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Circuiti Sequenziali
Circuiti Sequenziali I circuiti sequenziali sono circuiti nei quali le uscite dipendono dalla combinazione delle variabili logiche presenti nello stesso istante all’ingresso e dalla storia passata degli ingressi Essi realizzano: • Macchine a stati finiti Essi contengono: • Elementi di memoria • Reti combinatorie Luigi Zeni DII-SUN Elettronica dei Sistemi Digitali Macchine a stati finiti Ingressi Rete logica Memoria stato precedente Luigi Zeni DII-SUN Elettronica dei Sistemi Digitali Rete logica Uscite Flip-Flop SR S Q (a) Realizzazione con porte NOR Q R S Q (b) Realizzazione con porte NAND R Q •Esistono problemi quando S e R sono entrambi alti (a: uscite basse) o entrambi bassi (b: uscite alte) •Sorgono problemi quando S e R variano contemporaneamente Luigi Zeni DII-SUN Elettronica dei Sistemi Digitali Ambiguità di comportamento del Flip-Flop SR a NOR S R Q Q Funzionamento Metastabilità corretto Il Flip-Flop a porte NOR fornisce lo stato precedente se S e R sono entrambi bassi Fornisce lo stato corrispondente al segnale di durata maggiore se S e R sono entrambi alti e tornano bassi in tempi diversi Produce una uscita non prevedibile quando S e R sono entrambi alti e poi tornano bassi quasi simultaneamente Luigi Zeni DII-SUN Elettronica dei Sistemi Digitali Flip-Flop sincronizzati S Q Clock R SR sincronizzato Q S Risolve il problema della variazione contemporanea di S e R R Clock Q Q Luigi Zeni DII-SUN Elettronica dei Sistemi Digitali Non risolve il problema della ambiguità se S e R sono entrambi alti. N.B. tornano bassi contemporaneamente quando il clock si abbassa Realizzazione circuitale di un Flip-Flop sincronizzato V C C AND Q S Adattatore di livello Clock Q R NOR L’adattatore di livello consente di pilotare la base con VCC Il multiemettitore implementa la AND dei due ingressi Luigi Zeni DII-SUN Elettronica dei Sistemi Digitali Flip-Flop sincronizzati J Q Flip-Flop JK Clock Q K J Risolve il problema della variazione contemporanea di R e S (J e K) K Clock Q Q 2τ 2τ p p 3τ p Luigi Zeni DII-SUN Elettronica dei Sistemi Digitali Risolve il problema della ambiguità se S e R (J e K) sono entrambi alti, però va in oscillazione se il clock dura troppo ( > 3τp ) Possibili soluzioni del problema delle oscillazioni nel Flip-Flop JK J Q Flip-Flop JK con porte NAND Clock K Q Ritarda i segnali di retroazione dando tempo al clock di abbassarsi. E’ sufficiente che il clock abbia una durata compresa tra 2τp e 4 τp per evitare le oscillazioni multiple e uno stato impredicibile quando il clock si abbassa. Luigi Zeni DII-SUN Elettronica dei Sistemi Digitali Possibili soluzioni del problema delle oscillazioni nel Flip-Flop JK 2 X 1 3 4 Y4 Clock Y1 X t Y4 t Y1 t Clock t τp Questo circuito fissa la durata del clock a 3τp Ovviamente occorre utilizzare porte realizzate con la stessa tecnologia di quelle del Flip-Flop in modo da avere lo stesso ritardo τp Luigi Zeni DII-SUN Elettronica dei Sistemi Digitali Flip-Flop Master-Slave JK J M Q Clock K M Q Viene comandato dalle transizioni negative del clock (edge-triggered) eliminando il problema della durata dell’impulso di clock stesso. La retroazione avviene tra le uscite dello slave e gli ingressi del master Il corretto funzionamento richiede che la fase alta del clock duri abbastanza da consentire il settaggio del master e che il ritardo dello invertitore sulla linea del clock sia minore di quello del master Luigi Zeni DII-SUN Elettronica dei Sistemi Digitali Flip-Flop D con master-slave D Clock Q D Q K Q CK Q J D Clock Q Segnali asincroni Segnali sincroni L’uscita Q segue il dato D con un ritardo τ quando il clock diventa basso. Se il clock è asincrono rispetto a D il ritardo può variare da 0 al periodo del clock. Se il clock è sincrono il ritardo è pari al periodo del clock e l’uscita dura quanto il segnale D Luigi Zeni DII-SUN Elettronica dei Sistemi Digitali Flip-Flop T (Toggle) con master-slave T Clock J Q T Q K Q CK Q T Clock Q Quanto T è alto l’uscita Q si inverte ad ogni discesa del clock Quando T è basso l’uscita resta inalterata E’ un contatore binario Luigi Zeni DII-SUN Elettronica dei Sistemi Digitali Registro a scorrimento D Q D Q D Q D Q 1 2 3 4 D Clock Q1 Q2 Q3 Q4 Registro a scorrimento a quattro stadi Luigi Zeni DII-SUN Elettronica dei Sistemi Digitali Registro a scorrimento con ricircolazione (contatore ad anello) B D Q En D D Q D Q D Q A Clock Se l’abilitazione En è bassa la parola immagazzinata circola presentandosi in uscita in maniera seriale cadenzata dal clock Se l’abilitazione En è alta si disabilita il ricircolo e può essere memorizzato un nuovo dato D Luigi Zeni DII-SUN Elettronica dei Sistemi Digitali Contatore modulo k T=1 T Q T Q T Q T Q Clock 1 2 3 4 Clock Contatore modulo 24 = 16. La parola ritorna uguale dopo 16 colpi di clock Q1 Q2 Q3 Ad ogni colpo di clock il primo Flip-Flop cambia stato. Quelli successivi al primo cambiano stato quando l’uscita dello stadio precedente si abbassa. Luigi Zeni DII-SUN Elettronica dei Sistemi Digitali
