Table of Contents
Sekvenční logické obvody (SKO)
Sekvenční obvody jsou na rozdíl od kombinačních obvodů schopné uchovávat stav (paměť). Jejich výstup tedy závisí nejen na aktuálních vstupech, ale i na předchozím stavu.
Základní struktura sekvenčního obvodu:
- paměťový prvek (klopný obvod)
- kombinační logika, která určuje přechody mezi stavy
Mezi základní klopné obvody patří RS, JK, D a T.
Podle řízení rozlišujeme:
- asynchronní obvody – změna stavu není řízena hodinovým signálem (typicky RS, někdy D latch)
- synchronní obvody – změna nastává pouze při hodinovém impulzu (CLK)
Paměťové členy
RS klopný obvod
RS (Reset-Set) je nejjednodušší paměťový prvek, realizovaný typicky pomocí dvojice hradel NAND nebo NOR.
Vstupy:
- S (Set) – nastaví výstup Q na 1
- R (Reset) – nastaví výstup Q na 0
Obvod obsahuje zakázaný stav, kdy jsou oba vstupy aktivní současně.
| S | R | $Q_n$ | $Q_{n+1}$ |
|---|---|---|---|
| 1 | 0 | x | 1 |
| 0 | 1 | x | 0 |
| 0 | 0 | $Q_n$ | $Q_n$ |
| 1 | 1 | $Q_n$ | ? |
JK klopný obvod
JK obvod rozšiřuje RS obvod a odstraňuje zakázaný stav.
Vlastnosti:
- J = 1 → nastaví Q = 1
- K = 1 → nastaví Q = 0
- J = K = 1 → invertuje stav (toggle)
Změna nastává pouze při hraně hodinového signálu.
| J | K | CLK | $Q_n$ | $Q_{n+1}$ |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 0 | $\uparrow$ | x | 1 |
| 0 | 1 | $\uparrow$ | x | 0 |
| 0 | 0 | $\uparrow$ | $Q_n$ | $Q_n$ |
| 1 | 1 | $\uparrow$ | $Q_n$ | $\overline{Q_n}$ |
| x | x | 0/1 | $Q_n$ | $Q_n$ |
D klopný obvod
D (Data) klopný obvod přenáší hodnotu ze vstupu D na výstup Q při aktivní hraně hodinového signálu.
Platí:
- při $\uparrow CLK$ → $Q_{n+1} = D$
Varianta bez hodin (Latch):
- řízena vstupem EN
- výstup kopíruje vstup po dobu aktivního EN
T klopný obvod
T (Toggle) klopný obvod slouží k překlápění stavu.
Platí:
- T = 1 → při hodině dojde k invertování stavu
- T = 0 → stav se nemění
Použití: zejména v čítačích.
Sekvenční obvody
Sekvenční obvody mění svůj stav v závislosti na čase (typicky podle hodinového signálu).
Patří sem například:
- čítače a děličky kmitočtu
- registry
- posuvné registry
- paměti
- mikroprocesory
Čítače
Čítače dělíme na:
- Asynchronní (ripple)
- výstup jednoho klopného obvodu řídí další
- jednoduché zapojení
- nevýhoda: zpoždění mezi bity
- Synchronní
- všechny klopné obvody mají společný CLK
- rychlejší, ale složitější (nutná kombinační logika)
Princip přenosu (carry):
- vyšší bit se mění, pokud všechny nižší bity jsou 1
- např. pro 3 bity: přechody při 1, 3, 7, …
Základní rozsah čítače:
- $2^n$ stavů (počítá od 0 do $2^n - 1$)
Zkrácený čítač (např. BCD 0–9):
- využívá asynchronní reset
- při dosažení určité hodnoty se vynuluje
Registry
Registry slouží k uchování vícebitové informace (např. 8 nebo 16 bitů).
Realizace:
- složené z D klopných obvodů
- synchronní nebo asynchronní (Latch)
Rozdíl:
- Latch – citlivý na úroveň (EN)
- Flip-flop – citlivý na hranu (CLK)
Použití:
- uchování dat
- adresové registry
- vnitřní registry procesoru
Posuvné registry
Posuvné registry posouvají data o jeden bit při každé hodinové hraně.
Vlastnosti:
- realizace pomocí řetězce klopných obvodů
- převod mezi sériovým a paralelním rozhraním
Příklady:
Použití:
- komunikace (SPI, USART, I²C)
- rozšíření počtu vstupů/výstupů