الهندسةهندسة الاتصالات

أساسيات الدوائر التسلسلية في الاتصالات Sequential Circuits Basics

تُستخدم الدوائر المنطقية المتسلسلة لتصميم آلات حالة معينة والتي تعد الهيكل الأساسي في جميع الدوائر الرقمية وكذلك في دوائر الذاكرة، حيث في الأساس تُعد جميع الدوائر في الأجهزة الرقمية العملية هي مزيج من الدوائر المنطقية التوافقية والمتسلسلة.

 

ما هي الدوائر التسلسلية في الاتصالات

 

الدوائر المنطقية المتسلسلة: هي تلك التي لا يعتمد إخراجها فقط على القيمة الحالية للمدخلات ولكن أيضاً على القيم السابقة لإشارة الإدخال أي تاريخ القيم والتي تتناقض مع الدوائر التوافقية، حيث يعتمد الإخراج فقط على القيم الحالية للإدخال في أي لحظة، كما يمكن اعتبار الدائرة المتسلسلة كدائرة توافقية مع دائرة التغذية الراجعة، وتستخدم الدائرة المتسلسلة عنصر ذاكرة مثل “flip – flops” كدائرة تغذية مرتدة من أجل تخزين القيم السابقة.

 

وبشكل عام يتم مواجهة العديد من العدادات في الحياة اليومية لحساب عدد الأشياء وعلى سبيل المثال لحساب عدد الجمهور الذين يدخلون أو يغادرون القاعة، أو لحساب عدد المركبات في موقف السيارات وفي هذا عندما يدخل أي شخص إلى القاعة يزيد العداد من قيمته اعتماداً على قيمته الحالية.

 

وبالمثل فإنّه يقلل من قيمته اعتماداً على قيمته السابقة والحالية، لذلك يحتفظ “Counter” بالحالة الحالية للعداد للقيام بالعملية التالية، وهذا مشابه للدوائر المتسلسلة التي تغير حالتها وفقاً للإشارات السابقة والحالية.

 

الدوائر التوافقية مقابل الدوائر التسلسلية في الاتصالات

 

الرقم الدوائر التوافقية الدوائر التسلسلية
1 يعتمد الناتج فقط على القيمة الحالية للمدخلات. يعتمد الناتج على قيم الحالة الحالية والسابقة للمدخلات
2 لن تحتوي هذه الدوائر على أي ذاكرة، حيث تتغير مخرجاتها مع التغيير في قيمة الإدخال. تحتوي الدوائر المتسلسلة على نوع من الذاكرة، حيث يتغير خرجها وفقاً للقيم السابقة والحالية.
3 لا توجد ردود الفعل المعنية. في دائرة متسلسلة يتم توصيل المخرجات بها كمسار تغذية مرتدة.
4 تستخدم في العمليات المنطقية الأساسية. يستخدم في تصميم أجهزة الذاكرة.
5 تم استخدامه في دارة نصف الأفعى ودارة الأفعى الكاملة ومعددات الإرسال ومزيل تعدد الإرسال ومفكك الشفرات والمشفرات. تم استخدامه في ذاكرة الوصول العشوائي والسجلات والعدادات وغيرها من أجهزة الاحتفاظ بالحالة.

 

ما هي إشارة الساعة في الدوائر التسلسلية

 

تلعب إشارة الساعة دوراً مهماً في الدوائر المتسلسلة، والساعة هي إشارة تتأرجح بين المستوى المنطقي “0” والمستوى المنطقي “1” بشكل متكرر، والموجة المربعة ذات التردد الثابت هي الشكل الأكثر شيوعاً لإشارة الساعة، كما أنّ إشارة الساعة لها “حواف” وهذه هي اللحظات التي تتغير فيها الساعة من 0 إلى 1 أي حافة موجبة أو من 1 إلى 0 أي حافة سالبة.

 

تتحكم إشارات الساعة في مخرجات الدائرة التسلسلية أي أنّها تحدد متى وكيف تغير عناصر الذاكرة مخرجاتها، حيث إذا كانت الدائرة المتسلسلة لا تحتوي على أي إشارة على مدار الساعة كمدخل فإنّ ناتج الدائرة سيتغير عشوائياً، وحتى لا يتمكنوا من الاحتفاظ بحالتهم حتى وصول إشارة الإدخال التالية لكنّ الدوائر المتسلسلة ذات المدخلات على مدار الساعة ستحتفظ بحالتها حتى تحدث حافة الساعة التالية.

 

تصنيف الدوائر التسلسلية

 

بناءً على إدخال إشارة الساعة يتم تصنيف الدوائر المتسلسلة إلى نوعين هما:

 

أولاً: الدائرة المتسلسلة المتزامنة

 

في الدائرة المتسلسلة المتزامنة يعتمد الناتج على الحالات الحالية والسابقة للمدخلات في الحالات المسجلة، كما تستخدم الدوائر عنصر ذاكرة لتخزين الحالة السابقة وسيكون لعناصر الذاكرة في هذه الدوائر ساعات، حيث كل إشارات الساعة هذه مدفوعة بنفس إشارة الساعة.

 

1- خصائص الدائرة المتسلسلة المتزامنة

 

  • باستخدام إشارة الساعة ستحدث تغييرات الحالة عبر جميع عناصر التخزين.

 

  •  هذه الدوائر أبطأ قليلاً مقارنةً بالدوائر غير المتزامنة لأنها تنتظر وصول نبضة الساعة التالية لأداء العملية التالية.

