1

2سخت افزار جلسه هفتم جلسه هفتم

214

مدارهاي تركيبي كه بودند تركيبي منطقي مدارات ديديم كه مداراتي تمام كنون تا•

ا د افظه اي ن ه نداشت د آن .نداشت وجود آنها در حافظه اي عنصر هيچ يك به منجر يكسان ورودي يك تركيبي منطقي مدارات در•

.مي شود خروجي ورودي هر آن در كه.مي باشد توابع عملكرد مشابه وضعيت اين•

.مي كند توليد خروجي يك تنها .مي كند توليد خروجي يك تنها

وروديتركيبيمدارهاي خروجي

2

مدارهاي منطقي ترتيبي

ورودي به تنها خروجي كه تركيبي منطقي مدارهاي مقابل در•تيب منطق مدارهاي در داشت بستگ وج ت به تنها نه خروجي ترتيبي منطقي مدارهاي در داشت بستگي به تنها نه خ

نيز حافظه فعلي مقدار يا و مدار فعلي حالت به بلكه ورودي.دارد بستگي

اعمال كه چرا مي كند دشوار را مدار عملكرد درك موضوع اين• منجر )حافظه در شده ذخيره مقدار به بسته( مي تواند خروجي يكوج توليد به دد متفاوت هاي خ .گردد متفاوت هاي خروجي توليد به گ

.كند تغيير ورودي مقدار به بسته مي تواند نيز حافظه محتويات• هاي روش به مدارات اين طراحي و تحليل و تجزيه براي•

تركيبي مدارات در استفاده مورد هاي روش بر عالوه ديگري.نيازمنديم

مدارهاي ترتيبي همزمانقسمت ترتيبي شامل . يك سيستم ديجيتالي شامل مدارهاي تركيبي و ترتيبي است

.است) حافظه(المانهاي ذخيره سازي

feedback path

زي ير ي ه

ه شده در المانهاي حافظه نشان دهنده حالت مدار در ه ي ذخ اطالعات باينري ذخيره شده در المانهاي حافظه نشان دهنده حالت مدار در هر اطالعات باين.لحظه از زمان هستند

مقدار خروجيها و حالت بعدي مدار از روي مقدار وروديها و حالت فعلي مدار .تعيين مي گردند

3

مدارهاي ترتيبي همزمانمدارهاي ترتيبي همزمان از سيگنال مخصوصي استفاده مي كند كه مقدار المانهاي

.اي از زمان تغيير مي دهد گسستهحافظه را در فواصل ل و ر ي ر يير ن ز ز .ي

استفاده كالكبراي حصول همزماني، از يك دستگاه زماني به اسم توليد كننده .مي شود كه دنباله اي از پالسهاي كالك را توليد مي كند

فليپ فالپدر مدارهاي ترتيبي كه از كالك استفاده مي كنند به المانهاي حافظه يند گ .ميگويندم

فليپ فالپ يك دستگاه ذحيره سازي دودويي است كه قادر به ذخيره يك بيت .اطالعات است

مدارهاي ترتيبي همزمان با كالك

خروجيها مي توانند از قسمت تركيبي مدار يا از فليپ فالپها و يا از هر دو . قسمت گرفته شوند

. فليپ فالپها ورودي خود را از قسمت تركيبي مدار و كالك دريافت مي كنندو يا سطوح ) باالرونده يا پايين رونده(حالت فليپ فالپها فقط در لبه هاي كالك

.تغيير مي كند) 0يا 1(كالك

4

مثالهائي از مدارات منطقي ترتيبي منطقي مدارات از متعددي مثالهاي مي توان روزمره زندگي در

:يافت ترتيبي به كه دارد بستگي اين به آسانسور توقف همچنين و حركت جهت.مي بينيم ترتيبي چه به طبقه كدام را كليدها كدام ترتيبراه چهار سر در راهنمايي چراغ

هاي مدار از متنوعي و متفاوتي مثالهاي نيز كامپيوتر دنياي در هاي مدار از متنوعي و متفاوتي مثالهاي نيز كامپيوتر دنياي دردارد وجود ترتيبي

ها شمارندهسازي ذخيره عناصر

حافظه چيست؟:خصيصه داشته باشد 3حداقل بايد RAMحافظه يك

.حافظه بايد قادر به ذخيره سازي يك مقدار باشد1.

