المحتوى: المنطق المتسلسل

تعريف المنطق المتسلسل:

نوع من المنطق يمكن أن تؤثر فيه حالة التسلسل السابقة للمدخلات وكذلك الإدخال الحالي على حالة الإخراج الحالية.

ما هي دائرة المنطق المتسلسل؟

• دارة منطقية متتابعة هو شكل مدمج من الدائرة التوافقية مع عنصر ذاكرة أساسي. مع وجود عنصر ذاكرة ، يمكن للدائرة تخزين حالات الإدخال والإخراج السابقة. في الوقت نفسه ، تُعرف الدائرة المنطقية المتسلسلة عمومًا باسم جهاز ثنائي الحالة أو ثنائي الاستقرار لأنه يحتوي على حالتين ثابتتين فقط ، "0" و "1" ، حالة واحدة في كل مرة. يمكن لعنصر الذاكرة في الدائرة تخزين بت واحد في كل مرة.

يحتوي هذا النوع من الدوائر على عدد محدود من المدخلات مع عدد محدود من المخرجات. نظرًا لعنصر الذاكرة ، توفر هذه الدائرة الحل لمشاكلنا العديدة. تستخدم الدائرة المنطقية المتسلسلة بشكل أساسي كسجل ، عداد ، التناظرية إلى المحول الرقمي (ADC) ، وما إلى ذلك.

مخطط المنطق المتسلسل | العمارة المنطقية المتسلسلة :

أنواع الدوائر المنطقية المتسلسلة:

بشكل عام ، يمكننا تفريق دائرة المنطق التسلسلي إلى نوعين أساسيين:

• أ. دارة منطقية متسلسلة غير متزامنة.
• دارة منطقية متزامنة متسلسلة.

دوائر المنطق المتسلسل المتزامن:

يعتمد خرج هذه الدائرة المنطقية على نبضة الإدخال ونبض الساعة في الدائرة. تتم مزامنة الدائرة مع الساعة ، أي لا يمكن أن يتغير الخرج إلا بعد فترة زمنية محدودة. هنا عنصر الذاكرة والساعة ضرورة. بدون أي نبضة على مدار الساعة ، لن يكون هناك تغيير في الإخراج. لتغيير إخراج حالة إلى أخرى ، تنتظر هذه الدائرة التغيير التالي في نبض الساعة.

يمكن استخدام هذا النوع من الدوائر لمزامنة جميع العناصر الموجودة في الدائرة ، عمليًا للاستجابة لتغير في الإدخال. هناك حاجة إلى مقدار محدد من الوقت لحدوث الإخراج المعالج بشكل أساسي ، والمعروف باسم تأخير الانتشار. يمكن أن يختلف تأخير الانتشار من عنصر إلى عنصر. لذلك ، بالنسبة لدائرة تعمل بشكل صحيح ، نحتاج إلى فترة زمنية محددة حتى تتمكن جميع العناصر من الحصول على وقتها للاستجابة بشكل صحيح. مثال على الدوائر المنطقية المتزامنة هو flip-flops ، عداد متزامن ، إلخ.

دوائر المنطق المتسلسل غير المتزامن:

يعتمد خرج هذه الدائرة المنطقية فقط على نبضة الإدخال وتسلسل بيانات الإدخال السابقة ، ولا تحتوي هذه الدائرة على أي ساعة ولا تحتاج إلى أي مزامنة ، وبالتالي فإن الدائرة مستقلة عن الساعة ، مما يجعلها أسرع من يمكن أن تتأثر الدائرة المنطقية المتسلسلة المتزامنة لأن الإخراج يمكن أن يتغير فيما يتعلق بالتغيير في الإدخال مع الحد الأدنى من الوقت المطلوب بغض النظر عن الوقت. العائق الوحيد أمام سرعة هذه الدائرة هو تأخير انتشار عناصر الدائرة. يستهلك طاقة أقل ، تداخل كهرومغناطيسي منخفض.

عادةً ما تقوم الدوائر المنطقية المتسلسلة غير المتزامنة بعمليات في الحالات التالية:

 تُستخدم هذه الدوائر بشكل أساسي عندما تكون سرعة التشغيل أولوية ، كما هو الحال في المعالجات الدقيقة ومعالجة الإشارات الرقمية للوصول إلى الإنترنت وما إلى ذلك. بسبب السلوك غير المتزامن ، قد يكون الإخراج أحيانًا غير مؤكد ، مما يحد من تطبيق المنطق التسلسلي غير المتزامن دائرة كهربائية. تشكيل هذا النوع من الدوائر صعب أيضًا.

