Conteúdo: lógica sequencial

Definição de lógica sequencial:

Um tipo de lógica em que o estado de sequência anterior das entradas, bem como a entrada atual, podem afetar o estado de saída atual.

O que é circuito lógico sequencial?

A circuito lógico sequencial é uma forma combinada do circuito combinacional com um elemento básico de memória. Com a presença de um elemento de memória, o circuito pode armazenar estados de entrada e saída anteriores. Ao mesmo tempo, o circuito lógico sequencial é geralmente conhecido como um dispositivo de dois estados ou biestável porque tem apenas dois estados estáveis, '0' e '1', um estado de cada vez. O elemento de memória no circuito pode armazenar um bit de cada vez.

Este tipo de circuito possui um número finito de entradas com um número finito de saídas. Devido ao elemento de memória, este circuito fornece a solução para nossos muitos problemas. Um circuito lógico sequencial é usado principalmente como um registrador, contador, conversor analógico para digital (ADC), etc.

Diagrama Lógico Sequencial | Arquitetura Lógica Sequencial :

Tipos de circuitos lógicos sequenciais:

Geralmente, podemos diferenciar o circuito lógico sequencial em dois tipos básicos:

• A. Circuito lógico sequencial assíncrono.
• B. Circuito lógico sequencial síncrono.

Circuitos lógicos sequenciais síncronos:

A saída deste circuito lógico depende do pulso de entrada e do pulso de clock do circuito. O circuito é sincronizado com o relógio, ou seja, a saída pode mudar somente após um intervalo de tempo finito. Aqui, o elemento de memória e o relógio são uma necessidade. Sem qualquer pulso de clock, não haverá alteração na saída. Para uma mudança em uma saída de estado para outra, este circuito espera pela próxima mudança no pulso do clock.

Este tipo de circuito pode ser utilizado para sincronizar todos os elementos presentes no circuito, praticamente para responder a uma mudança na entrada. É necessário um tempo finito para que a saída processada ocorra principalmente, conhecido como retardo de propagação. O atraso de propagação pode variar de elemento para elemento. Portanto, para um circuito funcionando corretamente, precisamos de um intervalo de tempo definido para que todos os elementos possam ter seu tempo para responder adequadamente. Exemplos de circuitos lógicos síncronos são flip-flops, contador síncrono, etc.

Circuitos lógicos sequenciais assíncronos:

A saída deste circuito lógico depende apenas do pulso de entrada e da sequência dos dados de entrada anteriores. Este circuito não tem relógio e não precisa de sincronização, então o circuito é independente do relógio, o que o torna mais rápido que o circuito lógico sequencial síncrono porque a saída pode mudar em relação à mudança na entrada com o tempo mínimo necessário pode ser afetado independentemente do tempo. O único obstáculo à velocidade deste circuito é o atraso de propagação dos elementos do circuito. Consome menos energia, baixa interferência eletromagnética.

Os circuitos lógicos sequenciais assíncronos geralmente executam operações nos seguintes casos:

 Esses circuitos são usados ​​principalmente quando a velocidade de operação é prioritária, como em microprocessadores, processamento digital de sinais, para acesso à internet, etc. Devido ao comportamento assíncrono, a saída às vezes pode ser incerta, limitando a aplicação da lógica sequencial assíncrona o circuito. Formando este tipo de circuito também é difícil.

Diferença entre circuitos lógicos sequenciais síncronos e assíncronos:

Diagramas de estado lógico sequencial:

O diagrama de estado lógico de sequência é um diagrama característico do circuito, no qual podemos determinar a transição entre os estados relativos à entrada. Nesse tipo de diagrama esse estado é representado principalmente como um círculo e a mudança de um estado para outro é denotada por uma seta, junto com essa seta o pulso de entrada é representado, o que causa a transição entre os estados. Quando há saída de pulso, a seta pode ser representada com a saída relacionada ao pulso de entrada. Aqui, a flecha começa com um círculo e vai para outro círculo e às vezes pode voltar para o mesmo círculo dependendo da condição.

Projeto de circuito lógico sequencial | Princípios de projeto lógico sequencial

Já sabemos que um circuito lógico sequencial combina o circuito combinacional com um elemento de memória. E para o elemento de memória, precisamos de um elemento de memória estática para armazenar dados nos circuitos. Portanto, para criar uma célula de memória estática no circuito, usamos inversores.