عمليات (بايد به توان مقدار ذخيره شده در حافظه را بازيابي كرد2.ن).خواندن )و

.بايد بتوان مقدار ذخيره شده را تغيير داد3.

5

طرح اوليه يك سلول حافظه حلقه يك توسط كه است مداري از استفاده اطالعات سازي ذخيره ايده.مي كند وصل ورودي به را خروجي ك ل ا خ

.نمي كند تغيير هرگز مقدار اين كه چرا مي شود، ذخيره Q مقدار مدار اين در .نمي كند تغيير هرگز مقدار اين كه چرا مي شود، ذخيره Q مقدار مدار اين در براي ورودي گونه هيچ كه چرا داد تغيير راQ مقدار نمي توان مدار اين در

.ندارد وجود تغيير

لچ ها عنصر . لچ ها از انواع اصلي فليپ فالپها هستند و با سطوح كالك كار مي كنند.اصلي تشكيل دهنده انواع فليپ فالپها هستند

Latches لچ ها

undefined state

. هستند و لچ حالت خود را حفظ مي كند 0در شرايط عادي، هر دو ورودي لچ . خواهد شد Q=1خواهد رفت يعني setبشود لچ به حالت S=1,R=0اگر . خواهد شد Q=0خواهد رفت يعني resetبشود لچ به حالت S=0,R=1اگر

.است Qهميشه معكوس ’Qخروجي

6

بايد عالوه بر مشاهده ’Q,Qچگونگي تغييرا ت در براي درك ’ نيز ’QوQبايد خروجي هاي جاري RوSوضعيت ورودي هاي

.لحاظ شوند

Qبعدي = (R + Q’ ’(فعلي

Q’ بعدي = (S + Qفعلي)’

RS=00حالت شده گذاشته نمايش بهR وS مقادير حسب بر خروجي تغييرات زير در

.استاستباشند؟0 برابرRوS هاي ورودي كه صورتي در مي افتد اتفاقي چه صورت بهRS لچ مشخصه معادلة RوS جاي به مقادير اين جايگزيني با

:مي آيد در زيرQ بعدي = (R + Q’ فعلي)’Q’ بعدي = (S + Q فعل)’

Q بعدي = (0 + Q’ ’(فعلي = Q فعليQ’ بعدي = (0 + Q فعلي)’ = Q’ فعلي

Q بعدي ( Q (فعلي

7

قبلي خود را حفظ مقدار ’Qو Qمقدار RS=00بنابراين زماني كه . مي كند ك

اين دقيقاً همان چيزي است كه ما براي ذخيره مقدار در لچ بدان نياز .داشتيم

RS=01ست كردن لچ توسط حالت

است حالت و خروجي لچ به چه مقداري تغييـر R=0وS=1حالتي كه در ؟ پيدا مي كند؟ا ك

، مقـدار Qمي باشد، بدون توجه به مقدار فعلـي S=1از آنجايي كه مقدار .برابر با صفر خواهد بود Qبعدي

Q’next = (1 + Qcurrent)’ = 0

ا ا ا NOR گ ’Qا ا ال ا ا االئ

Qnext = (R + Q’current)’Q’next = (S + Qcurrent)’

باالئي مدار مزبور انتقـال پيـدا NORبه گيت Qمقدار جديد بنابراين اين ــد ــور NORاز آنجــايي كــه ورودي ديگــر .مــي كن ــدار Rمزب اســت و مق

R=0بنابراين.است :QNext = (0 + 0)’ = 1

8

Qnext=1و Q’next=0آنگاه RS=01وقتي بنابراين

ا ا ا ال ك S ا ا Qا 1 ا به .مي شود1نيز برابر با Qمقدار S=1در اين حالت دبديم كه با قرار دادن .مي گويند RSلچ ست كردن اين عمل

مـي شـود تـا زمـاني كـه S=1توجه كنيد توليـد خروجـي از زمـاني كـه Qقدا ل ط ش 1= ت ( ش ) تاخ گ ).دو تاخير گيت (مي شود در دو مرحله طي مي شود Qnext=1مقدار

مي شود،خروجي ديگر تغيير نمي كنـد بـه ايـن 1برابر با Qnextاما زماني كه .مي گويندحالت پايدار حالت يك

تاخيرات لچ هانمودار زماني ابزار مناسبي براي درك عملكرد يك

مدار ترتيبي مي باشدنگ نغ ان چگ دا ز ك ن ل قا د شكل

Qnext = (R + Q’current)’Q’next = (S + Qcurrent)’

