Lógica secuencial | Circuito lógico síncrono y asíncrono | Más de 5 preguntas frecuentes importantes

Lógica secuencial

Contenido: Lógica secuencial

Definición de lógica secuencial:

Un tipo de lógica en la que el estado de secuencia anterior de entradas, así como la entrada actual, pueden afectar el estado de salida actual.

¿Qué es el circuito lógico secuencial?

La circuito lógico secuencial es una forma combinada del circuito combinacional con un elemento de memoria básico. Con la presencia de un elemento de memoria, el circuito puede almacenar estados de entrada y salida anteriores. Al mismo tiempo, el circuito lógico secuencial se conoce generalmente como un dispositivo de dos estados o biestable porque solo tiene dos estados estables, '0' y '1', un estado a la vez. El elemento de memoria en el circuito puede almacenar un bit a la vez.

Este tipo de circuito tiene un número finito de entradas con un número finito de salidas. Debido al elemento de memoria, este circuito proporciona la solución a nuestros muchos problemas. Un circuito lógico secuencial se utiliza principalmente como registro, contador, convertidor analógico a digital (ADC), etc.

Diagrama de lógica secuencial | Arquitectura lógica secuencial :

Circuito lógico secuencial
Fig. Circuito lógico secuencial

Tipos de circuitos lógicos secuenciales:

Generalmente, podemos diferenciar el circuito lógico secuencial en dos tipos básicos:

  • A. Circuito lógico secuencial asíncrono.
  • B. Circuito lógico secuencial síncrono.

Circuitos lógicos secuenciales síncronos:

La salida de este circuito lógico depende del pulso de entrada y del pulso de reloj del circuito. El circuito está sincronizado con el reloj, es decir, la salida puede cambiar solo después de un intervalo de tiempo finito. Aquí el elemento de memoria y el reloj son una necesidad. Sin ningún pulso de reloj, no habrá cambios en la salida. Para un cambio en la salida de un estado a otro, este circuito espera el siguiente cambio en el pulso de reloj.

Este tipo de circuito se puede utilizar para sincronizar todos los elementos presentes en el circuito, prácticamente para responder a un cambio de entrada. Se necesita una cantidad finita de tiempo para que se produzca principalmente la salida procesada, lo que se conoce como retardo de propagación. El retardo de propagación puede variar de un elemento a otro. Entonces, para que el circuito funcione correctamente, necesitamos un intervalo de tiempo definido para que todos los elementos puedan obtener su tiempo para responder correctamente. Ejemplos de circuitos lógicos síncronos son flip-flops, contador síncrono, etc.

Circuitos lógicos secuenciales asíncronos:

La salida de este circuito lógico solo depende del pulso de entrada y la secuencia de los datos de entrada anteriores.Este circuito no tiene ningún reloj y no necesita ninguna sincronización, por lo que el circuito es independiente del reloj, lo que lo hace más rápido que el circuito lógico secuencial síncrono debido a que la salida puede cambiar con respecto al cambio en la entrada con el tiempo mínimo requerido puede verse afectado independientemente del tiempo. El único obstáculo para la velocidad de este circuito es el retardo de propagación de los elementos del circuito. Consume menos energía, baja interferencia electromagnética.

Los circuitos lógicos secuenciales asíncronos suelen realizar operaciones en los siguientes casos:

 Estos circuitos se utilizan principalmente cuando la velocidad de operación es una prioridad, como en microprocesadores, procesamiento de señales digitales, para acceso a Internet, etc. Debido al comportamiento asíncrono, la salida a veces puede ser incierta, lo que limita la aplicación de la lógica secuencial asíncrona. circuito. La formación de este tipo de circuito también es difícil.

Diferencia entre circuitos lógicos secuenciales síncronos y asíncronos:

Circuito lógico secuencial sincrónicoCircuito lógico secuencial asíncrono
La salida de este circuito lógico depende del pulso de entrada y del pulso de reloj del circuito.La salida de este circuito lógico solo depende del pulso de entrada y la secuencia de los datos de entrada anteriores.
El reloj está presente en este circuito.No hay reloj presente en el circuito.
El circuito es simple de diseñar.El diseño de este circuito es complejo.
Relativamente más lento que el de un circuito lógico secuencial asíncrono.Funcionamiento relativamente más rápido que el del circuito lógico secuencial síncrono.
La salida del estado es siempre predecibleLa salida del estado a veces es impredecible
Este circuito consume bastante energía.Consume relativamente más energía menor.

