الدوائر المنطقية التتابعية Sequentail Logic circuits

كلمة تتابعية أو متتابعة: لان هذه الدوائر تعتمد على نبضات الساعة Clock بحيث يتم تجديد الخرج لها مع كل نبضة ساعة جديدة.

الدوائر المنطقية التتابعية (التسلسلية أو التعاقبية) هي عبارة عن دارات تتميز بوجود ذاكرة Memory (وظيفتها الاحتفاظ بالقيمة السابقة) فيها، وقيمة الخرج لهذه الدارات لا تعتمد على قيمة الدخل الحالية فقط وانما تعتمد على قيمة الدخل أو الخرج السابقة والتي تكون مخزنة بذاكرة Memory.
في الدوائر المنطقية التتابعية تكون هناك دائرة القلاب Flip-Flop Circuit ، والقلاب عبارة عن دائرة رقمية منطقية عملها الأساسي هو تخزين المعلومات بسعة خانة رقمية واحدة إما صفر أو واحد.

أنواع الدوائر المنطقية التتابعية

تنقسم الدوائر المنطقية التتابعية إلى ثلاثة اقسام هي:

القلابات أو النطاطات Flip Flops
مسجلات الإزاحة Shift Registers
العدادات Counters

سوف نقوم بشرح كل نوع من الأنواع السابقة بشكل تفصيلي

القلابات أو النطاطات Flip Flops

تبنى النطاطات باستخدام البوابات المنطقية مع وجود تغذية الراجعة، وهي عناصر ذاكرة قادرة على تخزين رقم ثنائي واحد؛ إما (0)، وإما (1)؛ أي إنها تستطيع الاحتفاظ بحالتها الحالية (0) أو (1) مدة زمنية محددة، ثم الانتقال إلى حالة أخرى (أي الحالة السابقة للمداخل).

تعد النطاطات من أهم عناصر الذاكرة السريعة والمؤقتة المستخدمة في أجهزة الحاسوب والاتصالات؛ فهي المكون الرئيس لذاكرة (SRAM)، ويمكن ربطها لتكون منطقية مثل المؤقتات Timers والعدادات Counters ومسجلات الإزاحة Shift Registers.

أنواع القلابات أو النطاطات Flip Flops

من أهم أنواع النطاطات ما يلي:

القلاب SR Flip-Flop أو SR Latch
قلاب التأخير D Flip Flop
القلاب JK Flip Flop
القلاب T Flip Flop

القلاب SR Flip-Flop أو SR Latch

هي عبارة عن دائرة متتابعة بها بوابات فهي دائرة توافقية بها ذاكرة ولذلك تكون دائرة متتابعة، لها مدخلين هما مدخل S وهو يعبر عن Set ومدخل R هو يعبر عن Reset، ولها مخرج واحد وهو Q وأحيانا يكون هناك مخرج إضافي وهو Q فوقه شرطة وهو يعني عكس الخرج Q.

يمكن تعريف دائر SR Flip-Flop بأنها عبارة عن دائرة منطقية تعتبر كذاكرة مقدارها bit 1 اما ان تكون (0) أو (1) ويحتفظ بهذه القيمة ما دام هناك مصدر جهد، وهي عبارة عن دائرتين NOR Gate موصلتين بطريقة معينة.

جدول الحقيقة للقلاب SR Flip-Flop

جدول الحقيقة للقلاب SR Flip-Flop

عندما يكون الدخل S يساوي (1) والدخل R يساوي (0) سوف يكون الخرج Q يساوي (1)،وعندما يتغير الدخل S ليساوي (0) والدخل R يظل كما هو يساوي (0) سوف لا يتغير الخرج (No change) ليظل كما هو الخرج Q يساوي (1) وهذا ما أطلقنا عليه ذاكرة ما دام هناك مصدر جهد، أما عندما نضغط على الدخل R ونغيره إلى قيمة (1) والدخل S كما هو يساوي (0) يكون الخرج في هذه الحالة Q يساوي (0)، ولو افترضنا أننا قمنا بتغيير قيمة R مرة أخرى إلى (0) مع بقاء الدخل S كما هو يساوي (0) يكون الخرج في هذه الحالة لا يتغير الخرج (No change) ليظل كما هو الخرج Q يساوي (0) طالما هناك مصدر جهد، أما إذا ضغطنا على الدخلين S و R ليصبحا قيمة كلا منهما تساوي (1) يكون الخرج (Invalid) حالة ممنوعة.

القلاب SR Flip-Flop ببوابتين NAND Gate

يمكن تصميم دائرة SR Flip-Flop ببوابتين NAND Gate ولكن يتم عكس المدخلينS و R ليصبحا Not S وNot R، ولفهم هذه الدائرة أكثر نقوم بالنظر إلى جدول الحقيقة لها.