در شكل مقابل يك نمودار زماني چگونگي نغييـر .است RS=10خروجي با اعمال ورودي

فرض كنيد مقدار اوليه خروجي هـا برابـر باشـند بـا 1.Q=0وQ’=1

بعد از يك گيت تـاخير 0به1از ’Qو S=1وقتي كه 2..تغيير پيد مي كند

S

0 1 2 3 4

ــر در 3. ــن تغيي ــا ورودي ’Qاي ــراه ب باعــث R=0همتغييـر 1بعد از يك گيت تاخير ديگر به Qمي شود كه .مقدار دهد

بعد از اين لچ به حالت پايدار خود مي رسد تا زمانيكه 4..تغيير پيدا كنند RوSدوباره

S

R

Q

Q’

9

RS=01لچ با مقدار ريست كردن

برابــر بــا چــه مقــداري مــي گــردد ’QQمقــدار شود؟RS=01اگر

بدون توجه به Qnextومقدار R=1از آنجائي كه : است بنابراين 0برابر Qcurrentمقدار

Qnext = (1 + Q’current)’ = 0

د د قدا ا ا ن د NORه Qنا ائ

Qnext = (R + Q’current)’Q’next = (S + Qcurrent)’

پـائيني در NORبـه Qبنابراين اين مقدار جديد :است پسS=0مدار فوق مي رودو از آنجائي كه

Q’next = (0 + 0)’ = 1

Q’next=1و Qnext=0نتيجه در RS=10بنابراين وقتي

نام گذاري حرف .ويا پاك كردن مي گويند ريسترا Qصفر كردن خروجي R ورودي كه از كلمهReset گرفته شده است نماينگر اين واقعيت است كه. عمل ريست صورت مي گيرد Sبودن 0و Rشدن 1با

در اينجا بر مشاهده تغييرات از زمان اعمال ورودي تا مشاهده خروجي گيت تاخير وجود دارد2نهايي

10

حافظه بجاي سلول هاي RSاستفاده از لچ هاي

مشاهده جدول روبه رو مشخص مي شود كه با خروجي RSمي توان با تغيير در ورودي هاي

ا گذا ا S R Q0 0 No changeرا ست ،ريست و بدون تغيير باقي مي گذارد.

در هر لحظـه بيـانگر داده ذخيـره Qخروجي به اين مقدار معموالً حالت .شده در لچ مي باشد

.لچ گفته مي شودبا باز نويسي جدول فـوق بـه صـورت شـكل

0 0 No change0 1 0 (reset)1 0 1 (set)

Inputs Current NextS R Q Q’ Q Q’0 0 0 1 0 10 0 1 0 1 مقابل مي توا ن مشاهده كرد كه مقدار خروجـي 0

بـه مقـدار RSدر هر لحظه عالوه بـر مقـادير .دارد نيز بستگي ’Qو Qفعلي

0 0 1 0 1 00 1 0 1 0 10 1 1 0 0 11 0 0 1 1 01 0 1 0 1 0

هاي ترتيبي جزء پايه مدار RSلچ

توجــه داشــته باشــيد كــه در صــورتيكه RS=00 باشد مقدار بعـديQ بـه مقـدار

ا گ ل آ ف

S R Q0 0 No change0 1 0 (reset)فعلي آن بستگي دارد.

در دو زمان RSبنابر اين با اعمال ورودي متفاوت اسـت Qمتفاوت كه در آن مقدار

مي توان خروجي هاي متفـاوتي دريافـت اش

Inputs Current NextS R Q Q’ Q Q’0 0 0 1 0 10 0 1 0 1 0

1 0 1 (set)

.داشت

حالت توصيف شـده بـا رفتـار مـدارهاي است تركيبي كامالً متفاوت

0 0 1 0 1 00 1 0 1 0 10 1 1 0 0 11 0 0 1 1 01 0 1 0 1 0

11

RS=11در حالت خروجي لچ

باشد هـر دو خروجـي RS=11حالتي كه در QnextوQ’next صفر مي شود . Qnext = (R + Q’current)’

Q’next = (S + Qcurrent)’

0

بايـد ’QوQاين حالت متنـاقض اينسـت كـه .مكمل يكديگر باشند

مشكل ديگري كه مي تواند بوجود آيد اينسـت ت ن حال ر در اي اد اگ كه چه اتفاق م افت

0

0

0

0

كه چه اتفاقي مـي افتـاد اگـر در ايـن حالـت RS=00 شود.

