Sekvenční logické obvody

Skládají se ze dvou částí – kombinační a paměťové. Hodnoty výstupu jsou funkcí současných i minulých hodnot vstupu. Mají zpětnou vazbu. Pamatují sí vnitřní (současný) stav (present state).

Kombinační část

Dva přístupy k návrhu sekvenčních obvodů:

1) Mealyho – výstup je závislý na vstupních i vnitřních proměnných

2) Moorův – výstup je přímým obrazem stavu vntřních proměnných

Asynchronní

1) Fundamentální mód činnosti:

• Vstupní proměnné musí být stabilní po jistou dobu. V jednom okamžiku se může měnit hodnota pouze na jednom vstupu, a musí se počkat na ustálení zpětných vazeb.

2) Pulsní režim:

• Vstupní proměnné jsou aktivní jen po dobu pulsu. Jen jeden puls může být aktivován na vstupu v daný okamžik.

Synchronní

Činnost je řízená tzv. hodinovými signály.

Paměťová část

Tvořena kombinačním obvodem, ve kterém byla zavedena zpětná vazba – bistabilní klopný obvod. Bere informaci ze vstupu a uchovává ji, i když vstupní informace zmizí.

Klopné obvody

Přepínají se mezi dvěmi stavy.

Astabilní

Mezi stavy se překlápí sám. Generuje tzv. periodický obdélníkový signál.

Princip: Jeden z tranzistorů má o maličko nižší potřebné napětí na bázi, aby se otevřel – tzn. na začátku se jeden tranzistor (řekněme Q1) otevře dřív. V tu chvíli se C1 začíná vybíjet a C2 naopak nabíjet. Jakmile se C1 vybije, otočí se na něm polarita a nabíjí se opačným směrem. To způsobí napětí na Q2, který se následně otevře, což zařídí vybíjení C2 a následné uzavření Q1. V tu chvíli se proces se otáčí.

ukázka

Monostabilní

Má jeden stabilní stav, pro přechod do druhého je potřeba jej nakopnout, po čase se zase vrátí zpět do stabilního stavu.

ukázka

Bistabilní (Flip-Flop)

Má oba stavy stabilní, pro přechod je potřeba do něj kopnout vždy. Lze jej tedy použít jako jednoduchou paměť.

ukázka

RS (Reset / Set)

R	S	Akce	Q	Qnext
0	0	Ponechá stav	Qprev	Q
0	1	Set	0	1
1	0	Reset	1	0
1	1	Nedefinovaný stav

ukázka

T (Toggle)

T	Q	Akce	Qnext
0	0	Ponechá stav	0
0	1	Ponechá stav	1
1	0	Přepnutí	0
1	1	Přepnutí	0

JK

Kombinace RS a T klopného obvodu – odstraňuje nedefinovaný stav u RS, při kterém se chová jako T klopný obvod.

T	K	Akce	Qnext
0	0	Ponechá stav	Qprev
0	1	Reset	0
1	0	Set	1
1	1	Přepnutí	!Qprev

ukázka

D

Data – pokud má při impulzu hodin vstup D hodnotu 1, nastaví se stav klopného obvodu na 1. Totéž pro hodnotu 0. Bez impulzu hodin stav vstup D ignoruje a pamatuje si předchozí stav.

Hodiny	D	Q
1	0	0
1	1	1
0		Qprev

ukázka

Čítače

Řada D klopných obvodů které mají vždy svůj invertovaný výstup připojený na svůj vlastní vstup, a jako vstup hodin používají výstup předchozího klopného obvodu (kromě prvního, ten má normální hodinový vstup).

Kromě binárního čítače fungují také jako děličky frekvencí.

K implementaci lze použít i JK klopné obvody.

Registry

D klopné obvody se společnými hodinami.

• Paralelní – paralelně zapojené
• Posuvný – za sebou zapojené. Při zapojení posledního negovaného výstupu na první vstup dostaneme čítač.

Stavové automaty

Sekvenční automat je šestice $A =(X, Y, Q, q0, P, V)$ kde:

• $X$ je vstupní abeceda (množina hodnot vstupního vektoru)
• $Y$ je výstupní abeceda (množina hodnot výstupního vektoru)
• $Q$ je vnitřní abeceda (množina hodnot vektoru vnitřního stavu)
• $q0$ je podmnožinou Q, je to počáteční stav, ze kterého se vždy startuje
• $P$ je přechodová funkce, která některým dvojicím z $X \times Q$ přirazuje prvek z $Q$ a platí $q_{i+1} = P(x_i, q_i)$, pro $i = 0,1,2,…,n$
• $V$ je výstupní funkce, která některým dvojicím z $X \times Q$ přirazuje prvek z $Y$.

Reprezentují se pomocí pravdivostních tabulek nebo grafů přechodů. V programovacích jazycích se implementují pomocí switch a cyklů while, for.