Etapas do projeto do circuito lógico sequencial:

1.  Crie um diagrama de estado para o circuito sequencial necessário com os estados de saída desejados.
2. Converta o diagrama de estado em uma tabela de estado.
3. Escolha o flip-flop conforme sua necessidade e que satisfaça todas as condições necessárias, utilize a tabela de características ou tabela de excitação para seleção do chinelo de dedo.
4. Minimize as funções de entrada para o flip-flop com a ajuda de um K-map ou algoritmos Booleanos necessários.
5. Use a função simplificada para projetar o circuito sequencial e, se o circuito combinacional for necessário para a saída necessária, adicione-o de acordo.
6. Finalmente, verifique a saída necessária através do circuito.

Seguindo a etapa acima, podemos projetar qualquer circuito sequencial necessário.

Circuitos lógicos sequenciais MOS:

Como sabemos, um circuito lógico sequencial é uma combinação do circuito combinacional com um elemento de memória. E para o elemento de memória, precisamos de um elemento de memória estática para que ele possa armazenar dados, em circuitos. Portanto, para criar uma célula de memória estática em circuitos, usamos inversores.

Uma célula de memória estática pode ser criada por dois ou qualquer número par de inversores conectados em série com feedback. Ele tem dois estados estáveis, mas um estado estável por vez, e o estado de saída estável diz respeito à entrada. Quando um ruído (como uma tensão ou outra forma) se soma à saída, o que pode tornar o circuito instável, e a saída pode não ser estável em um estado definido, mas conforme o ruído atravessa qualquer um dos inversores, ele é eliminado como este circuito está se regenerando sempre tentando retornar a um estado estável definitivo, o que nos ajuda a criar uma célula de memória ativa e regenerativa.

O diagrama acima é o CMOS circuito é da célula de memória (dois inversores conectados no feedback). Onde este circuito será estável em '0' ou '1' considerando a entrada fornecida (voltagem) através da entrada, esta célula de memória no CMOS é uma célula de memória estática. E combinando o circuito CMOS desta célula de memória com o circuito CMOS combinacional, podemos projetar o circuito CMOS do circuito sequencial.

Lógica Combinacional vs Lógica Sequencial:

Aplicações de circuitos lógicos sequenciais:

Com o número finito de entradas e saídas, o circuito lógico sequencial é usado para construir uma máquina de estados finitos. Ele pode atuar como um registrador, contador, etc. Com a ajuda de um circuito combinacional, muitos dispositivos básicos podem ser criados como RAM (memória de acesso aleatório), já que o circuito lógico sequencial nos fornece a facilidade de armazenar dados que abre a porta para o microprocessador e o circuito lógico aritmético.

Dispositivos lógicos sequenciais:

A saída de um dispositivo lógico sequencial pode ser manipulada pela entrada de corrente e pela entrada anterior ou pulsos de relógio. Dispositivos sequenciais armazenam os últimos dados com um elemento de memória. Com essa capacidade de armazenar dados desses dispositivos, abrem novas maneiras de resolver um problema.

Dispositivos sequenciais são como contador, registro, etc.

Chips lógicos sequenciais

Vantagens e desvantagens da lógica sequencial:

Vantagens da lógica sequencial:

Uma vantagem significativa da lógica sequencial é que seu circuito contém um elemento de memória que permite armazenar dados e criar um registrador, contador e microprocessadores. Com o uso de pulso de clock, ele pode sincronizar todos os elementos do circuito independentemente dos diferentes atrasos de propagação e fornecer saída adequada. A saída pode ser manipulada por meio de entrada de corrente, sequência anterior de entradas e também por meio de pulso de clock.

Desvantagens da lógica sequencial:

Presença de um relógio e feedback no circuito, o processamento da saída pode ser mais lento. As complicações do circuito podem aumentar, o que pode causar dificuldade na construção do circuito. A saída às vezes pode ser incerta.

História da lógica sequencial :

A lógica sequencial é utilizada para o desenvolvimento da máquina de estado finito, que é um bloco básico de construção de todos os circuitos digitais. Para maiores informações clique aqui.

Perguntas e respostas sobre circuitos lógicos sequenciais | resolveu problemas em circuitos lógicos sequenciais | Perguntas frequentes

P. Como a memória ram do computador usa lógica sequencial?

Q. ROM / RAM é um circuito combinacional ou sequencial?

Responder: - ROM (memória somente leitura) consiste em Codificador, Decodificador, Multiplexador, Circuito Somador, Circuito Subtrator, etc. O codificador é um circuito combinacional que converte principalmente uma forma de dados para outro formato, como dados decimais em dados binários. o decodificador aqui também é um circuito combinacional. O mesmo vale para multiplexer, Somador e Subtrator. Todos estão aqui é um circuito combinacional.

