Fundamentos de los circuitos secuenciales, tipos y funcionamiento

Un circuito lógico secuencial es una forma del circuito binario; su diseño utiliza una o más entradas y una o más salidas, cuyos estados están vinculados a reglas definidas que dependen de estados previos. Las entradas y salidas pueden ir a cualquiera de dos estados: 0 lógico (bajo) o 1 lógico (alto). En estos circuitos, su salida depende no solo de la combinación de los estados lógicos en sus entradas, sino también de los estados lógicos que existían antes. En otras palabras, su salida depende de una SECUENCIA de eventos que ocurren en las entradas del circuito. Los ejemplos de tales circuitos incluyen relojes, flip-flops, biestables, contadores, memorias y registros. los gestos de circuitos secuenciales dependen de la gama de subcircuitos básicos.

¿Qué es un circuito lógico secuencial?

Un circuito secuencial es un circuito lógico, donde la salida depende del valor actual de la señal de entrada, así como de la secuencia de entradas pasadas. Mientras que un circuito combinacional es una función de la entrada actual solamente. Un circuito secuencial es una combinación de un circuito combinatorio y un elemento de almacenamiento. Los circuitos secuenciales utilizan variables de entrada actuales y variables de entrada anteriores que se almacenan y proporcionan los datos al circuito en el siguiente ciclo de reloj.

Procedimiento para diseñar circuitos lógicos secuenciales

1. Este procedimiento incluye los siguientes pasos
2. Primero, obtenga el diagrama de estado
3. Tómese como una tabla de estados o una representación de equivalencia, como un diagrama de estados.
4. El número de estados se puede reducir mediante la técnica de reducción de estados.
5. Verifique el número de escalas requeridas
6. Elige el tipo de chanclas a utilizar
7. Derive las ecuaciones de excitación
8. Utilizando el mapa u otro método de simplificación, derive la función de salida y las funciones de entrada del flip-flop.
9. Dibuje un diagrama lógico o una lista de funciones booleanas de las que se pueda obtener un diagrama lógico.

Categorías de circuitos lógicos secuenciales

Los circuitos lógicos secuenciales se dividen en tres categorías de la siguiente manera.

• Evento conducido
• Impulsado por un reloj
• Impulsado

Evento conducido: Circuitos asíncronos que pueden cambiar de estado inmediatamente cuando se activan. Circuito secuencial asíncrono (modo fundamental): el comportamiento depende del diseño de la señal de entrada que cambia continuamente con el tiempo, y la salida se puede cambiar en cualquier momento (sin reloj).

Impulsado por el reloj: Circuitos síncronos sincronizados a una señal de reloj específica. Circuito secuencial síncrono (modo latching): El comportamiento se puede definir a partir del conocimiento de los circuitos que logran la sincronización utilizando una señal de sincronización llamada reloj.

Impulsado: Es una mezcla de los dos que responde a pulsos de disparo.

Tipos de circuitos secuenciales

Los circuitos secuenciales se clasifican en dos tipos.

• circuito síncrono
• circuito asíncrono

En circuitos secuenciales síncronos, el estado del dispositivo cambia en momentos discretos en respuesta a una señal de reloj. En los circuitos asíncronos, el estado del dispositivo cambia en respuesta a las entradas cambiantes.

Circuitos síncronos

En los circuitos síncronos, las entradas son pulsos con algunas restricciones sobre el ancho de pulso y el retardo de propagación. Por lo tanto, los circuitos síncronos se pueden dividir en circuitos secuenciales sincronizados y no sincronizados o pulsados.

Circuito secuencial sincronizado

Los circuitos secuenciales cronometrados tienen flip-flops o flip-flops cerrados como elementos de memoria. Un reloj periódico está conectado a las entradas de reloj de todos los elementos de memoria en el circuito para sincronizar todos los cambios de estado internos. Así, el funcionamiento del circuito está controlado y sincronizado por el pulso periódico del reloj.

Circuito secuencial desbloqueado

Un circuito secuencial desbloqueado requiere dos transiciones consecutivas entre 0 y 1 para alternar el estado del circuito. Un circuito en modo no sincronizado está diseñado para responder a pulsos de ciertas duraciones que no afectan el comportamiento del circuito.

El circuito lógico síncrono es muy simple. Las puertas lógicas que realizan operaciones de datos requieren un tiempo finito para responder a los cambios en la entrada.

Circuitos asíncronos

Un circuito asíncrono no tiene una señal de reloj para sincronizar sus cambios de estado internos. Por lo tanto, el cambio de estado ocurre en respuesta directa a los cambios que ocurren en las líneas de entrada primarias. Un circuito asíncrono no requiere un control de tiempo preciso de los flip-flops.

