuito CMOS del circuito sequenziale.
Logica combinatoria vs logica sequenziale:
| Logica Combinatoria | Logica sequenziale |
| È un tipo di logica digitale composta da numerosi circuiti booleani e la sua uscita dipende solo dagli ingressi in corrente. | È anche un tipo di logica digitale composta da un combinatorio oltre che da un elemento di memoria, la sua uscita non dipende solo dall'ingresso corrente ma può anche essere manipolata dalla sequenza di ingressi precedenti. |
| Il suo circuito è relativamente costoso. | Il suo circuito è relativamente economico. |
| L'orologio non è presente nei suoi circuiti. | L'orologio è un elemento necessario nel circuito sequenziale sincrono. |
| Non c'è alcun elemento di memoria nei suoi circuiti. | Ci deve essere un elemento di memoria nel circuito di questa logica. |
| Non è presente alcun circuito di feedback. | Per la manipolazione attraverso ingressi passati, è necessario un circuito di feedback. |
| Progettare il circuito attraverso porte logiche è facile. | Qui possiamo affrontare complicazioni nella progettazione dei circuiti a causa della necessità di elementi di memoria e feedback. |
| L'elaborazione dei risultati è relativamente più veloce. | Dopo aver considerato ogni aspetto, l'elaborazione dell'output può essere relativamente più lenta. |
| Possiamo definire la relazione input-output attraverso la tabella di verità. | La relazione ingresso-uscita può essere definita tramite una tabella delle caratteristiche, una tabella di eccitazione e diagrammi di stato. |
| Il requisito di questa logica è principalmente quello di eseguire operazioni booleane | Requisito di questa logica per la memorizzazione dei dati, la creazione di contatori, registri, ecc. |
Circuiti logici sequenziali Applicazioni:
Con il numero finito di ingressi e uscite, il circuito logico sequenziale viene utilizzato per costruire una macchina a stati finiti. Può fungere da registro, contatore, ecc. Con l'aiuto di un circuito combinatorio, è possibile creare molti dispositivi di base come la RAM (Random Access Memory), poiché il circuito logico sequenziale ci fornisce la possibilità di memorizzare i dati a cui apre la porta il microprocessore e il circuito logico aritmetico.
Dispositivi logici sequenziali:
L'uscita di un dispositivo logico sequenziale può essere manipolata dall'ingresso in corrente e dall'ingresso precedente o dagli impulsi di clock. I dispositivi sequenziali memorizzano gli ultimi dati con un elemento di memoria. Con questa capacità di memorizzare i dati, questi dispositivi aprono nuovi modi per risolvere un problema.
I dispositivi sequenziali sono come contatore, registro, ecc.
Chip logici sequenziali
Vantaggi e svantaggi della logica sequenziale:
Vantaggi della logica sequenziale:
Un vantaggio significativo della logica sequenziale è che il suo circuito contiene un elemento di memoria che consente di memorizzare dati e creare un registro, un contatore e microprocessori. Con l'uso dell'impulso di clock, può sincronizzare tutti gli elementi del circuito indipendentemente dai diversi ritardi di propagazione e fornire un'uscita adeguata. L'uscita può essere manipolata tramite l'ingresso in corrente, la sequenza passata di ingressi e anche tramite l'impulso di clock.
Svantaggi della logica sequenziale:
Presenza di un clock e feedback nella circuiteria, l'elaborazione dell'uscita può essere più lenta. Le complicazioni del circuito possono aumentare, il che può causare difficoltà nella costruzione del circuito. L'output a volte può essere incerto.
Storia logica sequenziale :
La logica sequenziale viene utilizzata per lo sviluppo della macchina a stati finiti, che è un elemento fondamentale di tutti i circuiti digitali. Per maggiori informazioni clicca qui.
Circuiti logici sequenziali domande e risposte | problemi risolti su circuiti logici sequenziali | FAQ
D. In che modo la RAM del computer utilizza la logica sequenziale?
Q. La ROM/RAM è un circuito combinatorio o sequenziale?
Risposta: - ROM (memoria di sola lettura) è costituito da Encoder, Decoder, Multiplexer, Adder Circuitry, Subtractor Circuitry, ecc. L'encoder è un circuito combinatorio che converte principalmente una forma di dati in un altro formato, come i dati decimali in dati binari. Il decoder qui c'è anche un circuito combinatorio. Lo stesso vale per multiplexer, sommatore e sottrattore. Tutti sono qui è un circuito combinatorio.