جدول الحقيقة للقلاب SR Flip-Flop ببوابتين NAND Gate

جدول الحقيقة للقلاب SR Flip-Flop ببوابتين NAND Gate

عندما يكون الدخل S يساوي (1) والدخل R يساوي (0) سوف يكون الخرج Q يساوي (0)،عندما يكون الدخل S يساوي (1) والدخل R يساوي (1) سوف يكون الخرج Q يساوي (No change)،عندما يكون الدخل S يساوي (0) والدخل R يساوي (1) سوف يكون الخرج Q يساوي (1)، عندما يكون الدخل S يساوي (0) والدخل R يساوي (0) سوف يكون الخرج Q يساوي (Invalid).

مما سبق نستنتج أن SR Flip-Flop ببوابتين NAND Gate هي عكس SR Flip-Flop ببوابتين NOR Gate.

Switching Diagram

هو عبارة عن صورة أخرى من جدول الحقيقة ولكن على شكل دي جرام، وكل عامود في الجدول يتم تمثيله بصف على شكل دي جرام.

دائرة القلاب Gated SR Flip-Flop

كلمة Gated تعني ان هناك بوابة يجب أن تفتح في الأول حتى تعمل دائرة SR Flip-Flop وسوف نجد ان هناك عنصر تمكين Enable ويرمز له بالرمز E، والطرف EN لتفعيل ال Flip-Flop اذا كان (1) فانه يكون فعال واذا كان (0) يكون غير فعال.

قلاب التأخير D Flip Flop

هو قلاب لو نطاط ذو مدخل واحد، ويمكن استخدامه بوصفه وحدة تخزين لخانة واحدة SINGLE BIT من المعلومات (1) أو (0) ويسمى أحيانا نطاط التأخير (Delay)؛ إذ لا يحدث (D) أي تغيير للبيانات المدخلة فيه، ويقتصر عمله على تخزينها مدة محدودة، ثم نقلها إلى المخرج من دون تغيير.
لفهم عمل دارة قلاب التأخير D Flip Flop يمكنك زيارة موضوع شرح قلاب التأخير D Flip Flop

القلاب JK Flip Flop

يعد هذا النطاط من أكثر أنواع النطاطات شيوعا وهو يستطيع أن يؤدي جميع وظائف النطاطين من نوع (R-S,D). يمل الرمزان (k) و(J) الدخل لهذا النطاط؛ إذ يعمل المدخل (J) عمل المدخل (S)، ويعمل المدخل (k) عمل المدخل (R).

القلاب T Flip Flop

لفهم عمل دارة القلاب JK Flip Flop ودائرة القلاب T Flip Flop يمكنك زيارة الموضوع التالي: القلابات JK Flip Flop & T Flip Flop

مسجلات الازاحة Shift Registers

يمكنك التعرف على شرح shift register بالتفصيل من هنا

العدادات Counters

تعد العدادات أحد تطبيقات دارات النطاط، وهي تتكون من مجموعة من النطاطات. تعرف دارة العداد بأنها دارة قادرة على العد، وهي تستخدم في قياس الزمن، كما في الساعات الرقمية، وفي قياس التردد، فضلا عن استخدامها في آلات تصوير الوثائق، وألات النسخ الرقمية.
تستخدم العدادات في العد التصاعدي، والعد التنازلي، والعد التصاعدي العشري. وهي تصنف بحسب طريقة تركيبها وربط النطاطات معا إلى نوعين هما:

العدادات الغير متزامنة Asynchronous Counters
العدادات المتزامنة Synchronous Counters

العدادات الغير متزامنة Asynchronous Counters

سميت بهذا الاسم؛ لأن نبضة الساعة لا تصل إلى النطاطات في الوقت نفسه، بل بالتسلسل؛ إذ تربط نبضة الساعة بالنطاط الأول الذي يمثل مخرجه مدخل نبضة الساعة للنطاط التالي وهكذا.
يمكنك التعرف على العدادات الغير متزامنة Asynchronous Counters بالتفصيل من هنا

العدادات المتزامنة Synchronous Counters

في هذا النوع من العدادات تغذى نبضات الساعة في جميع النطاطات المكونة للعداد في الوقت نفسه.
ويمكنك التعرف على العدادات المتزامنة Synchronous Counters بالتفصيل من هنا

مراجع

دورة الالكترونيات الرقمية للمهندس وليد عيسى ( الدوائر التتابعية (Sequential Circuits) و القلاب (SR Flip Flop).
كتاب الاتصالات والالكترونيات منهج أردني

إلكترون باشا

الدوائر المنطقية التتابعية Sequentail Logic circuits