الدائرة المنطقية التسلسلية
الدوائر المنطقية المتسلسلة هي الدوائر المنطقية المركبة مع وحدات الذاكرة. لا تعتمد هذه الدوائر بشكل كامل على حالات الإدخال لتوفير الإخراج. إنها دوائر منطقية ثنائية الحالة، مما يعني أن هذه الدوائر يمكنها الحفاظ على الإخراج باستمرار عند مستوى مرتفع '1' أو منخفض '0' حتى لو تغيرت المدخلات مع مرور الوقت. لا يمكن تغيير حالة الإخراج إلا من خلال تطبيق نبض الزناد في الدوائر المتسلسلة.
يظهر التمثيل الأساسي للدائرة التسلسلية أدناه:
تصنيفات الدوائر المتتابعة
يتم تقسيم الدوائر المتتابعة على أساس حالاتها المحفزة كما هو مذكور أدناه:
- دوائر متسلسلة مدفوعة بالحدث
إنهم ينتمون إلى عائلة الدوائر المنطقية المتسلسلة غير المتزامنة. إنها لا تعمل على مدار الساعة ويمكن أن تعمل فورًا عند تلقي المدخلات. يتغير الإخراج على الفور مع مجموعة الإدخال. - دوائر متسلسلة مدفوعة على مدار الساعة
إنهم ينتمون إلى عائلة الدوائر المنطقية المتسلسلة المتزامنة. هذه الدوائر المتسلسلة مدفوعة بالساعة. وهذا يعني أنها تتطلب إشارة ساعة للعمل مع مجموعات المدخلات وإنتاج المخرجات. - دائرة تسلسلية مدفوعة بالنبض
يمكن أن تكون هذه الدوائر المتسلسلة تعمل بالساعة أو بدون ساعة. في الواقع، فهي تجمع بين خصائص كل من الدوائر المتسلسلة التي تعتمد على الحدث والساعة.
المصطلح 'متزامن' يعني أن إشارة الساعة يمكنها تغيير حالات الدائرة التسلسلية دون تطبيق أي إشارة خارجية. بينما في الدوائر غير المتزامنة، هناك حاجة إلى إشارة دخل خارجية لإعادة ضبط الدائرة.
المصطلح 'دوري' يعني أنه يتم تغذية جزء من المخرجات مرة أخرى إلى المدخلات كمسار للتغذية الراجعة. ومع ذلك، فإن 'غير الدوري' هو عكس الدوري، مما يمثل عدم وجود مسارات ردود فعل في الدوائر المتسلسلة.
أمثلة على الدوائر المتسلسلة – المزالج والنعال
كل من المزالج والنعال عبارة عن دوائر متسلسلة، مع وجود اختلافات معينة في مبادئ تشغيلها. لا يشتمل المزلاج على إشارات الساعة لحالات التشغيل، بينما يتطلب المتأرجح تشغيل الساعة كما هو موضح في الشكل أدناه:
يمثل الشكل أعلاه مزلاج SR وقلاب SR. يظهر نبض الساعة في حالة التقليب أعلاه.
ريال فليب فلوب
يشبه قلاب SR مزلاج SR تمامًا، مع وظيفة ساعة إضافية. تعمل وظيفة تشغيل الساعة على ضبط القلاب على الحالة، ويتصرف القلاب بشكل ميت في غياب نبض الساعة.
يظهر الرسم التخطيطي لـ SR Flip Flop أدناه:
مخطط الرسم البياني
تتكون شبشب SR أساسًا من بوابات NAND، تمامًا مثل مزلاج SR. ومع ذلك، تتم الإشارة إلى إدخال الساعة بين أول بوابتين NAND لتشغيل الساعة المشار إليها كما هو موضح أدناه:
جدول الحقيقة
يشتمل جدول الحقيقة على جميع مجموعات المدخلات الأربع الممكنة في محطات S & R بالإضافة إلى حالتي المخرجات، Q & مجدول أدناه:
يتم الاحتفاظ بإدخال الساعة دائمًا عند E=1 لتمكين تشغيل SR flip-flop. وتناقش أدناه المجموعات الأربع من المدخلات والمخرجات:
1: عندما S = 0، R = 1 (مجموعة):
يحقق الإخراج Q حالة عالية عندما يكون S=0 & R=1
2: عندما S=1، R=0 (إعادة الضبط):
يتحول الإخراج Q إلى الصفر بينما يكون الإخراج Q'=1 عندما يكون S=1 & R=0.
3: عندما S = 1، R = 1 (لا تغيير):
ويظل الإخراج في حالته السابقة كما يستدعيه تقليب SR.
4: عندما S=0، R=0 (غير محدد):
النواتج غير محددة لأن كلا المدخلات منخفضة.
