Logique séquentielle | Circuit logique synchrone et asynchrone | 5+ FAQ importantes

Logique séquentielle

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 ?

au jugement, 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 :

Circuit logique séquentiel
Fig. Circuit logique séquentiel

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 numérique du signal, 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. La formation de ce type de circuit est également difficile.

Différence entre les circuits logiques séquentiels synchrones et asynchrones :

Circuit logique séquentiel synchroneCircuit logique séquentiel asynchrone
La sortie de ce circuit logique dépend de l'impulsion d'entrée ainsi que de l'impulsion d'horloge du circuit.La sortie de ce circuit logique ne dépend que de l'impulsion d'entrée et de la séquence des données d'entrée précédentes.
L'horloge est présente dans ce circuit.Aucune horloge n'est présente dans le circuit.
Le circuit est simple à concevoir.La conception de ce circuit est complexe.
Relativement plus lent que celui d'un circuit logique séquentiel asynchrone.Fonctionnement relativement plus rapide que celui du circuit logique séquentiel synchrone.
La sortie d'état est toujours prévisibleSortie d'état parfois imprévisible
Ce circuit consomme une puissance assez élevée.Il consomme relativement plus d'énergie mineure.

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 à toutes les conditions nécessaires, utilisez la table des caractéristiques ou la table d'excitation pour la sélection de la 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.

Fig. Dans cette figure, deux onduleurs sont connectés en retour l'un à l'autre.

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.

Fig. Sur cette figure un circuit CMOS des deux inverseurs connectés en retour.

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 :

Logique combinatoireLogique séquentielle
C'est un type de logique numérique qui est composé de nombreux circuits booléens, et sa sortie ne dépend que des entrées de courant.C'est aussi un type de logique numérique composée d'un élément combinatoire ainsi que d'un élément de mémoire, sa sortie dépendant non seulement de l'entrée actuelle mais peut également être manipulée par la séquence des entrées précédentes.
Son circuit est relativement coûteux.Son circuit est relativement bon marché.
L'horloge n'est pas là dans son circuit.L'horloge est un élément nécessaire dans le circuit séquentiel synchrone.
Il n'y a pas d'élément mémoire dans ses circuits.Il doit y avoir un élément mémoire dans le circuit de cette logique.
Aucun circuit de rétroaction n'est présent.Pour la manipulation à travers les entrées passées, des circuits de rétroaction sont nécessaires.
Concevoir le circuit à travers des portes logiques est facile.Ici, nous pouvons faire face à des complications dans la conception des circuits en raison de l'exigence d'éléments de mémoire et de rétroaction.
Le traitement des résultats est comparativement plus rapide.Après avoir examiné tous les aspects, le traitement de sortie peut être relativement plus lent.
Nous pouvons définir la relation entrée-sortie à travers la table de vérité.La relation entrée-sortie peut être définie à travers une table de caractéristiques, une table d'excitation et des diagrammes d'état.
L'exigence de cette logique est principalement d'effectuer des opérations booléennesExigence de cette logique pour stocker des données, créer un compteur, des registres, etc.

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

crédit image : Konstantin Lanzet, KL CHIPS F8680 SoCCC BY-SA 3.0

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 cliquer 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 est ici aussi un circuit combinatoire. Il en va de même pour le multiplexeur, l'additionneur et le 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 l'encodage binaire, n nombre de bascules peuvent représenter le maximum (2^n)  nombre d'états.

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

So   2^n=20

Après avoir résolu l'équation ci-dessus, on obtient n\environ 4.322

Pour ce qui est de,  2 ^ 4 il n'y a que 16 États, mais nous avons besoin de 20 États. Ici, nous avons 4 états de plus pour travailler, nous devons donc choisir un nombre supérieur à 4. Nous utiliserons donc n = 5 où  2 ^ 5 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 nous allons au schéma des éléments de mémoire essentiels comme une bascule, des 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 avec un retour. l'un à l'autre.

Fig. Ceci est un schéma de la bascule SR. 

 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 transite en continu d'un état à un autre. Ce type de circuit peut être utilisé comme un oscillateur, tel un oscillateur pour générer une impulsion d'horloge dans un circuit. Un exemple de circuit astable est un oscillateur en anneau.

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À propos de Sneha Panda

Je suis diplômé en Electronique Appliquée et Ingénierie Instrumentation. Je suis une personne curieuse. J'ai un intérêt et une expertise dans des sujets tels que les transducteurs, l'instrumentation industrielle, l'électronique, etc. J'aime en savoir plus sur les recherches et les inventions scientifiques, et je pense que mes connaissances dans ce domaine contribueront à mes projets futurs.

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