الفرق بين الدوائر المنطقية المتسلسلة المتزامنة وغير المتزامنة:

دارة منطقية متزامنة	دارة منطقية متسلسلة غير متزامنة
يعتمد خرج هذه الدائرة المنطقية على نبضة الإدخال بالإضافة إلى نبضة الساعة للدائرة.	يعتمد خرج هذه الدائرة المنطقية فقط على نبضة الإدخال وتسلسل بيانات الإدخال السابقة.
الساعة موجودة في هذه الدائرة.	لا توجد ساعة في الدائرة.
الدائرة بسيطة للتصميم.	تصميم هذه الدائرة معقد.
أبطأ نسبيًا من الدائرة المنطقية المتسلسلة غير المتزامنة.	عمل أسرع نسبيًا من الدائرة المنطقية المتزامنة المتسلسلة.
يمكن التنبؤ بإنتاج الدولة دائمًا	إخراج الدولة لا يمكن التنبؤ به في بعض الأحيان
هذه الدائرة تستهلك طاقة عالية إلى حد ما.	يستهلك طاقة أقل نسبيًا.

مخططات الحالة المنطقية المتسلسلة:

مخطط الحالة المنطقية للتسلسل هو مخطط مميز للدائرة ، حيث يمكننا تحديد الانتقال بين الحالات المتعلقة بالمدخلات. في هذا النوع من الرسم البياني ، يتم تمثيل هذه الحالة بشكل أساسي كدائرة ويتم الإشارة إلى التغيير من حالة إلى أخرى بواسطة سهم ، إلى جانب هذا السهم ، يتم تمثيل نبض الإدخال ، مما يتسبب في الانتقال بين الحالة. عندما يكون هناك خرج نبضي ، يمكن تمثيل السهم بالمخرجات المتعلقة بنبض الإدخال. هنا يبدأ السهم بدائرة واحدة وينتقل إلى دائرة أخرى وفي بعض الأحيان يمكن أن يعود إلى نفس الدائرة حسب الحالة.

تصميم الدوائر المنطقية المتسلسلة | مبادئ التصميم المنطقي المتسلسل

نحن نعلم بالفعل أن أ دارة منطقية متتابعة يجمع بين الدائرة التوافقية مع عنصر الذاكرة. وبالنسبة لعنصر الذاكرة ، نحتاج إلى عنصر ذاكرة ثابتة لتخزين البيانات في الدوائر. لذلك لإنشاء خلية ذاكرة ثابتة في الدائرة ، نستخدم العاكسات.

خطوات تصميم الدوائر المنطقية المتسلسلة:

1.  قم بإنشاء مخطط حالة للدائرة المتسلسلة المطلوبة مع حالات الإخراج المطلوبة.
2. تحويل مخطط الحالة إلى جدول حالة.
3. اختر flip-flop حسب متطلباتك والذي يلبي جميع الشروط المطلوبة ، استخدم الجدول المميز أو جدول الإثارة لاختيار الوجه بالتخبط.
4. قلل من وظائف الإدخال إلى flip flop بمساعدة خريطة K أو الخوارزميات المنطقية المطلوبة.
5. استخدم الوظيفة المبسطة لتصميم الدائرة المتسلسلة وإذا كانت الدائرة التوافقية مطلوبة للإخراج المطلوب ، فقم بإضافتها وفقًا لذلك.
6. أخيرًا ، تحقق من الإخراج المطلوب عبر الدائرة.

باتباع الخطوة أعلاه يمكننا تصميم أي دائرة متسلسلة مطلوبة.

دوائر منطق MOS المتسلسلة:

كما نعلم أن الدائرة المنطقية المتسلسلة هي مزيج من الدائرة التوافقية مع عنصر الذاكرة. وبالنسبة لعنصر الذاكرة ، نحتاج إلى عنصر ذاكرة ثابتة حتى يتمكن من تخزين البيانات في دوائر. لذلك من أجل إنشاء خلية ذاكرة ثابتة في الدوائر ، نستخدم محولات.

