Circuite logice secvențiale

CAPITOLUL 1

Circuite logice secventiale

1.1 Notiuni generale

In acest capitol vom introduce componente logice ale caror iesiri depind numai de valorile logice prezentate la intrari, dar si de valorile precedente ale intrarilor si iesirilor.

Aceste componente pot memora evenimente trecute si au raspunsul dependent de evenimente trecute, o calitate esentiala pentru proiectarea sistemelor logice combinationale.

Pana acum am considerat circuite logice ale caror valori de iesire depend de valorile de intrare. De exemplu, iesirea undei porti de baza AND va fi 1 atunci cand doua semnale de valoare 1 sunt aplicate la intrari.Un astfel de circuit a fost numit circuitul combinational deoarece valoarea( valorile) de iesire care va (vor) depinde de anumite combinatii ale valorilor de intrare.

Adesea avem , insa , nevoie de un circuit logic ale carui valori sa depinda de valorile precedente de iesire (si prin urmare de valorile precedente e intrare).

Un exemplu comun este un numarator binar ale carui iesiri formeaza o secventa binara , cum este 000, 001,010,011,100,101,….. Combinatia de iesire dupa 000 este 001. Iesirea dupa 001 este 010 si asa mai departe.Schimbarea de la o combinatie de iesire la urmatoarea este initiata de un semnal de ceas (tact) aplicat numaratorului. Semnalul de ceas se schimba din 0 in 1 si din 1 in 0 la intervale regulate.Schimbarea de la un numar la urmatorul numar va incepe cand semnalul de ceas se modifica din 0 in 1 sau din 1 in 0, in functie de schema interna a circuitului.

Figura 1.1 Secventa de numarator binar

Schema particulara din fig 1.1 , reprezinta o secventa binara crescatoare , are 3 cifre necesitand 3 iesiri ,cate una pentru fiecare bit. Daca un bit de iesire este un 1 sau un 0, aceasta va depinde de valorile precedente ale tuturor celor 3 iesiri . Bitul cel mai putin semnificativ va deveni 1 dupa numerele 000, sau 010, sau 100, sau 110 si va deveni 0 dupa numerele 001, sau 011, sau 101, sau 111.

Numaratoarele sunt clasificate in familia numita CIRCUITE LOGICE SECVENTIALE.

Circuitele logice secventiale sunt caracterizate de faptul ca valorile de iesire depend nu numai de valorile intrarilor si iesirilor prezente, dar si de valorile iesirilor si intrarilor anterioare. Un circuit logic secvential la care modificarile iesiri sunt initiate de un semnal de intrare de ceas si la care iesirea se modifica imediat dupa tranzitia specifica a semnalului de ceas , se numeste circuit logic secvential sincron.

Circuitele logice sincrone formeaza majoritatea sistemelor secventiale deoarece existenta unui semnal de sincronizare a iesirilor simplifica foarte mult circuitele Calculatoarele sunt in mare parte circuite logice secventiale sincrone. Oricum exista situatii in care folosirea unui ceas pentru a sincroniza operatiile nu este potrivita sau nu este posibila . Un circuit secvential care nu foloseste un semnal de ceas pentru sincronizare se numeste circuit logic secvential asincron .

Un circuit logic secvential trebuie sa aiba un anumit fel de memorie pentru a memora valorile trecute.Sa vedem mai intai cum poate fi proectata o celula de memorie si , apoi , cum poate fi memoria incorporata in blocurile de baza care construiesc circuitele secvenitale.

1.2 Proiectarea unei memorii folosind portile logice

Un circuit logic poate mentine constanta valoarea unei iesiri prin folosirea unei reactii negative, prin careiesirea este conectata la intrare in asa fel incat sa forteze valoarea iesiri.

De exemplu, sa presupunem o poarta AND care are 1 la intrare.Aceasta produce un 1 la iesire . Daca acest 1 este adus inapoi la intrare pentru a crea un 1 pe o intrare impreuna cu celelalte intrari pastrate in 1 , iesirea se va mentine in 1 asa cum se vede in Figura 1.2. Daca iesirea a fost initial in 0, ar fi adus inapoi la intrare un 0 s-ar forta mentinerea iesiri in 0. Oricare ar fi valoarea iesiri, 0 sau 1, este nedefinita , adica ar putea fi 0 sau 1 cand circuitul este pornit(alimentat) prima data , in functie de constructia interna a portilor , valoarea iesiri ar ramane neschimbata daca celelalte intrari ale portii AND sunt mentinute in 1.

Daca una dintre celelalte intrari ar deveni 0, iesirea ar deveni si ar ramane 0, dar nu am putea sa fortam iesirea in 1 numai cu aceste intrari. Pentru a forta iesirea sa devina un 0 sau un 1 este necesar un circuit ca cel din Figura 1.3 . Aici am folosit doua porti NAND in loc de o singura poarta AND si doua intrari etichetate R(reset) si S(set). Acestea ne dau posibilitatea sa fortam iesirea in 0 prin aplicarea unui 0 pe intrarea R in timp ce pastram un 1 pe intrarea S, sau sa fortam iesirea in 1 prin aplicarea unui 0 pe intrarea S in timp ce pastram un 1 pe intrarea R. De remarcat ca toate intrarile sunt barate, pt a indica necesitatea unui 0 pentru activarea lor.Numim aceste semnale active in 0(sau active jos), in opozitie cu semnalele active in 1(sau active sus), la care un 1 determina activarea. O data ce iesirea a fost fortata in 0 sau 1 , intrarile (R sau S) se pot intoarce la 1 in timp ce iesirea ramane neschimbata.