Sekventiel logik: 17 vigtige fakta, du bør vide

Indhold: Sekventiel logik

Sekventiel logisk definition:

En type logik, hvor den forrige sekvensstatus for input såvel som nuværende input kan påvirke den nuværende outputtilstand.

Hvad er sekventielt logisk kredsløb?

sekventielt logisk kredsløb er en kombineret form for kombinationskredsløbet med et grundlæggende hukommelseselement. Med tilstedeværelsen af ​​et hukommelseselement kan kredsløbet gemme tidligere indgangs- og udgangstilstande. Samtidig er det sekventielle logiske kredsløb almindeligvis kendt som en to-tilstands eller bistabil enhed, fordi den kun har to stabile tilstande, '0' og '1', en tilstand ad gangen. Hukommelseselementet i kredsløbet kan gemme en bit ad gangen.

Denne type kredsløb har et begrænset antal indgange med et begrænset antal udgange. På grund af hukommelseselementet giver dette kredsløb løsningen på vores mange problemer. Et sekventielt logisk kredsløb bruges hovedsageligt som et register, tæller, analog til digital konverter (ADC), etc.

Sekventielt logisk diagram | Sekventiel logisk arkitektur :

Sekventielt logisk kredsløb
Fig. Sekventiel logisk kredsløb

Typer af sekventielle logiske kredsløb:

Generelt kan vi differentiere det sekventielle logiske kredsløb i to grundlæggende typer:

  • A. Asynkront sekventielt logisk kredsløb.
  • B. Synkront sekventielt logisk kredsløb.

Synkrone sekventielle logiske kredsløb:

Outputtet fra dette logiske kredsløb afhænger af indgangspulsen og klokpuls af kredsløbet. Kredsløbet er synkroniseret med uret, dvs. udgangen kan kun ændre sig efter et begrænset tidsinterval. Her er hukommelseselement og uret en nødvendighed. Uden urpuls vil der ikke være nogen ændring i output. For en ændring i en tilstandsoutput til en anden, venter dette kredsløb på den næste ændring i urimpulsen.

Denne type kredsløb kan bruges til at synkronisere alle de elementer, der findes i kredsløbet, praktisk talt til at reagere på en ændring i input. Der er behov for en begrænset tid til, at det behandlede output hovedsagelig forekommer, kendt som formeringsforsinkelse. Udbredelsesforsinkelsen kan variere fra element til element. Så for et korrekt fungerende kredsløb har vi brug for et bestemt tidsinterval, så alle elementer kan få deres tid til at reagere ordentligt. Eksempel på de synkrone logiske kredsløb er flip-flops, synkron tæller osv.

Asynkrone sekventielle logiske kredsløb:

Outputtet fra dette logiske kredsløb afhænger kun af indgangspulsen og rækkefølgen af ​​tidligere inputdata.Dette kredsløb har ikke noget ur og behøver ingen synkronisering, så kredsløbet er uafhængigt af uret, hvilket gør det hurtigere end det synkrone sekventielle logiske kredsløb, fordi udgangen kan ændre sig med hensyn til ændring af input med den krævede minimale tid, kan påvirkes uanset tid. Den eneste hindring for dette kredsløbs hastighed er udbredelsesforsinkelsen af ​​kredsløbselementerne. Det bruger mindre strøm, lav elektromagnetisk interferens.

Asynkrone sekventielle logiske kredsløb udfører normalt operationer i følgende tilfælde:

 Disse kredsløb bruges hovedsageligt, når driftshastigheden er en prioritet, såsom i mikroprocessorer, digital signalbehandling, til internetadgang osv. På grund af den asynkrone adfærd kan output nogle gange være usikkert, hvilket begrænser anvendelsen af ​​den asynkrone sekventielle logik kredsløb. Danner denne type kredsløb er også vanskelig.

Forskel mellem synkrone og asynkrone sekventielle logiske kredsløb:

Synkront sekventielt logisk kredsløbAsynkront sekventielt logisk kredsløb
Outputtet fra dette logiske kredsløb afhænger af indgangspulsen såvel som kredsløbets klokimpuls.Outputtet fra dette logiske kredsløb afhænger kun af indgangspulsen og rækkefølgen af ​​tidligere indgangsdata.
Uret er til stede i dette kredsløb.Intet ur er til stede i kredsløbet.
Kredsløbet er let at designe.Designet af dette kredsløb er komplekst.
Relativt langsommere end for et asynkront sekventielt logisk kredsløb.Relativt hurtigere at arbejde end det synkrone sekventielle logiske kredsløb.
Statlig produktion er altid forudsigeligStatlig produktion undertiden uforudsigelig
Dette kredsløb bruger noget høj effekt.Det bruger relativt mere mindre strøm.

