Come analizzare un circuito sequenziale

Tramite: O2O 30/09/2018
Difficoltà: media
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Introduzione

Come analizzare una macchina sequenziale? Per prima cosa è necessario sapere che il sistema sequenziale è un circuito nel quale in ogni istante, le uscite, dipendono oltre ai valori degli ingressi anche dalla "storia" pregressa dell'intero sistema, che è rappresentata da un blocco funzionale di memoria "M". La funzione principale dei sistemi sequenziali è la memorizzazione ed elaborazione dell?informazione. Un ulteriore funzione è quella di trasportare informazioni tra registri e registri.

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Occorrente

  • Carta e penna
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Esempio di rete sequenziale elementare

Per riuscire a comprendere una rete sequenziale iniziamo con un esempio elementare. Pensiamo per un attimo di dover progettare un circuito che, ricevendo un valore di 0 logico in ingresso, produca 0 in uscita; se in ingresso riceve un 1 logico, produce in uscita 1. Si parla di "0" e "1" logici per indicare valori booleani che nulla hanno a che vedere con il controvalore numerico. Un "1" logico infatti è solo il nome convenzionale che si associa tipicamente ad un livello fisico di tensione che potrebbe essere ad esempio compreso fra 3V e 5V se si stanno usando ad esempio circuiti TTL. Il funzionamento di un circuito sequenziale può infatti descritto come un automa a stati finiti, cioè sono possibili solo un numero ristretto di stati, nel nostro caso 2.

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Realizzazione fisica

Se dovessimo realizzare fisicamente il circuito, una volta stabiliti i livelli di tensione relativi a "1" e "0" ed identificati gli elementi di memoria che sono coinvolti possiamo dire che in ogni istante, la memoria del sistema identifica precisamente lo stato esatto in cui si trova il sistema. Nei circuiti digitali tale funzione viene assolta tipicamente dai Flip-Flop. Per ogni stato e per ogni combinazione di input è possibile conoscere i valori discreti e quantizzati delle uscite ed lo stato seguente in cui il sistema transiterà.

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Stati dei Flip-Flop

Negli elementi di memoria di un circuito, i Flip-Flop, gli stati del circuito sono rappresentati da combinazioni dei valori differenti che sono memorizzabili; le combinazioni sono disponibili sulle uscite che si chiamano per convenzione Qi. Per un numero n di Flip-Flop, troveremo 2n combinazioni e 2n stati. Assegniamo poi un simbolo ad ogni combinazione di memoria. Nell'esempio abbiamo 2 Flip-Flop, e 4 valori memorizzati. Assegniamo allora la seguente codifica: S0?00, S1? 01, S2 ?10, S3 ?11. Prendiamo in considerazione la parte combinatoria del circuito: quello che si ricavano sono espressioni booleane sugli ingressi dei gli Flip-Flop che sono contenuti nel circuito scelto; queste funzioni sono anche chiamate funzioni di eccitazione.

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Tabella delle transizioni

È possibile ottenere quindi la tabella delle transizioni del circuito sequenziale che dobbiamo progettare. Si tratta in sostanza dello schema di ciò che può accadere. Per questo passaggio è opportuno rappresentare graficamente il problema. Può essere utile, per modellare un automa, dividere il problema in sottoproblemi, in modo tale da poterlo modularizzare. Ottenuto l?automa che crea il funzionamento della macchina a stati, abbiamo tutte le possibilità di minimizzazione come nel metodo appena visto. Ogni macchia a stati, per quanto complessa può essere ridotta ad uno schema funzionale ridotto.

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Consigli

Non dimenticare mai:
  • Per effettuare le controprove in reti complesse usate un simulatore
Alcuni link che potrebbero esserti utili:

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