Nella ROM, non possiamo alterare il contenuto della memoria. Pertanto l'uscita della ROM dipende solo dall'ingresso. Quindi non è richiesto il valore passato di input o output. Quindi, la ROM ha solo un circuito combinatorio nei suoi circuiti.
considerando che per RAM (memoria ad accesso casuale), PROM (memoria di sola lettura programmabile), EPROM (memoria di sola lettura programmabile cancellabile), EEPROM (memoria di sola lettura programmabile cancellabile elettricamente) ha una memoria che può alterarsi. Nel caso di PROM, può essere programmato una volta dopo la produzione. RAM, EPROM, EEPROM, dove può cambiare lo stato. In questo tipo di memoria, abbiamo sempre bisogno del circuito sequenziale per il corretto funzionamento, poiché qui sono necessari valori di input e output passati. L'uscita corrente può essere modificata con la precedente sequenza di dati. Pertanto questo tipo di memoria necessita di un circuito sequenziale.
D. Il ripple carry sommatore è un esempio di circuito sequenziale Perché?
Risposta: – Un ripple carry sommatore è un circuito digitale che esegue l'addizione aritmetica di due diversi numeri binari. Può essere progettato con il collegamento in cascata di un connettore del sommatore completo all'uscita di riporto, dove l'output di riporto di un sommatore completo è collegato all'ingresso del successivo sommatore completo. Come vediamo qui, un sommatore completo è collegato al successivo sommatore come feedback, qui l'output di un sommatore completo può manipolare l'output di un altro sommatore completo. Quindi qui vediamo che l'output passato può manipolare l'output presente del circuito. Pertanto il sommatore di riporto può essere considerato un circuito sequenziale.
D. Perché le assegnazioni non bloccanti vengono utilizzate nei circuiti sequenziali in Verilog? ?
Risposta: – Nelle assegnazioni non bloccanti quando avviene il primo passo, la valutazione dell'espressione a destra dell'istruzione non bloccante avviene dopo che è stata eseguita la revisione del lato sinistro dell'istruzione non bloccante luogo, e alla fine della fase temporale, ha luogo la valutazione dell'affermazione di sinistra.
Poiché le assegnazioni non bloccanti non bloccano la valutazione di alcuna istruzione sequenziale, l'esecuzione di queste assegnazioni avviene simultaneamente o parallelamente. Quindi, per creare un circuito logico sequenziale in Verilog, dobbiamo sempre considerare le assegnazioni di blocchi con clock e non bloccanti. Con l'aiuto di assegnazioni non bloccanti, possiamo eliminare la condizione race around nei circuiti sequenziali.
Q. Definire circuiti logici sequenziali asincroni ?
Risposta: spiegato nella sezione dei circuiti logici sequenziali asincroni.
Q. Quanti flip flop sono necessari per costruire un circuito sequenziale che ha 20 stati?.
Risposta: - Infradito è un elemento di memoria di base nel circuito digitale sequenziale, che ha due stati stabili e questi due stati possono essere rappresentati come "0" e "1", ma può memorizzare un singolo bit alla volta.
Secondo la codifica binaria, n numero di infradito può rappresentare un massimo di 2n
Qui abbiamo bisogno di 20 stati di un circuito sequenziale
Quindi 2n = 20
Dopo aver risolto l'equazione precedente, otteniamo n = 4.322
Quanto a, 24 ci sono solo 16 stati, ma abbiamo bisogno di 20 stati. Qui ci sono altri 4 stati per lavorare quindi dobbiamo scegliere un numero maggiore di 4. Quindi, useremo n=5 dove 25 ha 32 stati, il che è sufficiente per 20 stati.
Mentre nella codifica one-hot il numero di flip flop richiesti per n stati è n. quindi abbiamo bisogno di 20 infradito per 20 stati.
D. Come può essere realizzato un chip sequenziale da soli chip combinatori?
Risposta: – Quando un circuito logico combinatorio è collegato a un percorso di retroazione, il circuito risultante è un circuito logico sequenziale.
Se andiamo al diagramma degli elementi essenziali della memoria come a ciabatte infradito, latch, possiamo vedere che il flip-flop può essere creato con l'aiuto di porte AND, porte NAND, porte NOR, ecc., quando sono collegate tra loro con feedback.
Il diagramma mostra due porte NAND collegate con un percorso di retroazione che forma il circuito flip flop SR. In questo modo, un circuito combinatorio può essere convertito in un circuito sequenziale.
D. Principio di funzionamento dei circuiti logici sequenziali astabili
Risposta:- Un circuito logico sequenziale astabile non ha alcuno stato stabile come uscita, cioè non è stabile in nessuno stato. L'uscita transita continuamente da uno stato all'altro. Questo tipo di circuito può essere utilizzato come oscillatore, tale oscillatore per generare impulsi di clock in un circuito. Un esempio di un circuito astabile è un oscillatore ad anello.
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Sono laureato in Ingegneria Elettronica Applicata e Strumentale. Sono una persona curiosa. Ho un interesse e una competenza in argomenti come trasduttori, strumentazione industriale, elettronica, ecc. Amo conoscere ricerche e invenzioni scientifiche e credo che la mia conoscenza in questo campo contribuirà ai miei sforzi futuri.