الدارات المنطقية التتابعية

من ويكي الهندسة المعلوماتية
اذهب إلى: تصفح، ابحث

مقدمة

تعتبر الدارات المنطقية التتابعية أحد أكثر أنماط الدارات استخداماً في العالم الرقمي. كما لا بد لك من مقارنة هذا المنطق مع المنطق التركيبي combinatorial logic . إذا أن المنطق التركيبي لا يتأثر إلا بحالة الدخل المنطقية في اللحظة نفسها و لا يتأثر بالحالات السابقة و من الأمثلة على ذلك دارات التحويل بين أنظمة العد ؛مثلاً إن الدارة التي تحول من نظام BCD إلى نظام لا تتأثر في اللحظة بالرقم المحول في اللحظة . بينما دارة استقبال الرقم المطلوب الموجودة في مقاسم الهاتف و التي تعتبر ذات منطق تتابعي تميز الرقم المطلوب في اللحظة عن الرقم المطلوب في اللحظة . و يمكن تحقيق ذلك بإضافة عنصر ذاكرة للدارة ذات المنطق التركيبي لنحصل على دارة ذات منطق تسلسلي ، إذ أن ما يميز المنطق التتابعي هو وجود التغذية الخلفية feedback ، و بالتالي الخرج يكون محدد بقيمة الدخل و حالة عنصر الذاكرة .

المخطط الصندوقي لدارات المنطق التتابعي
مقارنة بين النمطق التجميعي و المنطق التتابعي
رقم المقارنة النمطق التجميعي المنطق التتابعي
1 قيمة الخرج تتعلق بقيمة الدخل فقط في اللحظة نفسها قيمة الخرج تتعلق بقيمة الدخل في اللحظة نفسها مع تأثر بالدخل السابق و الذي يكون مخزن في الذاكرة
2 عناصر الذاكرة غير لازمة في المنطق التركيبي عناصر الذاكرة لازمة في المنطق التسلسلي
3 سريعة الأداء ، الذي هو عبارة عن زمن انتشار الإشارة عبر البوابات المنطقية أبطأ في زمن التنفيذ
4 سهلة التصميم أكثر صعوبة في التصميم

إن الدارات المنطقية التتابعية يمكن أن تصنف تحت نوعين :

  • دارات تسلسلية متزامنة synchronous : الإشارة لا تؤثر إلا في أزمنة منفصلة محددة .
  • دارات تسلسلية غير متزامنة asynchronous : الإشارة تؤثر في كل لحظة زمنية .
مقارنة بين الدارات التسلسلية المتزامنة و الدارات التسلسلية الغير متزامنة
رقم المقارنة دارات تسلسلية متزامنة دارات تسلسلية غير متزامنة
1 عنصر الذاكرة المستخدم هو قلابات ذات مدخل تحكم نبضي زمني clocked flipfloap عنصر الذاكرة المستخدم هو قلابات دون مدخل تحكم نبضي زمني unclocked flipfloap
2 إشارة الدخل ثؤثر أثناء النبضة إشارة الدخل ثؤثر في أي لحظة
3 سرعة الأداء تتعلق بالتأخير الزمني للنبضة صرعة الأداء و بسبب عدم وجود تحكم نبضي هي أسرع
4 سهلة التصميم أكثر صعوبة في التصميم

تصميم الدارات التتابعية

الخطوة الأولى :

وضع مخطط الحالةstate diagram و تحويله إلى جدول الحالة sate table .

الخطوة الثانية:

إسناد قيمة ثنائية للحالات و عدد الخانات المستخدمة عندها يساوي إلى عدد القلابات و التي يساوي إلى ومن أجل n حالة إلى m قلاب .

الخطوة الثالثة :

و ضع معادلات الحالة و التي يمكن الحصول عيها باستخدما جدول التحريض excitation table و هو جدول الذي يظهر حالة دخال قلاب من أجل حالة راهنة و حالة لاحقة مثلاً إن جدول التحريض للقلاب T هو :

T
0 hold 0 0
1 set 1 0
0 reset 0 1
0 hold 1 1
الخطوة الرابعة :

رسم الدارة .


مثال

دارة كاشف التتابع sequence recognizer i هذه الدارة تستخدم لكشف تتابع معين من البيتات و لهذا نحتاج دارة بمدخل و احد و بعناصر ذاكرة لكشف التتابع، مثال لتكن الدارة الكاشفة عن التتابع 1001 طبق عليها الدخال التالي

Inputs
11100110100100110

كان خرجها كالتالي

Outputs
00000100000100100

تصميم مخطط الحالة للمثال

علينا فهم المسألة المطروحة جيداً قبل تصميم مخطط الحالة الذي يعد العمود الأساسي لتصمصم الدارات التتابعية . حسب المطلوب هو كشف التتابع 1001 أي أن أول دخل مطلوب في طريق تحقيق هذا التتابع هو 1 لنفرض أنها حالة و لنسميها B و الحالة الثانية المطلوبة على طريق التحقيق هي 0 بعد الواحد و لنسميها الحالة C و التي بعدها هي الحالة 0 بعد الصفر و الواحد و لنسميها D و الحالة الأخيرة هي نفسها الحالة B و هي على الدخل واحد ؛ و لنسمي ماعدا هذا بالحالة A . بالتالي نستطيع أن نضع هذا الجدول .

المعنى الحالة
أي حالة لاتحقق تتابع 1001 A
يكون الداخل 1 B
رأينا التتابع 10 C
رأينا التتابع 100 D
مخطط الحالة الأولي للمثال

و المخطط الكلي للحالات يجب أن يناقش حالة انقطاع كل حالة بدخل غير مرغوب و هذا يمكن أن نجمله في هذه المناقشة :

  • انقطاع الحالة B بـ 1 سيبدو و كأنه سنبدأ من الحالة B من جديد .
  • انقطاع الحالة D بـ 0 سيبدو و كأنه سنبدأ من الحالة B من جديد .
  • انقطاع الحالة } بـ 0 سيبدو و كأنه سنبدأ من الحالة A من جديد .

و بالتالي المخطط الكامل سيكون بالشكل التالي :

مخطط الحالة الكامل  للمثال

و جدول الحالة( الذي يظهر الحالة الراهنة و الدخل و الحالة التالية و الخرج) :

output present state input current state
0 B 1 A
0 A 0 A
0 C 0 B
0 B 1 B
0 D 0 C
0 B 1 C
0 A 0 D
1 B 1 D

و الآن و بعد أن نظمنا جدول الحالات نسند قيم ثنائية للحالات و عودةً للقادة التي ذكرناها آنفاً(من أجل n حالة إلى m قلاب ) نحتاج إلى قلابين نعدل الجدول مع إضافة هذها الاعتبار و تضمين جدول التحريض الذي تكلمنا عنه في خطوات التصميم ، وذلك بفرض استخدام قلاب jk . و مع التذكير بجدول التحريض للقلاب jk

jk
0X 0 0
1X 1 0
X1 0 1
X0 1 1
جدول الحالة مضمن جدول التحريض

و الآن نوجد معادلات القلابات و معادلة الخرج كما يلي :

معادلات الحالة للقلاب الأول
معادلات الحالة للقلاب الثاني
معادلة الخرج

و يأتي كخطوة أخيرة موضوع تصميم الدارة .

جدول الحالة مضمن جدول التحريض

مواضيع ذات صلة

المصادر

  • Digital Systems Author D.A.Godse A.P.Godse ISBN 9788189411107

http://books.google.com/books?id=Aar1Tv47em4C