Sekventielle logiske tilstandsdiagrammer:

Sekvenslogisk tilstandsdiagram er et karakteristisk diagram over kredsløbet, hvor vi kan bestemme overgangen mellem de tilstande, der vedrører indgangen. I denne type diagram er tilstanden hovedsageligt repræsenteret som en cirkel, og ændringen fra en tilstand til en anden er betegnet med en pil sammen med den pil er inputpulsen repræsenteret, hvilket forårsager overgangen mellem staten. Når der er pulsudgang, kan pilen repræsenteres med udgangen relateret til indgangspulsen. Her starter pilen med en cirkel og går til en anden cirkel, og nogle gange kan den vende tilbage til den samme cirkel afhængigt af tilstanden.

Sekventielt logisk kredsløbsdesign | Sekventielle logiske designprincipper

Vi ved allerede, at en sekventielt logisk kredsløb kombinerer kombinationskredsløbet med et hukommelseselement. Og til hukommelseselementet har vi brug for et statisk hukommelseselement til at gemme data i kredsløb. Så til at skabe en statisk hukommelsescelle i kredsløbet bruger vi invertere.

Trin af sekventielt logisk kredsløbsdesign:

  1.  Opret et tilstandsdiagram for det krævede sekventielle kredsløb med de ønskede outputtilstande.
  2. Konverter tilstandsdiagrammet til en tilstandstabel.
  3. Vælg flip-flop som dit krav, og som opfylder alle de nødvendige betingelser, brug den karakteristiske tabel eller excitationstabellen til at vælge flip flop.
  4. Minimer inputfunktionerne til flip-flop ved hjælp af et K-map eller krævede boolske algoritmer.
  5. Brug den forenklede funktion til at designe det sekventielle kredsløb, og hvis det kombinerede kredsløb er nødvendigt for det krævede output, tilføj det tilsvarende.
  6. Endelig skal du kontrollere, om det krævede output gennem kredsløbet er.

Ved at følge ovenstående trin kan vi designe ethvert sekventielt kredsløb, der kræves.

Sekventielle MOS-logiske kredsløb:

Som vi ved, at et sekventielt logisk kredsløb er en kombination af kombinationskredsløbet med et hukommelseselement. Og til hukommelseselementet har vi brug for et statisk hukommelseselement, så det kan gemme data i kredsløb. Så til at skabe en statisk hukommelsescelle i kredsløb bruger vi invertere.

baglæns
Fig. I denne figur er to omformere forbundet i feedback til hinanden.

En statisk hukommelsescelle kan oprettes af to eller et vilkårligt antal omformere, der er forbundet i serie med feedback. Den har to stabile tilstande, men en stabil tilstand ad gangen, og den stabile outputtilstand vedrører indgangen. Når en støj (som en spænding eller anden form) tilføjes til udgangen, hvilket kan gøre kredsløbet ustabilt, og udgangen er muligvis ikke stabil i en bestemt tilstand, men når støj krydser gennem en af ​​omformerne, bliver den elimineret da dette kredsløb regenererer, prøver vi altid at vende tilbage til en bestemt stabil tilstand, hvilket hjælper os med at skabe en aktiv og regenerativ hukommelsescelle.

Kredsløb
Fig. I denne figur er et CMOS-kredsløb af de to invertere forbundet i feedback.

Ovenstående diagram er CMOS kredsløbet er af hukommelsescellen (to invertere tilsluttet i feedbacken). Hvor dette kredsløb vil være stabilt ved '0' eller '1' i betragtning af den tilførte input (spænding) gennem indgangen, er denne hukommelsescelle i CMOS en statisk hukommelsescelle. Og ved at kombinere CMOS-kredsløbet i denne hukommelsescelle med det kombinerende CMOS-kredsløb, kan vi designe det sekventielle CMOS-kredsløb.

