Contenu : Logique séquentielle

Définition de la logique séquentielle :

Un type de logique dans lequel l'état de séquence précédent des entrées ainsi que l'entrée actuelle peuvent affecter l'état actuel de la sortie.

Qu'est-ce qu'un circuit logique séquentiel ?

La circuit logique séquentiel est une forme combinée du circuit combinatoire avec un élément de mémoire de base. Avec la présence d'un élément de mémoire, le circuit peut stocker les états d'entrée et de sortie précédents. Dans le même temps, le circuit logique séquentiel est généralement connu sous le nom de dispositif à deux états ou bistable car il n'a que deux états stables, « 0 » et « 1 », un état à la fois. L'élément de mémoire dans le circuit peut stocker un bit à la fois.

Ce type de circuit a un nombre fini d'entrées avec un nombre fini de sorties. Grâce à l'élément mémoire, ce circuit fournit la solution à nos nombreux problèmes. Un circuit logique séquentiel est principalement utilisé comme registre, compteur, convertisseur analogique-numérique (ADC), et ainsi de suite

Diagramme logique séquentiel | Architecture logique séquentielle :

Types de circuits logiques séquentiels :

Généralement, on peut différencier le circuit logique séquentiel en deux types de base :

• A. Circuit logique séquentiel asynchrone.
• B. Circuit logique séquentiel synchrone.

Circuits logiques séquentiels synchrones :

La sortie de ce circuit logique dépend de l'impulsion d'entrée et de l'impulsion d'horloge du circuit. Le circuit est synchronisé avec l'horloge, c'est-à-dire que la sortie ne peut changer qu'après un intervalle de temps fini. Ici élément de mémoire et l'horloge est une nécessité. Sans aucune impulsion d'horloge, il n'y aura pas de changement de sortie. Pour un changement d'un état de sortie à un autre, ce circuit attend le prochain changement d'impulsion d'horloge.

Ce type de circuit peut être utilisé pour synchroniser tous les éléments présents dans le circuit, pratiquement pour répondre à un changement d'entrée. Il y a un besoin d'une quantité de temps finie pour que la sortie traitée se produise principalement, connue sous le nom de retard de propagation. Le délai de propagation peut varier d'un élément à l'autre. Ainsi, pour un circuit fonctionnant correctement, nous avons besoin d'un intervalle de temps défini afin que tous les éléments puissent avoir le temps de répondre correctement. Des exemples de circuits logiques synchrones sont les bascules, le compteur synchrone, etc.

Circuits logiques séquentiels asynchrones :

La sortie de ce circuit logique ne dépend que de l'impulsion d'entrée et de la séquence des données d'entrée précédentes, ce circuit n'a pas d'horloge et n'a pas besoin de synchronisation, donc le circuit est indépendant de l'horloge, ce qui le rend plus rapide que le circuit logique séquentiel synchrone car la sortie peut changer en ce qui concerne le changement d'entrée avec un temps minimum requis peut être affecté quel que soit le temps. Le seul obstacle à la vitesse de ce circuit est le délai de propagation des éléments du circuit. Il consomme moins d'énergie, de faibles interférences électromagnétiques.

Les circuits logiques séquentiels asynchrones effectuent généralement des opérations dans les cas suivants :

 Ces circuits sont principalement utilisés lorsque la vitesse de fonctionnement est une priorité, comme dans les microprocesseurs, le traitement du signal numérique, pour l'accès à Internet, etc. En raison du comportement asynchrone, la sortie peut parfois être incertaine, limitant l'application de la logique séquentielle asynchrone. circuit. Mise en forme ce type de circuit est également difficile.

Différence entre les circuits logiques séquentiels synchrones et asynchrones :

Diagrammes d'état logique séquentiel :

Le diagramme d'état logique de séquence est un diagramme caractéristique du circuit, dans lequel on peut déterminer la transition entre les états concernant l'entrée. Dans ce type de diagramme, cet état est principalement représenté par un cercle et le passage d'un état à un autre est indiqué par une flèche, avec cette flèche l'impulsion d'entrée est représentée, ce qui provoque la transition entre les états. Lorsqu'il y a une sortie d'impulsion, la flèche peut être représentée avec la sortie liée à l'impulsion d'entrée. Ici, la flèche commence par un cercle et se dirige vers un autre cercle et parfois elle peut revenir au même cercle en fonction de la condition.

Conception de circuits logiques séquentiels | Principes de conception de la logique séquentielle

Nous savons déjà qu'un circuit logique séquentiel combine le circuit combinatoire avec un élément de mémoire. Et pour l'élément mémoire, nous avons besoin d'un élément mémoire statique pour stocker les données dans les circuits. Ainsi, pour créer une cellule mémoire statique dans le circuit, nous utilisons des inverseurs.