مخطط التبديل
يمكن رسم مخطط تبديل SR flip-flop أدناه للحالات العالية والمنخفضة للمدخلات 'S' و 'R' مع المخرجات. يبدو مخطط التبديل جيدًا حتى تتحول حالتا الإدخال إلى '0' وتصبح المخرجات غير صالحة. بعد الحالة غير الصالحة، يصبح تقلب SR غير مستقر بينما قد يتحول أحد المخرجات بشكل أسرع من الآخر، مما يؤدي إلى سلوك غير محدد.
أنواع SR Flip Flop:
يمكن تصنيع شبشب SR باستخدام بوابة AND وNAND وNOR. تتم مناقشة تفاصيل التكوين بالإضافة إلى جداول الحقيقة لكل نوع أدناه.
1- بوابة NAND الموجبة SR Flip Flop
يضيف قلاب بوابة NAND الإيجابي بوابتين NAND إضافيتين في قلاب SR الأساسي. تقوم بوابة NAND الإيجابية بالتبديل لضبط الحالات وإعادة ضبطها من خلال تطبيق مدخلات عالية بدلاً من المدخلات المنخفضة في التقليب SR الأساسي. بمعنى آخر، يجب أن يوفر الإدخال '1' عند الطرف 'S' حالة محددة، في حين أن الإدخال '1' عند الطرف 'R' يجب أن يوفر حالة إعادة التعيين.
علاوة على ذلك، تظهر الآن حالة الحالة غير الصالحة عندما يكون كلا المدخلين مرتفعين بينما لا يكون لكلا المدخلين الصفر أي تغيير في المخرجات.
2- بوابة NOR SR Flip Flop
يمكن أيضًا إنشاء شبشب SR باستخدام بوابتين NOR. يعمل هذا التكوين بشكل مشابه لتكوين بوابات NAND الإيجابية. يتم تشغيل حالات الضبط وإعادة التعيين عن طريق النبض العالي أو '1' بدلاً من النبض المنخفض أو '0' في تكوين SR flip-flop الأساسي. يُظهر جدول الحقيقة نفس حالات الإخراج كما في حالة التقليب الموجب لبوابة NAND SR.
3- الساعة فليب فلوب SR
تأخذ شبشب SR المسجلة مدخلاتها من بوابتين AND. أحد مدخلات بوابة AND هو إشارة الدخل لمحطات SR flip flop بينما الإدخال الثاني هو الساعة أو التمكين. يلعب نبض الساعة دورًا مهمًا في هذا التكوين. يمكن لنبض الساعة تبديل بوابتين NAND إضافيتين للتشغيل أو الإيقاف حسب الحاجة لتوفير تحكم أفضل في حالة الإخراج. عندما يكون تمكين الإدخال 'EN' مرتفعًا، توفر جميع وظائف بوابة NAND الإخراج. عندما يكون إدخال التمكين 'EN' منخفضًا، يتم فصل بوابتي NAND الإضافيتين، ويتم استدعاء الحالات السابقة بواسطة SR flip flop.
التطبيق - تبديل دائرة الارتداد
يتم تشغيل زحافات SR على الحافة وتقوم بتبديل حالاتها بسلاسة تامة. يمكنهم القضاء على ارتداد المفاتيح الميكانيكية. تحدث ظاهرة الارتداد عندما لا يقوم المفتاح الميكانيكي الخارجي بتشغيل نقاط الاتصال الداخلية بشكل كامل وترتد نقاط الاتصال قبل غلقها أو فتحها. تقوم هذه العملية بإنشاء مجموعة من الإشارات غير المرغوب فيها والتي يمكن أن تؤدي إلى تشغيل بوابات منطقية بشكل غير متوقع قبل تطبيق المدخلات الفعلية.
في تكوين ارتداد المفتاح، يتم توصيل جهات الاتصال الخاصة بالمفتاح الميكانيكي مع أطراف الضبط وإعادة التعيين الخاصة بقلب SR الأساسي كما هو موضح أدناه:
بما أن قلابات SR يتم تشغيلها على الحافة، فإن حالة الإدخال الأولية سيتم احتسابها ضمن توليد المخرجات، بغض النظر عن التقلبات في الإدخال لاحقًا. حتى لو حدثت مجموعة من الحالات المغلقة والمفتوحة بسبب ارتداد المفتاح كما هو موضح أدناه، فيجب أن يظل الخرج عبارة عن نبضة واحدة سلسة.
خاتمة
تختلف الدوائر المنطقية المتسلسلة عن الدوائر التوافقية على أساس وحدات الذاكرة. تعتمد هذه الدوائر المنطقية على حالات الإدخال السابقة بالإضافة إلى حالات الإدخال الحالية. يمكن لهذه الدوائر أن تحافظ على حالة مخرجاتها عند مستويات عالية أو منخفضة حتى لو تغيرت المدخلات مع مرور الوقت. المثال الأكثر شيوعًا للدوائر المنطقية التسلسلية هو SR flip flops. إنها تشبه مزلاج SR مع وحدات ذاكرة إضافية.