La lógica asíncrona es más difícil de diseñar y tiene algunos problemas en comparación con la lógica síncrona. El principal problema es que la memoria digital es sensible al orden en que les llegan sus señales de entrada, por ejemplo, si dos señales llegan a un flip-flop al mismo tiempo, el estado en el que entra el circuito puede depender de la señal que llega. en la puerta lógica primero.

Los circuitos asíncronos se utilizan en partes críticas de los sistemas síncronos donde la velocidad del sistema es una prioridad, como en microprocesadores y circuitos de procesamiento de señales digitales.

circuito biestable

Un flip-flop es un circuito secuencial que muestrea la entrada y cambia la salida en un momento dado. Tiene dos estados estables y se puede utilizar para almacenar información de estado. Las señales se aplican a una o más entradas de control para cambiar el estado del circuito y tendrán una o dos salidas.

Es el elemento básico de almacenamiento en lógica secuencial y los bloques de construcción fundamentales de los sistemas electrónicos digitales. Se pueden utilizar para llevar un registro del valor de una variable. El flip-flop también se usa para controlar la funcionalidad de un circuito.

Chanclas RS

El flip-flop RS es el flip-flop más simple. Tiene dos salidas, una salida es la inversa de la otra, y dos entradas. Las dos entradas son Set y Reset. El flip flop básicamente usa puertas NAND con un pin de habilitación adicional. El circuito da una salida solo cuando el pin de habilitación es alto.

Diagrama

Plan

Tabla de verdad de flip flop SR

chanclas JK

El flip-flop JK es uno de los flip-flops importantes. Si las entradas J y K están en uno y cuando se aplica el reloj, la salida cambia independientemente de las condiciones pasadas. Si las entradas J y K están en 0 y cuando se aplica el reloj, no habrá cambios en la salida. No hay condición indeterminada en el flip-flop JK.

Plan

Tabla de verdad JK Flip Flop

D balancín

El flip-flop D tiene una sola línea de datos y una entrada de reloj. El flip-flop D es la simplificación de un flip-flop SR. La entrada del flip-flop D va directamente a la entrada S y el complemento va a la entrada R. La entrada D se muestrea a lo largo del pulso del reloj.

Plan

Tabla de verdad del flip-flop D

balancín en T

Es un método para evitar el estado indeterminado que se encuentra en el proceso de un flip-flop RS. Esto es para proporcionar una sola entrada, es decir, la entrada T. Este flip-flop actúa como un interruptor de palanca. Cambiar significa cambiar a otro estado. El flip-flop T está diseñado a partir de un flip-flop RS sincronizado.

Plan

Tabla de verdad de flip flop

oscilador electronico

Un oscilador electrónico es un circuito electrónico que produce señales oscilantes periódicas. Un oscilador convierte la corriente continua de una fuente de alimentación en una señal de corriente alterna.

Un oscilador es un amplificador que proporciona retroalimentación con una señal de entrada. Es un dispositivo no giratorio para producir corriente alterna. Se debe devolver suficiente energía al circuito de entrada para que el oscilador se maneje a sí mismo. La señal de retroalimentación en el oscilador es regenerativa.

Los osciladores electrónicos se clasifican en dos categorías.

• Oscilador sinusoidal o armónico
• Oscilador no sinusoidal o de relajación

Oscilador sinusoidal o armónico

Los osciladores que producen una salida de onda sinusoidal se denominan osciladores de onda sinusoidal. Estos osciladores pueden proporcionar salida a frecuencias que van desde 20 Hz a GHz. Según el material o los componentes utilizados en el oscilador, los osciladores de onda sinusoidal se clasifican en cuatro tipos

• Oscilador de circuito sintonizado
• oscilador RC
• Oscilador de cristal
• Oscilador de resistencia negativa

Oscilador no sinusoidal o de relajación

Los osciladores no sinusoidales proporcionan una salida en forma de onda cuadrada, rectangular o de diente de sierra. Estos osciladores pueden proporcionar salida a frecuencias que van desde 0 a 20 MHz.

Ejemplos de circuitos lógicos secuenciales

A continuación se analizan ejemplos de circuitos lógicos secuenciales.

relojes

Los cambios de estado de la mayoría de los circuitos secuenciales ocurren en momentos especificados por señales de reloj libres. Como sugiere el nombre, los circuitos lógicos secuenciales requieren un medio por el cual se puedan secuenciar los eventos.

Los cambios de estado son controlados por relojes. Un "reloj" es un circuito especial que envía pulsos con un ancho de pulso preciso y un intervalo preciso entre pulsos consecutivos. El intervalo entre pulsos consecutivos se denomina tiempo de ciclo de reloj. La velocidad del reloj normalmente se mide en megahercios o gigahercios.