Kombinationslogik vs sekventiel logik:

KombinationslogikSekventiel logik
Det er en type digital logik, der er sammensat af adskillige boolske kredsløb, og dens output afhænger kun af aktuelle indgange.Det er også en type digital logik sammensat af både et kombinations- og et hukommelseselement, dets output afhænger ikke kun af den aktuelle indgang, men kan også manipuleres af rækkefølgen af ​​tidligere indgange.
Dens kredsløb er relativt dyrt.Dens kredsløb er relativt billigt.
Uret er ikke der i dets kredsløb.Uret er et nødvendigt element i det synkrone sekventielle kredsløb.
Der er intet hukommelseselement i dets kredsløb.Der skal være et hukommelseselement i kredsløbet for denne logik.
Der er ingen feedback-kredsløb til stede.Til manipulation gennem tidligere input er feedback-kredsløb nødvendige.
Det er let at designe kredsløbet gennem logiske porte.Her kan vi stå over for komplikationer i design af kredsløb på grund af kravet om hukommelseselementer og feedback.
Behandling af resultater er forholdsvis hurtigere.Efter at have overvejet alle aspekter kan outputbehandlingen være relativt langsommere.
Vi kan definere input-output-forholdet gennem sandhedstabellen.Input-output-forholdet kan defineres gennem en karakteristisk tabel, excitationstabel og tilstandsdiagrammer.
Kravet til denne logik er primært at udføre boolske operationerKrav til denne logik til lagring af data, oprettelse af tæller, registre osv.

Sekventielle logiske kredsløb Anvendelser:

Med det begrænsede antal ind- og udgange bruges det sekventielle logiske kredsløb til at konstruere en endelig tilstandsmaskine. Det kan fungere som et register, tæller osv. Ved hjælp af et kombinationskredsløb kan der oprettes mange basale enheder som RAM (Random Access Memory), da det sekventielle logiske kredsløb giver os mulighed for at gemme data, det åbner døren til mikroprocessoren og det aritmetiske logiske kredsløb.

Sekventielle logiske enheder:

Outputtet fra en sekventiel logisk enhed kan manipuleres af den aktuelle indgang og af den forrige indgangs- eller urimpuls. Sekventielle enheder gemmer de sidste data med et hukommelseselement. Med denne mulighed for at gemme data på disse enheder åbner du nye måder at løse et problem på.

Sekventielle enheder er som tæller, register osv.

Sekventielle logiske chips

Sekventiel logisk chip 3
billedkredit: Konstantin Lanzet, KL CHIPS F8680 SoCCC BY-SA 3.0

Fordele og ulemper ved sekventiel logik:

Fordele ved sekventiel logik:

En væsentlig fordel ved sekventiel logik er, at dets kredsløb indeholder et hukommelseselement, der muliggør lagring af data og oprettelse af et register, tæller og mikroprocessorer. Ved hjælp af urimpuls kan den synkronisere alle kredsløbselementer uanset forskellige formeringsforsinkelser og give korrekt output. Output kan manipuleres gennem strømindgang, tidligere sekvens af indgange og gennem urpuls også.

Ulemper ved sekventiel logik:

Tilstedeværelsen af ​​et ur og feedback i kredsløbet, behandlingen af ​​output kan være langsommere. Komplikationer af kredsløbet kan øges, hvilket kan medføre problemer med at opbygge kredsløbet. Output er undertiden kan være usikker.

Sekventiel logikhistorie :

Sekventiel logik anvendes til udvikling af finite state machine, som er en grundlæggende byggesten i alle digitale kredsløb. For mere information Klik her.

Sekventielle logiske kredsløb spørgsmål og svar løste problemer på sekventielle logiske kredsløb | FAQ

Q. Hvordan bruger computer ram sekventiel logik?

Q. Er ROM / RAM et kombinations- eller sekventielt kredsløb?

Svar: - ROM (skrivebeskyttet hukommelse) består af Encoder, Decoder, Multiplexer, Adder Circuitry, Subtractor Circuitry, etc. Encoderen er et kombinationskredsløb, der hovedsageligt konverterer en form for data til et andet format, såsom decimaldata til binære data. Det dekoder her er også et kombinationskredsløb. Det samme gælder for multiplexer, Adder og Subtraktor. Alle er her er et kombinationskredsløb.

 I ROM kan vi ikke ændre indholdet af hukommelsen. Derfor afhænger udgangen af ​​ROM kun af indgangen. Så der er ikke noget krav om den tidligere værdi af input eller output. Så ROM har kun et kombinations kredsløb i sine kredsløb.

 Mens for RAM (Random Access Memory), PROM (programmerbar skrivebeskyttet hukommelse), EPROM (sletbar programmerbar skrivebeskyttet hukommelse), EEPROM (elektrisk sletbar programmerbar skrivebeskyttet hukommelse) har en hukommelse, der kan ændres. I tilfælde af PROM kan den programmeres en gang efter fremstillingen. RAM, EPROM, EEPROM, hvor kan ændre tilstanden. I denne type hukommelse har vi altid brug for det sekventielle kredsløb for korrekt drift, da der her er behov for tidligere input- og outputværdier. Den aktuelle output kan ændres med den forrige datasekvens. Derfor har denne type hukommelse brug for et sekventielt kredsløb.