 

  •  يمكن تسجيل هذه الدوائر أو نبضها.

 

  •  الدوائر المتسلسلة المتزامنة التي تستخدم نبضات الساعة في مدخلاتها تسمى الدوائر المتسلسلة على مدار الساعة، وهم مستقرون جداً.

 

  •  الدوائر المتسلسلة التي تغير حالتها باستخدام النبض وتسمى هذه الدوائر النبضية أو غير المسجلة.

 

2- تطبيقات استخدام الدوائر المتسلسلة المتزامنة

 

  • تستخدم في تصميم آلات إدارة الحالة “MOORE-MEALY”.

 

  • يتم استخدامها في العدادات المتزامنة والوجه المتأرجح وما إلى ذلك.

 

3- حدود الدوائر المتسلسلة المتزامنة

 

  • يجب توصيل كل التقلبات في الدوائر المتسلسلة المتزامنة بإشارة الساعة.

 

  • إشارات الساعة عبارة عن إشارات عالية التردد ويستهلك توزيع الساعة كمية كبيرة من الحرارة ويبددها.

 

  • يحدد المسار الحرج أو المسار الأبطأ أقصى تردد ساعة ممكن.

 

  • ومن ثم فهي أبطأ من الدوائر غير المتزامنة.

 

ثانياً: الدائرة المتسلسلة غير المتزامنة

 

تسمى الدوائر المتسلسلة التي لا تعمل بإشارات الساعة “الدوائر المتسلسلة غير المتزامنة”، كما ستغير هذه الدوائر حالتها فور حدوث تغيير في إشارة الإدخال، حيث يتم تحديد سلوك الدائرة من خلال الإشارات في أي لحظة زمنية والترتيب الذي تتغير به إشارات الإدخال.

 

خصائص الدائرة المتسلسلة غير المتزامنة

 

  • لا تعمل في وضع النبض.

 

  •  لديهم أداء أفضل ولكن يصعب تصميمها بسبب مشاكل التوقيت.

 

  • في الغالب يتم استخدام الدوائر غير المتزامنة عندما نحتاج إلى عمليات منخفضة الطاقة.

 

  • إنّها أسرع من الدوائر المتسلسلة المتزامنة لأنّها لا تحتاج إلى انتظار أي إشارة على مدار الساعة.

 

2- تطبيقات استخدام الدوائر المتسلسلة غير المتزامنة

 

  • يتم استخدامها عندما تكون سرعة العملية مهمة.

 

  • نظراً لأنّها مستقلة عن نبضات الساعة الداخلية فإنها تعمل بسرعة، لذلك يتم استخدامها في دوائر الاستجابة السريعة.

 

  • تستخدم في الاتصال بين وحدتين لهما ساعات مستقلة خاصة بهما.

 

  • تستخدم عندما يكون هناك حاجة إلى معالجة أفضل للمدخلات الخارجية.

 

3- حدود الدوائر المتسلسلة غير المتزامنة

 

  •  الدوائر المتسلسلة غير المتزامنة أكثر صعوبة في التصميم.

 

  •  على الرغم من أنّ أداءهم أسرع، إلّا أنّ إنتاجهم غير مؤكد.

 

ما هي التغذية المرتدة في الدوائر المتسلسلة

 

لا تتطلب الدوائر التوافقية أي تغذية مرتجعة لأنّ المخرجات تعتمد تماماً على القيمة الحالية للمدخلات ولكن في حالة الدوائر المتسلسلة، تعتمد المخرجات على القيم السابقة للإدخال جنباً إلى جنب مع القيم الحالية، حيث من أجل إشراك عنصر الذاكرة مثل “flip – flop” يجب تقديم التغذية الراجعة في الدائرة، وعلى سبيل المثال ضع في اعتبارك دائرة ملاحظات بسيطة.

 

حيث إذا كان 0 هو المدخلات إلى العاكس في مثيل فسيتم نشر هذا 0 ويكون الناتج 1، كما يتم تغذية هذا 1 كمدخل، وكما سيتم نشر هذا 1 ويكون الناتج 0 وتتكرر العملية وتكون النتيجة تذبذباً مستمراُ للإنتاج بين 0 و 1، حيث لا توجد حالة مستقرة في هذا السيناريو.

 

وهنا يتم توصيل محولين من الخلف إلى الخلف مع تغذية ناتج العاكس الثاني مرة أخرى إلى مدخل العاكس الأول، حيث إذا كان 0 هو المدخلات إلى العاكس الأول في حالة ما فإنّه ينتشر من خلال العاكس الأول ويكون الناتج 1، وهذا هو الإدخال إلى العاكس الثاني وينتشر من خلاله.

 

أمّا ناتج العاكس الثاني هو 0 والذي يتم إرجاعه إلى العاكس الأول، لكنّ الإدخال إلى العاكس الأول هو بالفعل 0 وبالتالي لا يحدث أي تغيير، كما أنّ الدائرة في دائرة مستقرة ويمكن الحصول على حالة مستقرة أخرى عندما يكون الإدخال إلى العاكس الأول 1.

المصدر
Introduction to Analog and Digital Communications/ Simon HaykinData Communication and Computer NetworkWIRELESS COMMUNICATIONS/ Andreas F. MolischTheory and Problems of Signals and Systems/ Hwei P. Hsu, Ph.D./ JOHN M. SENIOR Optical Fiber Communications Principles and Practice Third Edition

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

زر الذهاب إلى الأعلى