Chancletas

El componente básico del circuito combinatorio tiene puertas lógicas, mientras que el componente básico de un circuito secuencial es un flip-flop. El flip-flop tiene un uso mejor y más amplio en registros de desplazamiento, contadores y dispositivos de memoria. Es un dispositivo de almacenamiento capaz de almacenar un bit de datos. El flip flop tiene dos entradas y dos salidas denominadas Q y Q'. Es normal y complementario.

Bi-Estables

En la mayoría de los casos, los biestables se indican mediante un cuadro o un círculo. Las líneas dentro o alrededor de los biestables no solo los marcan como biestables, sino que también indican cómo funcionan. Los biestables son de dos tipos de pestillo y palanca. Los biestables tienen dos estados estables, uno es SET y el otro es RESET. Pueden conservar cualquiera de estas etapas indefinidamente, lo que las hace útiles para fines de almacenamiento. Los pestillos y los interruptores son diferentes en la forma en que pasan de un estado a otro.

Contadores

Un contador es un registro que recorre una secuencia predeterminada de estados cuando se aplican pulsos de reloj. Desde otro punto de vista, un contador es una especie de circuito secuencial cuyo diagrama de estado es un solo ciclo. En otras palabras, los contadores son un caso especial de una máquina de estados finitos. La salida suele ser un valor de estado.

Hay dos tipos de contadores: contadores asíncronos (contador Ripple) y el otro es contadores síncronos. El contador asíncrono es la señal de reloj (CLK), que simplemente se usa para sincronizar el primer FF. Cada FF (excepto el primer FF) está cronometrado por el FF anterior. El contador síncrono es la señal de reloj (CLK) que es funcional para todos los FF, lo que significa que todos los FF comparten la misma señal de reloj. Por lo tanto, la salida cambia al mismo tiempo.

Registros

Los registros son circuitos secuenciales cronometrados. Un registro es una colección de flip-flops; cada flip-flop es capaz de almacenar un bit de información. Un registro de n bits consta de n flip-flops y es capaz de almacenar n bits de información. Además de flip-flops, un registro suele contener lógica combinatoria para realizar algunas tareas sencillas. Los flip-flops contienen información binaria. Gates para determinar cómo se desplaza la información en el registro. Los contadores son un tipo especial de registro. Un contador pasa por una secuencia predeterminada de estados.

Recuerdos

Los elementos de la memoria pueden ser cualquier cosa que cree un valor pasado disponible para algún dispositivo de tiempo futuro que pueda contener un valor binario. Los elementos de memoria suelen ser flip-flops. La salida de memoria que se considera el "estado actual" de un circuito es una etiqueta digital. El estado incluye toda la información sobre el pasado necesaria para definir la salida actual.

Diferencias entre circuitos lógicos combinatorios y secuenciales

La diferencia entre los circuitos lógicos combinatorios y secuenciales se muestra a continuación.

circuitos combinatorios	circuitos secuenciales
El circuito cuya salida, en cualquier instante inmediato, depende únicamente de la entrada presente en ese instante se denomina circuito combinatorio.	El circuito cuya salida en cualquier momento inmediato depende no solo de la entrada presente sino también de la salida pasada, se llama circuito secuencial.
Este tipo de circuitos no tienen una unidad de memoria.	Estos tipos de circuitos tienen una unidad de memoria para almacenar la salida anterior.
Es más rápido.	es mas lento
Estos son fáciles de diseñar.	Estos son difíciles de diseñar.
Ejemplos de circuitos combinatorios son medio sumador, sumador completo, comparador de amplitud, multiplexor, demultiplexor, etc.	Ejemplos de circuitos secuenciales son flip-flops, registros, contadores, relojes, etc.

Aplicaciones

El principal aplicaciones de un circuito logico secuencial somos,

• Como contador, registro de desplazamiento, flip-flops.
• Se utiliza para construir la unidad de memoria.
• Como dispositivos programables (PLD, FPGA, CPLD)

Se trata de una descripción general de los circuitos lógicos secuenciales. Los circuitos secuenciales son los circuitos, donde el valor inmediato de las salidas depende de los valores inmediatos de las entradas y también de los estados en los que se encontraban antes. Contienen bloques de memoria para almacenar el estado anterior del circuito.

Además, para cualquier consulta relacionada con este artículo o cualquier ayuda para implementar proyectos eléctricos y electrónicos, puede comunicarse con nosotros comentando en la sección de comentarios a continuación. Aquí hay una pregunta para ti, ¿Qué son los circuitos secuenciales?