يمكن إنشاء خلية ذاكرة ثابتة عن طريق اثنين أو أي عدد زوجي من المحولات المتصلة في سلسلة مع التغذية الراجعة. لها حالتان مستقرتان ، ولكن حالة واحدة مستقرة في كل مرة ، وحالة الإخراج المستقرة تتعلق بالمدخلات. عندما تضيف ضوضاء (كجهد أو شكل آخر) إلى الناتج ، مما قد يجعل الدائرة غير مستقرة ، وقد لا يكون الناتج مستقرًا في حالة محددة ، ولكن عندما تعبر الضوضاء عبر أي من العاكسين ، يتم التخلص منها نظرًا لأن هذه الدائرة تتجدد دائمًا وتحاول العودة إلى حالة مستقرة محددة ، مما يساعدنا على إنشاء خلية ذاكرة نشطة ومتجددة.

الرسم البياني أعلاه هو CMOS الدائرة من خلية الذاكرة (اثنان من المحولات متصلة في التغذية المرتدة). عندما تكون هذه الدائرة مستقرة عند '0' أو '1' مع ​​الأخذ في الاعتبار المدخلات المقدمة (الجهد) من خلال الإدخال ، فإن خلية الذاكرة هذه في CMOS هي خلية ذاكرة ثابتة. ومن خلال الجمع بين دائرة CMOS لخلية الذاكرة هذه مع دائرة CMOS التوافقية ، يمكننا تصميم دائرة CMOS المتسلسلة.

المنطق التوافقي مقابل المنطق المتسلسل:

المنطق التوافقي	المنطق المتسلسل
إنه نوع من المنطق الرقمي يتكون من العديد من الدوائر المنطقية ، ويعتمد ناتجه فقط على المدخلات الحالية.	إنه أيضًا نوع من المنطق الرقمي يتكون من عنصر توليفي وكذلك عنصر ذاكرة ، ولا يعتمد ناتجه على المدخلات الحالية فحسب ، بل يمكن أيضًا معالجته من خلال تسلسل المدخلات السابقة.
دائرتها مكلفة نسبيا.	دائرتها رخيصة نسبيا.
الساعة ليست موجودة في دائرتها.	الساعة عنصر ضروري في الدائرة المتسلسلة المتزامنة.
لا يوجد عنصر ذاكرة في دوائرها.	يجب أن يكون هناك عنصر ذاكرة في دائرة هذا المنطق.
لا توجد دوائر تغذية مرتدة.	للمعالجة من خلال المدخلات السابقة ، هناك حاجة إلى دوائر التغذية المرتدة.
تصميم الدائرة من خلال البوابات المنطقية سهل.	هنا يمكننا مواجهة التعقيدات في تصميم الدوائر بسبب متطلبات عناصر الذاكرة وردود الفعل.
معالجة النتائج أسرع نسبيًا.	بعد النظر في كل جانب ، يمكن أن تكون معالجة المخرجات أبطأ نسبيًا.
يمكننا تحديد علاقة المدخلات والمخرجات من خلال جدول الحقيقة.	يمكن تعريف علاقة المدخلات والمخرجات من خلال جدول مميز وجدول الإثارة ومخططات الحالة.
مطلب هذا المنطق هو بشكل أساسي إجراء عمليات منطقية	متطلبات هذا المنطق لتخزين البيانات وإنشاء عداد وسجلات وما إلى ذلك.

تطبيقات الدوائر المنطقية المتسلسلة:

مع العدد المحدود من المدخلات والمخرجات ، تُستخدم الدائرة المنطقية المتسلسلة لبناء آلة حالة محدودة. يمكن أن يعمل كمسجل ، عداد ، إلخ. بمساعدة دائرة توافقية ، يمكن إنشاء العديد من الأجهزة الأساسية مثل ذاكرة الوصول العشوائي (ذاكرة الوصول العشوائي) ، حيث توفر لنا الدائرة المنطقية المتسلسلة إمكانية تخزين البيانات التي تفتح الباب أمامها المعالج الدقيق ودائرة المنطق الحسابي.

أجهزة المنطق المتسلسل:

يمكن معالجة إخراج جهاز المنطق المتسلسل عن طريق الإدخال الحالي وعن طريق الإدخال السابق أو نبضات الساعة. تقوم الأجهزة المتسلسلة بتخزين البيانات الأخيرة مع عنصر ذاكرة. مع هذه القدرة على تخزين بيانات هذه الأجهزة ، افتح طرقًا جديدة لحل مشكلة ما.