Diagramas de estado lógico secuencial:

El diagrama de estado de la lógica de secuencia es un diagrama característico del circuito, en el que podemos determinar la transición entre los estados relacionados con la entrada. En este tipo de diagrama ese estado se representa principalmente como un círculo y el cambio de un estado a otro se denota con una flecha, junto con esa flecha se representa el pulso de entrada, que provoca la transición entre los estados. Cuando hay una salida de pulso, la flecha se puede representar con la salida relacionada con el pulso de entrada. Aquí, la flecha comienza con un círculo y va a otro círculo y, a veces, puede volver al mismo círculo dependiendo de la condición.

Diseño de circuito lógico secuencial | Principios de diseño de lógica secuencial

Ya sabemos que un circuito lógico secuencial combina el circuito combinacional con un elemento de memoria. Y para el elemento de memoria, necesitamos un elemento de memoria estática para almacenar datos en circuitos. Entonces, para crear una celda de memoria estática en el circuito, usamos inversores.

Pasos del diseño de circuito lógico secuencial:

  1.  Cree un diagrama de estado para el circuito secuencial requerido con los estados de salida deseados.
  2. Convierta el diagrama de estado en una tabla de estado.
  3. Elija el flip-flop como su requisito y que satisfaga todas las condiciones necesarias, utilice la tabla de características o la tabla de excitación para seleccionar el flip-flop.
  4. Minimice las funciones de entrada al flip flop con la ayuda de un mapa K o los algoritmos booleanos necesarios.
  5. Utilice la función simplificada para diseñar el circuito secuencial y si el circuito combinacional es necesario para la salida requerida, agréguelo en consecuencia.
  6. Finalmente, verifique la salida requerida a través del circuito.

Siguiendo el paso anterior podemos diseñar cualquier circuito secuencial requerido.

Circuitos lógicos secuenciales MOS:

Como sabemos, un circuito lógico secuencial es una combinación del circuito combinacional con un elemento de memoria. Y para el elemento de memoria, necesitamos un elemento de memoria estático para que pueda almacenar datos, en circuitos. Entonces, para crear una celda de memoria estática en los circuitos, usamos inversores.

Fig. En esta figura, dos inversores están conectados en retroalimentación entre sí.

Una celda de memoria estática puede ser creada por dos o cualquier número par de inversores conectados en serie con retroalimentación. Tiene dos estados estables, pero un estado estable a la vez, y el estado de salida estable se refiere a la entrada. Cuando un ruido (como voltaje u otra forma) se suma a la salida, lo que puede hacer que el circuito sea inestable, y la salida puede no ser estable en un estado definido, pero a medida que el ruido atraviesa cualquiera de los inversores, se elimina. ya que este circuito se está regenerando siempre tratando de volver a un estado estable definido, lo que nos ayuda a crear una célula de memoria activa y regenerativa.

Fig. En esta figura un circuito CMOS de los dos inversores conectados en retroalimentación.

El diagrama de arriba es el CMOS El circuito es de la celda de memoria (dos inversores conectados en la retroalimentación). Donde este circuito será estable en '0' o '1' considerando la entrada suministrada (voltaje) a través de la entrada, esta celda de memoria en CMOS es una celda de memoria estática. Y al combinar el circuito CMOS de esta celda de memoria con el circuito CMOS combinacional, podemos diseñar el circuito CMOS de circuito secuencial.

Lógica combinacional vs lógica secuencial:

Lógica combinacionalLógica secuencial
Es un tipo de lógica digital que se compone de numerosos circuitos booleanos, y su salida solo depende de las entradas de corriente.También es un tipo de lógica digital compuesta por un elemento combinacional y de memoria, su salida no solo depende de la entrada actual, sino que también puede ser manipulada por la secuencia de entradas anteriores.
Su circuito es relativamente costoso.Su circuito es relativamente económico.
El reloj no está en sus circuitos.El reloj es un elemento necesario en el circuito secuencial síncrono.
No hay ningún elemento de memoria en su circuito.Debe haber un elemento de memoria en los circuitos de esta lógica.
No hay ningún circuito de retroalimentación.Para la manipulación a través de entradas pasadas, se necesitan circuitos de retroalimentación.
Diseñar el circuito a través de puertas lógicas es fácil.Aquí podemos enfrentar complicaciones en el diseño de circuitos debido a la necesidad de elementos de memoria y retroalimentación.
El procesamiento de resultados es comparativamente más rápido.Después de considerar todos los aspectos, el procesamiento de salida puede ser relativamente más lento.
Podemos definir la relación entrada-salida a través de la tabla de verdad.La relación entrada-salida se puede definir mediante una tabla de características, una tabla de excitación y diagramas de estado.
El requisito de esta lógica es principalmente realizar operaciones booleanasRequisito de esta lógica para almacenar datos, crear contadores, registros, etc.