Étapes de la conception de circuits logiques séquentiels :

1.  Créez un diagramme d'état pour le circuit séquentiel requis avec les états de sortie souhaités.
2. Convertissez le diagramme d'état en une table d'état.
3. Choisissez la bascule selon vos besoins et qui satisfait toutes les conditions nécessaires, utilisez le tableau des caractéristiques ou le tableau d'excitation pour la sélection du bascule.
4. Minimisez les fonctions d'entrée de la bascule à l'aide d'une K-map ou des algorithmes booléens requis.
5. Utilisez la fonction simplifiée pour concevoir le circuit séquentiel et si le circuit combinatoire est nécessaire pour la sortie requise, ajoutez-le en conséquence.
6. Enfin, vérifiez la sortie requise à travers le circuit.

En suivant l'étape ci-dessus, nous pouvons concevoir n'importe quel circuit séquentiel requis.

Circuits logiques MOS séquentiels :

Comme on sait qu'un circuit logique séquentiel est une combinaison du circuit combinatoire avec un élément mémoire. Et pour l'élément mémoire, nous avons besoin d'un élément mémoire statique pour qu'il puisse stocker des données, dans des circuits. Donc, pour créer une cellule de mémoire statique dans les circuits, nous utilisons des inverseurs.

Une cellule de mémoire statique peut être créée par deux ou un nombre pair d'onduleurs connectés en série avec rétroaction. Il a deux états stables, mais un état stable à la fois, et l'état de sortie stable concerne l'entrée. Lorsqu'un bruit (sous forme de tension ou d'une autre forme) s'ajoute à la sortie, ce qui peut rendre le circuit instable, et la sortie peut ne pas être stable à un état défini, mais lorsque le bruit traverse l'un des onduleurs, il est éliminé car ce circuit se régénère en essayant toujours de revenir à un état stable défini, ce qui nous aide à créer une cellule mémoire active et régénératrice.

Le diagramme ci-dessus est le CMOS circuit est de la cellule mémoire (deux inverseurs connectés dans la rétroaction). Là où ce circuit sera stable à '0' ou '1' compte tenu de l'entrée fournie (tension) à travers l'entrée, cette cellule mémoire en CMOS est une cellule mémoire statique. Et en combinant le circuit CMOS de cette cellule mémoire avec le circuit CMOS combinatoire, on peut concevoir le circuit CMOS à circuit séquentiel.

Logique combinatoire vs logique séquentielle :

Circuits logiques séquentiels Applications :

Avec le nombre fini d'entrées et de sorties, le circuit logique séquentiel est utilisé pour construire une machine à états finis. Il peut agir comme un registre, un compteur, etc. À l'aide d'un circuit combinatoire, de nombreux dispositifs de base peuvent être créés comme la RAM (Random Access Memory), car le circuit logique séquentiel nous offre la possibilité de stocker des données auxquelles il ouvre la porte. le microprocesseur et le circuit logique arithmétique.

Périphériques logiques séquentiels :

La sortie d'un dispositif logique séquentiel peut être manipulée par l'entrée actuelle et par l'entrée précédente ou les impulsions d'horloge. Les appareils séquentiels stockent les dernières données avec un élément de mémoire. Avec cette capacité de stockage de données, ces appareils ouvrent de nouvelles voies pour résoudre un problème.

Les dispositifs séquentiels sont comme un compteur, un registre, etc.

Puces logiques séquentielles

Avantages et inconvénients de la logique séquentielle :

Avantages de la logique séquentielle :

Un avantage important de la logique séquentielle est que son circuit contient un élément mémoire qui permet de stocker des données et de créer un registre, un compteur et des microprocesseurs. Avec l'utilisation d'impulsions d'horloge, il peut synchroniser tous les éléments de circuit indépendamment des différents retards de propagation et fournir une sortie appropriée. La sortie peut être manipulée via l'entrée actuelle, une séquence d'entrées passée et également via une impulsion d'horloge.

Inconvénients de la logique séquentielle :

Présence d'une horloge et d'un retour dans le circuit, le traitement de la sortie peut être plus lent. Les complications du circuit peuvent augmenter, ce qui peut entraîner des difficultés dans la construction du circuit. La sortie est parfois peut être incertaine.

Historique de la logique séquentielle :

La logique séquentielle est utilisée pour le développement de la machine à états finis, qui est un élément de base de tous les circuits numériques. Pour plus d'informations cliquez ici .

Questions et réponses sur les circuits logiques séquentiels | problèmes résolus sur les circuits logiques séquentiels | FAQ

Q. Comment la RAM de l'ordinateur utilise-t-elle la logique séquentielle ?

Q. La ROM/RAM est-elle un circuit combinatoire ou séquentiel ?

Répondre: - ROM (mémoire en lecture seule) se compose d'un encodeur, d'un décodeur, d'un multiplexeur, d'un circuit additionneur, d'un circuit soustracteur, etc. L'encodeur est un circuit combinatoire qui convertit principalement une forme de données en un autre format, comme des données décimales en données binaires. Le décodeur voici aussi un circuit combinatoire. Il en va de même Multiplexeur, Additionneur et Soustracteur. Tous sont ici est un circuit combinatoire.