الأجهزة المتسلسلة مثل العداد والتسجيل وما إلى ذلك.

رقائق المنطق المتسلسل

مزايا وعيوب المنطق المتسلسل:

مزايا المنطق المتسلسل:

من المزايا المهمة للمنطق المتسلسل أن دائرته تحتوي على عنصر ذاكرة يتيح تخزين البيانات وإنشاء سجل وعداد ومعالجات دقيقة. باستخدام نبض الساعة ، يمكنه مزامنة جميع عناصر الدوائر بغض النظر عن تأخيرات الانتشار المختلفة وتوفير الإخراج المناسب. يمكن معالجة المخرجات من خلال الإدخال الحالي ، والتسلسل السابق للمدخلات ، ومن خلال نبض الساعة أيضًا.

عيوب المنطق المتسلسل:

وجود ساعة وردود الفعل في الدائرة ، يمكن أن تكون معالجة الإخراج أبطأ. قد تزداد مضاعفات الدائرة ، مما قد يسبب صعوبة في بناء الدوائر. يمكن أن يكون الإخراج في بعض الأحيان غير مؤكد.

تاريخ المنطق المتسلسل :

يتم استخدام المنطق المتسلسل لتطوير آلة الحالة المحدودة ، والتي تعد لبنة أساسية لجميع الدوائر الرقمية. للمزيد من المعلومات انقر هنا.

دوائر المنطق المتسلسل أسئلة وأجوبة | حل المشكلات في الدوائر المنطقية المتسلسلة | التعليمات

س: كيف تستخدم ذاكرة الوصول العشوائي الكمبيوتر المنطق التسلسلي؟

Q. هل ROM / RAM دائرة توافقية أم متسلسلة؟

إجابه: - ROM (ذاكرة للقراءة فقط) يتكون من التشفير ، ومفكك الشفرة ، والمُعدِّد ، والدائرة الإضافية ، ودائرة الطرح ، وما إلى ذلك. المشفر عبارة عن دائرة توافقية تقوم بشكل أساسي بتحويل أحد أشكال البيانات إلى تنسيق آخر ، مثل البيانات العشرية إلى بيانات ثنائية. ال فك هنا أيضًا دائرة توافقية. الشيء نفسه ينطبق على معدد، و Adder ، و Subtractor. كلهم هنا عبارة عن دائرة توافقية.

 في ROM ، لا يمكننا تغيير محتوى الذاكرة. لذلك فإن إخراج ذاكرة القراءة فقط يعتمد فقط على المدخلات. لذلك لا توجد متطلبات للقيمة السابقة للإدخال أو الإخراج. لذلك ، يحتوي ROM على دائرة توافقية فقط في دائرته.

 حيث ل ذاكرة الوصول العشوائي (ذاكرة الوصول العشوائي)، PROM (ذاكرة القراءة فقط القابلة للبرمجة) ، EPROM (ذاكرة القراءة فقط القابلة للمسح والبرمجة) ، EEPROM (ذاكرة القراءة فقط القابلة للمسح والبرمجة كهربائيًا) لديها ذاكرة يمكنها التغيير. في حالة PROM ، يمكن برمجتها مرة واحدة بعد التصنيع. RAM ، EPROM ، EEPROM ، حيث يمكن تغيير الحالة. في هذا النوع من الذاكرة ، نحتاج دائمًا إلى الدائرة المتسلسلة للتشغيل السليم ، حيث توجد هنا حاجة لقيم الإدخال والإخراج السابقة. يمكن تغيير الإخراج الحالي بالتسلسل السابق للبيانات. لذلك يحتاج هذا النوع من الذاكرة إلى دائرة متسلسلة.

س: هل أفعى حمل التموج مثال على دارة متتابعة لماذا؟

  الإجابة: - أفعى حمل التموج عبارة عن دائرة رقمية تقوم بحساب الجمع لرقمين ثنائيين مختلفين. يمكن تصميمه بتتالي موصل adder الكامل بمخرج الحمل ، حيث يتم توصيل إخراج الحمل من adder الكامل بإدخال adder الكامل التالي. كما نرى هنا ، يتم توصيل أحد الأفعى الكامل بالعنصر التالي كتعليقات ، وهنا يمكن لمخرج واحد كامل أن يتلاعب بإخراج الأفعى الكامل الآخر. لذلك نرى هنا أن المخرجات السابقة يمكنها معالجة المخرجات الحالية للدائرة. لذلك يمكن اعتبار أفعى حمل التموج دائرة متسلسلة.