Aplicaciones de circuitos lógicos secuenciales:

Con el número finito de entradas y salidas, el circuito lógico secuencial se usa para construir una máquina de estados finitos. Puede actuar como registro, contador, etc. Con la ayuda de un circuito combinacional, se pueden crear muchos dispositivos básicos como RAM (Random Access Memory), ya que el circuito lógico secuencial nos brinda la facilidad de almacenar datos a los que abre la puerta el microprocesador y el circuito lógico aritmético.

Dispositivos de lógica secuencial:

La salida de un dispositivo lógico secuencial puede ser manipulada por la entrada actual y por la entrada anterior o pulsos de reloj. Los dispositivos secuenciales almacenan los últimos datos con un elemento de memoria. Con esta capacidad de almacenar datos, estos dispositivos abren nuevas formas de resolver un problema.

Los dispositivos secuenciales son como contador, registro, etc.

Chips de lógica secuencial

crédito de la imagen: Konstantin Lanzet, KL CHIPS F8680 SoCCC BY-SA 3.0

Ventajas y desventajas de la lógica secuencial:

Ventajas de la lógica secuencial:

Una ventaja significativa de la lógica secuencial es que su circuito contiene un elemento de memoria que permite almacenar datos y crear un registro, contador y microprocesadores. Con el uso del pulso de reloj, puede sincronizar todos los elementos del circuito independientemente de los diferentes retrasos de propagación y proporcionar una salida adecuada. La salida se puede manipular a través de la entrada actual, la secuencia pasada de entradas y también a través del pulso de reloj.

Desventajas de la lógica secuencial:

La presencia de un reloj y retroalimentación en los circuitos, el procesamiento de la salida puede ser más lento. Las complicaciones del circuito pueden aumentar, lo que puede causar dificultades en la construcción de los circuitos. La salida a veces puede ser incierta.

Historia de la lógica secuencial :

La lógica secuencial se utiliza para el desarrollo de la máquina de estados finitos, que es un componente básico de todos los circuitos digitales. Para más información haz clic aquí.

Preguntas y respuestas sobre circuitos lógicos secuenciales | problemas resueltos en circuitos lógicos secuenciales | Preguntas más frecuentes

P. ¿Cómo utiliza la RAM de la computadora la lógica secuencial?

Q. ¿ROM / RAM es un circuito combinacional o secuencial?

Respuesta: - ROM (memoria de solo lectura) consta de codificador, decodificador, multiplexor, circuito sumador, circuito sustractor, etc. El codificador es un circuito combinacional que convierte principalmente una forma de datos a otro formato, como datos decimales a datos binarios. El decodificador aquí también es un circuito combinacional. Lo mismo ocurre con el multiplexor, sumador y sustractor. Todos están aquí es un circuito combinacional.

 En ROM, no podemos alterar el contenido de la memoria. Por lo tanto, la salida de la ROM solo depende de la entrada. Por lo tanto, no se requiere el valor pasado de entrada o salida. Entonces, ROM tiene solo un circuito combinacional en su circuito.

 Considerando que para RAM (memoria de acceso aleatorio), PROM (memoria de solo lectura programable), EPROM (memoria de solo lectura programable y borrable), EEPROM (memoria de solo lectura programable y borrable eléctricamente) tiene una memoria que se puede alterar. En el caso de PROM, se puede programar una vez después de fabricado. RAM, EPROM, EEPROM, donde se puede cambiar el estado. En este tipo de memoria, siempre necesitamos el circuito secuencial para un funcionamiento adecuado, ya que aquí se necesitan valores de entrada y salida anteriores. La salida actual se puede modificar con la secuencia de datos anterior. Por tanto, este tipo de memoria necesita un circuito secuencial.

