29.1 Последовательностные цифровые устройства

Кроме комбинационных устройств, рассмотренных ранее, существует класс цифровых устройств, в которых при одинаковых воздействиях на входе, на выходе автомата могут возникать различные выходные состояния. Состояние выхода такого устройства зависит не только от того, какие сигналы присутствуют на его входах в данный момент времени, но и от того, какие последовательности сигналов поступали на входы устройства в предшествующие моменты времени, т.е. как говорят, автомат помнит свою предысторию и хранит ее в памяти. Поэтому такие устройства называют последовательностными или автоматами с памятью.

Последовательностные цифровые устройства (ПЦУ) – это цифровые устройства, у которых состояние выходов зависит не только от состояния входов в текущий момент времени, но и от состояния входов в предыдущие моменты времени, то есть ПЦУ обладает памятью.

Для описания последовательностного автомата с памятью, помимо состояний входов X(t) и выходов Y(t), необходимо также знать состояние памяти автомата, как говорят, его внутреннее состояние S(t), определяемое совокупностью состояний всех элементов памяти.

В общем виде последовательностный автомат с памятью рассматривается состоящим из двух частей: комбинационного цифрового устройства (КЦУ) и памяти, состоящей из элементов памяти (ЭП) (рисунок 29.1). В качестве элементов памяти могут быть применены как однобитовые элементы памяти (различные типы триггеров), так и многобитовые (многоразрядные) цепочки триггеров.

Функционирование (т.е. изменение состояния устройства) многотактного автомата происходит в дискретные моменты времени, ход которого обозначается натуральными числами t = 1, 2, 3 и т.д. В каждый момент дискретного времени t автомат находится в определенном состоянии S(t), воспринимает через входы соответствующую данному моменту комбинацию входных переменных X(t), выдает на выходах некоторую функцию выхода Y(t), определяемую как Y(t) = f(S(t),X(t)), и переключается в новое состояние S(t+1), которое определяется функцией переходов j как S(t+1)= j ( S(t),X(t)).

Рисунок 29.1 – Структурная схема последовательностного

цифрового устройства

Закон функционирования последовательностных автоматов может задаваться в виде уравнений, таблиц и временных диаграмм. Под законом функционирования понимается совокупность правил, описывающих последовательность переключения состояний автомата и последовательность выходных сигналов в зависимости от последовательности поступления входных сигналов.

К функциональным узлам последовательностного типа относятся: триггерные устройства, регистры, счетчики.

Простейшими типами последовательностных схем являются триггеры, имеющие два устойчивых состояния, обозначаемых как «1» и «0».