Qnext = (0 + 0)’ = 1Q’next = (0 + 0)’ = 1

0

0

1

1

RS=11خروجي لچ در حالت

باز مي گردندودر مرحله ي بعدي ما NORگيت اين مقادير جديد به ا ا :خواهيم داشتخ

Qnext = (0 + 1)’ = 0

Q’next = (0 + 1)’ = 0next ( )

به ترتيب 1و0مدار در يك حلقة بينهايت مي افتد كه در آن خروجي ها بين .تغيير پيدا مي كنند

12

NANDبا گيت SRلچِ

undefined state

ت SRل ا NANDا گ ف گنال د ك الت ق تغ وقتي تغيير حالت مي دهد كه سيگنال صفر را روي NANDبا گيت SRلچ . ورودي ببيند

با گيت SRلچ نسبت به NANDبا گيت SRلچ مقادير خروجيها براي NOR مكمل هستند .

با ورودي كنترل SRلچِ

.مشخص مي كند كه چه موقع حالت لچ تغيير مي كند Cورودي كنترل ثابت باقي مي مانند، 1در ) طبقه اول( NANDاست خروجي گيتهاي C=0وقتي

.لذا حالت لچ هيچ تغييري نمي كندSوقتي = 0, R = 0, C .تغييري نمي كندهيچ باشد، حالت لچ 1 =Sوقتي = 1, R = 0, C .مي رود setباشد، لچ به حالت 1 =Sوقتي = 0, R = 1, C .مي رود resetباشد، لچ به حالت 1 =

13

Dلچِ

خالف لچ حالت نامشخص ندارد D، لچ SRب .حالت نامشخص ندارد D، لچ SRبرخالف لچ Dاگر = x, C= 0 باشد حالت لچ به تغييري نمي كند.Dاگر = 1, C= 1 باشد لچ به حالتset مي رود .Dاگر = 0, C= 1 باشد لچ به حالتreset مي رود .

سمبلهاي لچها

14

تغيير وضعيت فليپ فالپها:فيلپ فالپها ممكن است در يكي از حالتهاي زير تغيير وضعيت دهند

(a) تغيير وضعيت در سطح(b) اال ض ل غ (b) تغيير وضعيت در لبه باالرونده(c) تغيير وضعيت در لبه پايين رونده

فليپ فالپمي توان گفت كه فليپ فالپ نوعي از لچ است كه فقط هنگام تغيير آني سيگنال

الت دهد ل تغ .كنترل تغيير حالت مي دهدكنت

اصطالحا مي گويند كه فليپ . به اين تغيير آني سيگنال كنترل تريگر مي گويند. فالپ تريگر شده است

ل Dثال ل ال ك گ ق ا 1فل فال ا ك گ گ ش شود تريگر مي گردد، يا 1فليپ فالپي است كه وقتي سيگنال كنترل Dمثال لچ تا وقتي كه كنترل يك باشد تغييرات . اصطالحا به سطح مثبت حساس است

. ورودي روي خروجي مشاهده خواهد شد

15

متبوع-فليپ فالپ تابع

از دو عدد فليپ فالپ ساخته مي شود و يكـي بصـورت اربـاب و ديگـري .بصورت برده كار مي كند

استفاده از اين نوع فليپ فالپها باعث مي شود كه خروجي همه فليپ فالپهـا .همزمان با هم انجام شوند

در لبه باالرونده يكي از فليپ فالپها تغيير ميكنـد و در لبـه پـايين رونـده، .منتقل مي شود) خروجي(تغييرات به فليپ فالپ دوم

فليپ فالپ حساس به لبه

لذا، لچ تابع فعال . است 1است خروجي معكوس كننده برابر 0وقتي كه كالك در اين هنگام لچ رييس . است (Y)برابر با خروجي لچ رييس Qشده و خروجي . غير فعال است. غير فعال استلذا . مي گردد، لچ رييس فعال و لچ تابع غير فعال مي گردد 1وقتي كه كالك

تغييري Qاما خروجي . ظاهر مي شود (Y)روي خروجي لچ رييس Dورودي . نمي كند

نمونه مي گيرد و متناسب با آن Dلذا اين مدار در لبه منفي كالك از ورودي . خروجي را تغيير مي دهد