 En ROM, on ne peut pas modifier le contenu de la mémoire. Par conséquent, la sortie de la ROM ne dépend que de l'entrée. Il n'y a donc aucune exigence de la valeur passée d'entrée ou de sortie. Ainsi, la ROM n'a qu'un circuit combinatoire dans ses circuits.

 Alors que pour RAM (mémoire à accès aléatoire), PROM (mémoire en lecture seule programmable), EPROM (mémoire en lecture seule programmable effaçable), EEPROM (mémoire en lecture seule programmable effaçable électriquement) a une mémoire qui peut altérer. Dans le cas de la PROM, elle peut être programmée une fois après sa fabrication. RAM, EPROM, EEPROM, où peut changer l'état. Dans ce type de mémoire, nous avons toujours besoin du circuit séquentiel pour un bon fonctionnement, car ici, il y a besoin de valeurs d'entrée et de sortie passées. La sortie actuelle peut être modifiée avec la séquence de données précédente. Ce type de mémoire nécessite donc un circuit séquentiel.

Q. L'additionneur de report d'ondulation est-il un exemple de circuit séquentiel Pourquoi ?

  Réponse : – Un additionneur de retenue d'ondulation est un circuit numérique qui effectue une addition arithmétique de deux nombres binaires différents. Il peut être conçu avec la mise en cascade d'un connecteur d'additionneur complet à la sortie de report, où la sortie de report d'un additionneur complet est connectée à l'entrée du prochain additionneur complet. Comme nous le voyons ici, un additionneur complet est connecté au prochain additionneur en retour, ici la sortie d'un additionneur complet peut manipuler la sortie d'un autre additionneur complet. Nous voyons donc ici que la sortie passée peut manipuler la sortie actuelle du circuit. Par conséquent, l'additionneur de report d'ondulation peut être considéré comme un circuit séquentiel.

Q. Pourquoi les affectations non bloquantes sont-elles utilisées dans les circuits séquentiels dans Verilog ?

 Réponse : – Dans les affectations non bloquantes lorsque la première étape a lieu, l'évaluation de l'expression de droite de l'instruction non bloquante a lieu après que la révision de la partie gauche de l'instruction non bloquante ait eu lieu lieu, et à la fin du pas de temps, l'évaluation de l'énoncé de gauche a lieu.

 Comme les affectations non bloquantes ne bloquent pas l'évaluation d'instructions séquentielles, l'exécution de ces affectations se produit simultanément ou parallèlement. Ainsi, pour créer un circuit logique séquentiel dans Verilog, nous devons toujours tenir compte des affectations cadencées et non bloquantes. À l'aide d'affectations non bloquantes, nous pouvons éliminer la condition de course autour du circuit séquentiel.

Q. Définir des circuits logiques séquentiels asynchrones ?

Réponse : expliquée dans la section circuits logiques séquentiels asynchrones.

Q. Combien de bascules sont nécessaires pour construire un circuit séquentiel qui a 20 états.

Répondre: - Tongs est un élément de mémoire de base dans le circuit numérique séquentiel, qui a deux états stables, et ces deux états peuvent être représentés par « 0 » et « 1 », mais il peut stocker un seul bit à la fois.

 Selon le codage binaire, n nombre de bascules peut représenter au maximum 2ⁿ

Ici, nous avons besoin de 20 états d'un circuit séquentiel

Alors 2ⁿ = 20

Après avoir résolu l'équation ci-dessus, nous obtenons n = 4.322

Quant à 2⁴ il n'y a que 16 États, mais nous avons besoin de 20 États. Ici, nous avons 4 états supplémentaires pour travailler, nous devons donc choisir un nombre supérieur à 4. Nous utiliserons donc n = 5 où 2⁵ a 32 états, ce qui est suffisant pour 20 états.

Alors que dans le codage à chaud, le nombre de bascules nécessaires pour n états est n. donc là, nous avons besoin de 20 tongs pour 20 états.

Q. Comment une puce séquentielle peut-elle être fabriquée à partir de puces combinatoires uniquement

Réponse : – Lorsqu'un circuit logique combinatoire est connecté à un chemin de retour, le circuit résultant est un circuit logique séquentiel.

Si l'on passe au schéma des éléments essentiels de la mémoire comme un bascule, verrous, nous pouvons voir que la bascule peut être créée à l'aide de la porte ET, de la porte NAND, de la porte NOR, etc., lorsqu'elles sont connectées les unes aux autres.

 Le schéma montre deux portes NAND connectées à un chemin de retour qui forme le circuit de bascule SR. De cette façon, un circuit combinatoire peut être converti en un circuit séquentiel.

Q. Principe de fonctionnement des circuits logiques séquentiels astables

Réponse : - Un circuit logique séquentiel astable n'a pas d'état stable en sortie, c'est-à-dire qu'il n'est stable dans aucun état. La sortie passe en permanence d'un état à un autre. Ce type de circuit peut être utilisé comme oscillateur, un tel oscillateur permettant de générer une impulsion d'horloge dans un circuit. Un exemple d'un circuit astable est un oscillateur en anneau.

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