س: لماذا يتم استخدام التخصيصات غير المحظورة في الدوائر المتسلسلة في Verilog ?

 الإجابة: - في التخصيصات غير المحظورة عند حدوث الخطوة الأولى ، يتم تقييم تعبير الجانب الأيمن من العبارة non-blocking بعد أن تستغرق مراجعة الجانب الأيسر من العبارة non-blocking مكان ، وفي نهاية الخطوة الزمنية ، يتم تقييم البيان الأيسر.

 نظرًا لأن التخصيصات غير المحظورة لا تمنع تقييم أي عبارات متسلسلة ، فإن تنفيذ هذه التخصيصات في وقت واحد أو يحدث متوازي. لذلك ، لإنشاء دائرة منطقية متسلسلة في Verilog ، يتعين علينا دائمًا التفكير في تعيينات الكتلة المسجلة وغير المحظورة. بمساعدة التخصيصات غير المعوقة ، يمكننا القضاء على السباق حول الحالة في الدائرة المتسلسلة.

س: تحديد الدوائر المنطقية المتسلسلة غير المتزامنة ?

الإجابة: موضحة في قسم الدوائر المنطقية المتسلسلة غير المتزامنة.

Q. كم عدد النتوءات المطلوبة لبناء دائرة متسلسلة بها 20 حالة.

إجابه: - فلب فلوب هي عنصر ذاكرة أساسي في الدائرة الرقمية المتسلسلة ، والتي لها حالتان ثابتتان ، ويمكن تمثيل هاتين الحالتين كـ "0" و "1" ، ولكن يمكنها تخزين بت واحد في كل مرة.

 وفقًا للترميز الثنائي ، يمكن لعدد n من flip flops أن يمثل 2 كحد أقصىⁿ

نحتاج هنا إلى 20 حالة لدائرة متتابعة

إذن 2ⁿ = 20

بعد حل المعادلة أعلاه ، نحصل على n = 4.322

أما بالنسبة 2⁴ هناك 16 ولاية فقط ، لكننا بحاجة إلى 20 ولاية. هنا 4 حالات أخرى للعمل ، لذا علينا اختيار رقم أعلى من 4. لذلك ، سنستخدم n = 5 حيث 2⁵ 32 ولاية ، وهو ما يكفي لـ 20 ولاية.

بينما في الترميز الواحد الساخن ، يكون عدد النتوءات المطلوبة لحالات n هو n. لذلك نحن بحاجة إلى 20 شبشب في 20 ولاية.

س: كيف يمكن صنع شريحة متتالية من رقائق توافقية وحدها

الإجابة: - عند توصيل دائرة منطقية توافقية بمسار تغذية مرتدة ، تكون الدائرة الناتجة عبارة عن دائرة منطقية متسلسلة.

إذا انتقلنا إلى مخطط عناصر الذاكرة الأساسية مثل a الوجه بالتخبط، المزالج ، يمكننا أن نرى أنه يمكن إنشاء flip-flop بمساعدة بوابة AND ، وبوابة NAND ، وبوابة NOR ، وما إلى ذلك ، عندما يتم توصيلها بتعليقات لبعضها البعض.

 يوضح الرسم التخطيطي بوابتين NAND متصلتين بمسار تغذية مرتدة يشكل دائرة قلب فليب SR. بهذه الطريقة ، يمكن تحويل الدائرة التوافقية إلى دائرة متتابعة.

س. مبدأ عمل الدوائر المنطقية المتسلسلة المستقرة

الإجابة: - لا تحتوي الدائرة المنطقية المتسلسلة المستقرة على أي حالة مستقرة كإخراج ، أي أنها غير مستقرة في أي حالة. ينتقل الإخراج باستمرار من حالة إلى أخرى. يمكن استخدام هذا النوع من الدوائر كمذبذب ، مثل المذبذب لتوليد نبض الساعة في الدائرة. مثال على الدائرة المستقرة هي مذبذب حلقي.

لمزيد من المقالات انقر هنا