P. ¿El sumador de acarreo de ondulación es un ejemplo de circuito secuencial? ¿Por qué?

  Respuesta: - Un sumador de acarreo de ondulación es un circuito digital que realiza operaciones aritméticas de suma de dos números binarios diferentes. Puede diseñarse con la conexión en cascada de un conector sumador completo a la salida de acarreo, donde la salida de acarreo de un sumador completo se conecta a la entrada del siguiente sumador completo. Como vemos aquí, un sumador completo está conectado al siguiente sumador como retroalimentación, aquí la salida de un sumador completo puede manipular la salida de otro sumador completo. Entonces aquí vemos que la salida pasada puede manipular la salida actual del circuito. Por lo tanto, el sumador de acarreo de ondulación puede considerarse un circuito secuencial.

P. ¿Por qué se utilizan asignaciones sin bloqueo en circuitos secuenciales en Verilog ?

 Respuesta: - En las asignaciones sin bloqueo, cuando tiene lugar el primer paso, la evaluación de la expresión del lado derecho de la declaración de no bloqueo tiene lugar después de que se realiza la revisión del lado izquierdo de la declaración de no bloqueo. lugar, y al final del paso de tiempo, tiene lugar la evaluación de la declaración de la izquierda.

 Como las asignaciones sin bloqueo no bloquean la evaluación de ninguna instrucción secuencial, la ejecución de estas asignaciones se produce de forma simultánea o paralela. Por lo tanto, para crear un circuito lógico secuencial en Verilog siempre tenemos que considerar asignaciones sincronizadas de bloque y no bloqueantes. Con la ayuda de asignaciones sin bloqueo, podemos eliminar la condición de carrera en el circuito secuencial.

Q. Definir circuitos lógicos secuenciales asíncronos ?

Respuesta: explicado en la sección de circuitos lógicos secuenciales asíncronos.

Q. ¿Cuántas chanclas se requieren para construir un circuito secuencial que tiene 20 estados?.

Respuesta: - Chanclas es un elemento de memoria básico en el circuito digital secuencial, que tiene dos estados estables, y esos dos estados se pueden representar como '0' y '1', pero puede almacenar un solo bit a la vez.

 Según la codificación binaria, n número de flip flops puede representar el máximo (2 ^ n)  número de estados.

Aquí necesitamos 20 estados de un circuito secuencial.

So   2 ^ n = 20

Después de resolver la ecuación anterior, obtenemos n \ aproximadamente 4.322

Como para,  2 4 ^ solo hay 16 estados, pero necesitamos 20 estados. Aquí tenemos 4 estados más para trabajar, así que tenemos que elegir un número mayor que 4. Entonces, usaremos n = 5 donde  2 5 ^ tiene 32 estados, lo que es suficiente para 20 estados.

Mientras que en la codificación one-hot, el número de flip flops necesarios para n estados es n. entonces necesitamos 20 chanclas para 20 estados.

P. ¿Cómo se puede hacer un chip secuencial solo con chips combinacionales?

Respuesta: - Cuando un circuito lógico combinacional está conectado con una ruta de retroalimentación, el circuito resultante es un circuito lógico secuencial.

Si vamos al diagrama de elementos de memoria esenciales como un flip flop, pestillos, podemos ver que el flip-flop se puede crear con la ayuda de la puerta AND, la puerta NAND, la puerta NOR, etc., cuando están conectados con retroalimentación el uno al otro.

Fig. Este es un diagrama del flip flop SR. 

 El diagrama muestra dos puertas NAND conectadas con una ruta de retroalimentación que forma el circuito flip flop SR. De esta forma, un circuito combinacional se puede convertir en un circuito secuencial.

Q. Principio de funcionamiento de los circuitos lógicos secuenciales astables

Respuesta: - Un circuito lógico secuencial astable no tiene ningún estado estable como salida, es decir, no es estable en ningún estado. La salida transita continuamente de un estado a otro. Este tipo de circuito se puede utilizar como oscilador, como oscilador para generar pulsos de reloj en un circuito. Un ejemplo de circuito astable es un oscilador de anillo.

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Acerca de Sneha Panda

Me gradué en Ingeniería en Electrónica Aplicada e Instrumentación. Soy una persona curiosa. Tengo interés y experiencia en temas como Transductores, Instrumentación Industrial, Electrónica, etc. Me encanta aprender sobre investigaciones e invenciones científicas, y creo que mi conocimiento en este campo contribuirá a mis futuros emprendimientos.

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