Последовательная логическая схема
Схемы последовательной логики — это комбинационные логические схемы с блоками памяти. Эти схемы не полностью зависят от входных состояний для обеспечения выходного сигнала. Это логические схемы с двумя состояниями, что означает, что эти схемы могут постоянно поддерживать выходной сигнал на высоком уровне «1» или низком уровне «0», даже если входные сигналы изменяются со временем. Состояние выхода можно изменить только посредством подачи триггерного импульса в последовательных цепях.
Базовое представление последовательной схемы показано ниже:
Классификации последовательных цепей
Последовательные схемы делятся в зависимости от их состояний срабатывания, как указано ниже:
- Последовательные схемы, управляемые событиями
Они принадлежат к семейству асинхронных последовательных логических схем. Они работают без тактовой частоты и могут работать сразу после получения входного сигнала. Выход изменяется немедленно в зависимости от входной комбинации. - Последовательные схемы с тактовым управлением
Они принадлежат к семейству синхронных последовательных логических схем. Эти последовательные схемы управляются тактовым сигналом. Это означает, что им требуется тактовый сигнал для работы с входными комбинациями и создания выходных данных. - Последовательная схема с импульсным управлением
Эти последовательные схемы могут быть синхронизированными или бестактовыми. Фактически, они сочетают в себе свойства последовательных схем, управляемых событиями и тактовыми импульсами.
Термин «синхронный» означает, что тактовый сигнал может изменять состояния последовательной схемы без применения какого-либо внешнего сигнала. В асинхронных схемах для сброса схемы необходим внешний входной сигнал.
Термин «циклический» означает, что часть выходного сигнала возвращается на вход в качестве пути обратной связи. Однако «нециклический» является противоположностью циклического и означает, что в последовательных схемах нет путей обратной связи.
Примеры последовательных схем — защелки и триггеры
И защелки, и триггеры представляют собой последовательные схемы с определенными различиями в принципах их работы. Защелка не включает в себя тактовые сигналы для запуска состояний, в то время как триггеры требуют тактового запуска, как показано на рисунке ниже:
На рисунке выше показаны защелка SR и триггер SR. Тактовый импульс показан в случае триггера выше.
SR-триггер
Триггер SR аналогичен защелке SR, но с дополнительной функцией синхронизации. Функция триггера тактового сигнала устанавливает триггер во включенное состояние, а триггер ведет себя как мертвый при отсутствии тактового импульса.
Блок-схема SR Flip Flop показана ниже:
Принципиальная электрическая схема
Триггеры SR в основном состоят из вентилей И-НЕ, как и защелка SR. Однако между первыми двумя вентилями И-НЕ указывается тактовый вход, указывающий на запуск тактового сигнала, как показано ниже:
Таблица истинности
Таблица истинности, содержащая все четыре возможные входные комбинации на клеммах S и R, а также два выходных состояния: Q и приведено в таблице ниже:
Тактовый вход всегда поддерживается на уровне E=1, чтобы обеспечить работу SR-триггера. Ниже обсуждаются четыре комбинации входов и выходов:
1: Когда S=0, R=1 (установлено):
Выход Q достигает высокого состояния, когда S=0 и R=1.
2: Когда S=1, R=0 (Сброс):
Выход Q становится нулевым, а выход Q’=1, когда S=1 и R=0.
3: Когда S=1, R=1 (без изменений):
Выход остается в своем предыдущем состоянии, вызванном триггером SR.
4: Когда S=0, R=0 (неопределенно):
Выходы неопределенны, поскольку оба входа имеют низкий уровень.
Схема переключения
Диаграмму переключения триггера SR можно построить ниже для высокого и низкого состояний входов «S» и «R» с выходами. Схема переключения кажется хорошей, пока оба входных состояния не перейдут в «0» и выходные значения не станут недействительными. После недопустимого состояния триггер SR становится нестабильным, при этом один выход может переключаться быстрее, чем другой, что приводит к неопределенному поведению.
Типы шлепанцев SR:
Триггеры SR могут быть построены с использованием вентилей И, И-НЕ и ИЛИ-НЕ. Детали конфигурации вместе с таблицами истинности каждого типа обсуждаются ниже.
1- Положительный SR-триггер NAND Gate
Положительный триггер И-НЕ добавляет два дополнительных вентиля И-НЕ в базовый триггер SR. Положительный вентиль И-НЕ переключается в состояния установки и сброса, подавая высокий вход вместо низких входов в базовом SR-триггере. Другими словами, вход «1» на клемму «S» должен обеспечивать установленное состояние, а вход «1» на клемму «R» должен обеспечивать состояние сброса.
Более того, теперь возникает случай недействительного состояния, когда оба входа имеют высокий уровень, в то время как оба нулевых входа не имеют изменений на выходах.
Триггер SR с 2-NOR-воротами
SR-триггеры также могут быть построены с использованием двух вентилей ИЛИ. Эта конфигурация работает аналогично конфигурации положительных вентилей NAND. Состояния установки и сброса запускаются высоким импульсом или «1» вместо низкого импульса или «0» в базовой конфигурации триггера SR. Таблица истинности показывает те же выходные состояния, что и триггер SR с положительным вентилем И-НЕ.
3-тактовый триггер SR
Тактируемые SR-триггеры получают входные данные от двух вентилей И. Один из входов логического элемента И является входным сигналом для клемм SR-триггера, а второй вход — тактовым или разрешающим. Тактовый импульс играет важную роль в этой конфигурации. Тактовый импульс может переключать два дополнительных вентиля И-НЕ на включение или выключение по мере необходимости, чтобы обеспечить лучший контроль над состоянием выхода. Когда на входе разрешения «EN» высокий уровень, все функции вентиля И-НЕ обеспечивают выход. Когда на входе разрешения «EN» низкий уровень, два дополнительных вентиля И-НЕ отключаются, и предыдущие состояния вызываются триггером SR.
Применение – схема устранения дребезга переключателя
Триггеры SR срабатывают по фронту и довольно плавно переключают свои состояния. Они могут устранить дребезг механических переключателей. Явление дребезга возникает, когда внешний механический переключатель не полностью управляет внутренними контактами и контакты дребезжат до того, как они закроются или разомкнутся. Этот процесс создает массив нежелательных сигналов, которые могут неожиданно активировать логические элементы до того, как будут применены фактические входные сигналы.
В конфигурации подавления дребезга переключателя контакты механического переключателя соединены с клеммами установки и сброса базового триггера SR, как показано ниже:
Поскольку триггеры SR запускаются по фронту, начальное входное состояние будет учитываться при генерации выходного сигнала, независимо от последующих колебаний входного сигнала. Даже если из-за дребезга переключателя возникает массив состояний «закрыто-открыто», как показано ниже, на выходе все равно будет один плавный импульс.
Заключение
Последовательные логические схемы отличаются от комбинационных схем на основе блоков памяти. Эти логические схемы зависят как от прошлых состояний входа, так и от текущих состояний входа. Эти схемы могут поддерживать свои выходные состояния на высоком или низком уровне, даже если входные сигналы изменяются со временем. Наиболее распространенным примером последовательных логических схем являются триггеры SR. Они аналогичны защелкам SR с дополнительными блоками памяти.