Spørgsmål: Er ripplebærer et eksempel på sekventielt kredsløb Hvorfor?

  Svar: - En krusningsbærer er et digitalt kredsløb, der udfører additionsaritmetik af to forskellige binære tal. Det kan designes med kaskadering af en fuld adder-tilslutning til bæreoutputtet, hvor bæreoutputtet fra en fuld adder er forbundet til indgangen til den næste fulde adder. Som vi ser her, er en fuld adderer forbundet til den næste adder som feedback, her kan output fra en full adder manipulere output fra en anden full adder. Så her ser vi, at tidligere output kan manipulere det nuværende output af kredsløbet. Derfor kan krusningsbærer betragtes som et sekventielt kredsløb.

Q. Hvorfor bruges ikke-blokerende tildelinger i sekventielle kredsløb i Verilog ?

 Svar: - I ikke-blokerende opgaver, når førstegangstrinnet finder sted, finder evalueringen af ​​højreekspressionen af ​​den ikke-blokerende erklæring sted efter, at revisionen af ​​venstre side af den ikke-blokerende erklæring tager sted, og i slutningen af ​​tidstrinnet finder evalueringen af ​​den venstre erklæring sted.

 Da opgaver, der ikke er blokerende, ikke blokerer evalueringen af ​​sekventielle udsagn, sker udførelsen af ​​disse opgaver samtidigt eller parallelt. Så for at skabe et sekventielt logisk kredsløb i Verilog er vi altid nødt til at overveje clocked block og ikke-blokerende opgaver. Ved hjælp af ikke-blokerende opgaver kan vi eliminere løbet omkring tilstanden i det sekventielle kredsløb.

Q. Definer asynkrone sekventielle logiske kredsløb ?

Svar: forklaret i sektionen med asynkrone sekventielle logiske kredsløb.

Q. Hvor mange flip flops kræves for at opbygge et sekventielt kredsløb, der har 20 tilstande.

Svar: - Flip Flops er et grundlæggende hukommelseselement i det sekventielle digitale kredsløb, som har to stabile tilstande, og disse to tilstande kan repræsenteres som '0' og '1', men det kan gemme en enkelt bit ad gangen.

 Ifølge binær kodning kan n antal flip flops repræsentere maksimalt 2n

Her har vi brug for 20 tilstande i et sekventielt kredsløb

Så 2n = 20

Efter at have løst ovenstående ligning får vi n = 4.322

Hvad angår, 24 der er kun 16 stater, men vi har brug for 20 stater. Her er vi 4 flere tilstande til at arbejde, så vi skal vælge et tal højere end 4. Så vi vil bruge n=5 hvor 25 har 32 stater, hvilket er tilstrækkeligt nok til 20 stater.

Mens der i en-hot-kodning der er antallet af flip-flops, der kræves for n-stater, er n. så der har vi brug for 20 flip flops til 20 stater.

Q. Hvordan kan en sekventiel chip fremstilles udelukkende af kombinationschips

Svar: - Når et kombinationslogisk kredsløb er forbundet med en feedbackvej, er det resulterende kredsløb et sekventielt logisk kredsløb.

Hvis vi går til diagrammet over væsentlige hukommelseselementer som a flip flop, latches, kan vi se, at flip-floppen kan skabes ved hjælp af AND gate, NAND gate, NOR gate osv., når de er forbundet med feedback til hinanden.

SR FF
Fig. Dette er et diagram over SR-flip-flop. 

 Diagrammet viser to NAND-porte forbundet med en feedbacksti, der danner SR-flip-flop-kredsløbet. På denne måde kan et kombinations kredsløb konverteres til et sekventielt kredsløb.

Q. Funktionsprincip for astable sekventielle logiske kredsløb

Svar: - Et astabilt sekventielt logisk kredsløb har ikke nogen stabil tilstand som output, dvs. den er ikke stabil i nogen tilstand. Outputtet går kontinuerligt fra en tilstand til en anden. Denne type kredsløb kan bruges som en oscillator, en sådan oscillator til at generere clock-impuls i et kredsløb. Et eksempel på en astable kredsløb er en ring oscillator.

For flere artikler Klik her

Efterlad en kommentar