 Na ROM, não podemos alterar o conteúdo da memória. Portanto, a saída da ROM depende apenas da entrada. Portanto, não há exigência do valor anterior de entrada ou saída. Portanto, a ROM possui apenas um circuito combinacional em seu circuito.

 Considerando que para RAM (memória de acesso aleatório), PROM (memória somente leitura programável), EPROM (memória somente leitura programável apagável), EEPROM (memória somente leitura programável apagável eletricamente) tem uma memória que pode ser alterada. No caso do PROM, ele pode ser programado uma vez após a fabricação. RAM, EPROM, EEPROM, onde pode alterar o estado. Neste tipo de memória, sempre precisamos do circuito sequencial para o correto funcionamento, pois aqui há necessidade de valores de entrada e saída anteriores. A saída atual pode ser alterada com a sequência anterior de dados. Portanto, esse tipo de memória precisa de um circuito sequencial.

P. O somador de transporte de ondulação é um exemplo de circuito sequencial? Por quê?

  Resposta: - Um somador de carry por ondulação é um circuito digital que realiza a soma aritmética de dois números binários diferentes. Ele pode ser projetado com a cascata de um conector de somador completo para a saída de carry, onde a saída de carry de um somador completo é conectada à entrada do próximo somador completo. Como vemos aqui, um somador completo está conectado ao próximo somador como feedback, aqui a saída de um somador completo pode manipular a saída de outro somador completo. Portanto, aqui vemos que a saída anterior pode manipular a saída atual do circuito. Portanto, o somador de transporte de ondulação pode ser considerado um circuito sequencial.

P. Por que as atribuições sem bloqueio são usadas em circuitos sequenciais em Verilog ?

 Resposta: - Em atribuições sem bloqueio, quando a primeira etapa ocorre, a avaliação da expressão do lado direito da instrução sem bloqueio ocorre depois que a revisão do lado esquerdo da instrução sem bloqueio ocorre lugar, e no final da etapa de tempo, a avaliação da declaração da mão esquerda ocorre.

 Como as atribuições sem bloqueio não bloqueiam a avaliação de nenhuma instrução sequencial, a execução dessas atribuições ocorre simultaneamente ou paralelamente. Portanto, para criar um circuito lógico sequencial em Verilog, sempre temos que considerar as atribuições de bloco e não-bloqueio com clock. Com a ajuda de atribuições sem bloqueio, podemos eliminar a condição de corrida ao redor do circuito sequencial.

Q. Definir circuitos lógicos sequenciais assíncronos ?

Resposta: explicado na seção de circuitos lógicos sequenciais assíncronos.

Q. Quantos flip-flops são necessários para construir um circuito sequencial com 20 estados.

Responder: - Chinelos é um elemento de memória básico no circuito digital sequencial, que possui dois estados estáveis, e esses dois estados podem ser representados como '0' e '1', mas pode armazenar um único bit por vez.

 De acordo com a codificação binária, n número de flip-flops pode representar no máximo 2ⁿ

Aqui, precisamos de 20 estados de um circuito sequencial

então 2ⁿ = 20

Depois de resolver a equação acima, obtemos n = 4.322

Quanto a, 2⁴ existem apenas 16 estados, mas precisamos de 20 estados. Aqui temos mais 4 estados para trabalhar, então temos que escolher um número maior que 4. Então, usaremos n = 5 onde 2⁵ tem 32 estados, o que é suficiente para 20 estados.

Enquanto na codificação one-hot, o número de flip-flops necessários para n estados é n. então precisamos de 20 flip-flops para 20 estados.

P. Como um chip sequencial pode ser feito apenas de chips combinacionais

Resposta: - Quando um circuito lógico combinacional é conectado com um caminho de feedback, o circuito resultante é um circuito lógico sequencial.

Se formos ao diagrama de elementos essenciais da memória como um chinelo de dedo, travas, podemos ver que o flip-flop pode ser criado com a ajuda da porta AND, porta NAND, porta NOR, etc., quando estão conectados com realimentação entre si.

 O diagrama mostra duas portas NAND conectadas com um caminho de feedback que forma o circuito flip-flop SR. Desta forma, um circuito combinacional pode ser convertido em um circuito sequencial.

Q. Princípio de funcionamento de circuitos lógicos sequenciais astáveis

Resposta:- Um circuito lógico sequencial astável não possui nenhum estado estável como saída, ou seja, não é estável em nenhum estado. A saída transita continuamente de um estado para outro. Este tipo de circuito pode ser usado como oscilador, tal oscilador para geração de pulso de clock em um circuito. Um exemplo de circuito astável é um oscilador de anel.

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