16

فليپ فالپ راه اندازي شونده با لبه

گ از آن براي همزمان كردن تغييرات حالت در طي يك گذار پـالس اسـتفاده آ.مي شود

وقتي . گذارهاي خروجي در يك تراز مشخص از پالس ساعت رخ مي دهدتراز ورودي پالس بر اين تراز آستانه پيشي مي گيـرد، وروديهـا در انتظـار

بـاز مـي گـردد و 0قرار مي گيرند وبنابراين، تا زماني كه پالس سـاعت بـه پالس ديگري رخ دهد، فليپ فالپ به تغييـرات بيشـتر در وروديهـا، غيـر

.حساس مي گردد

فليپ فالپ حساس به لبه مثبت

•If D = 0 when CLK R 0, Q = 0: ‘reset state’•If D changes while CLK is high flip-flop will not respond to the change.•When CLK , R 1, flip-flop will be in the same state (no change in output).•If D = 1 when CLK , S 0, Q = 1: ‘set state’

17

سمبلهاي گرافيكي فليپ فالپهاي حساس به لبه

موثرترين و اقتصادي ترين فليپ فالپي كه ساخته شده است فليپ زيرا گيتهاي مورد نياز براي ساخت آن . حساس به لبه است Dفالپ

.مينيمم است

JKفليپ فالپ

.مي باشد RSبسيار شبيه به فليپ فالپ .رفع اشكال شده است RSحالت نامعين فليپ فالپ

براي پاك كردن فليپ فـالپ بكـار Kبري ست كردن و ورودي Jورودي .مي رود

با هم يك شوند، خروجي به حالت مكمل خـود Kو Jاگر هر دو ورودي ي ورو و ر وور ل ب روجي و ي م ب.مي رود

.برابر با صفر باشند، خروجي بدون تغيير مي ماند Kو Jاگر هر دو ورودي

18

JKفليپ فالپ

كردن و معكوس كردن resetو setقابليت JKفليپ فالپ كردن و معكوس كردن resetو setقابليت JKفليپ فالپ . خروجي خود را دارد

. خواهد شد 1باشد خروجي فليپ فالپ J=1اگر فقط ورودي . خواهد شد 0باشد خروجي فليپ فالپ K=1اگر فقط ورودي

. شوند خروجي معكوس خواهد شد 1اگر هر دو

JKفليپ فالپ

QKJQD ''+=

= Jاگر 1 , K = 0 ،باشدD = 1 خواهد شد 1در لبه بعدي كالك خروجي و است.= Jاگر 0 , K = 1 ،باشدD = 0 خواهد شد 0در لبه بعدي كالك خروجي است و.= Jاگر 1 , K = 1 ،باشدD = Q’در لبه بعدي كالك خروجي معكوس خواهد شداست و= Jاگر 0 , K = 0 باشدD = Q در لبه بعدي كالك خروجي تغييري نخواهد كرداست و.

19

Tفليپ فالپ

.است JKيك زيرگروه تك ورودي از فليپ فالپ بهم وصل شوند، فليپ JKفليپ فالپ Kو Jاگر هر دو ورودي

..ساخته مي شود Tفالپ

برابر با يك باشد، در هر پـالس سـاعت خروجـي Tاگر ورودي ل ك ا .يكبار مكمل مي شودك

فليپ فالپ برابر با صـفر باشـد، خروجـي فليـپ Tاگر ورودي .فالپ ثابت و بدون تغيير مي ماند

يك باشد، اين فليپ فالپ خروجي خود را در Tاگر ورودي فليپ فالپ .لبه بعدي كالك عوض مي كند

Tفليپ فالپ

Tاگر Dيعني 0 = = Q و خروجي تغييري نمي كند.Tاگر Dيعني 1 = = Q’ و خروجي در كالك بعدي

.تغيير مي كند

QQTD =⊕=

'QQTD =⊕=

20

J K Q(t+1)0 0 Q( ) Q(t) = حالت فعل

جدول مشخصات فليپ فالپها و معادالت آنها

0 0 Q(t) بدون تغيير0 1 0 Reset1 0 1 Set1 1 Q’(t) معكوس T Q(t+1)

0 Q(t) بدون تغيير1 Q’(t) معكوسQKJQtQ '')1( +=+

Q(t) حالت فعليQ(t+1) = حالت بعدي

D Q(t+1)0 0 Reset1 1 Set

DtQ =+ )1(

QTTQQTtQ '')1( +=⊕=+