اقرأ في هذا المقال
- ما هي أداة Latches
- مكونات أداة Latches
- أساسيات أداة Latches
- مبدأ عمل أداة Latches
- جدول انتقال الحالة أو جدول الحقيقة لـ Latches
- الرسم التخطيطي لـ Latches
- أنواع أداة Latches
- مزايا Latches
- عيوب أداة Latches
تُعد “Latches” هي عناصر تخزين أساسية تعمل بمستويات الإشارة بدلاً من انتقالات الإشارة، والمزالج “Latches” التي يتم التحكم فيها عن طريق انتقال الساعة هي “tipper”، وهي أجهزة حساسة للمستوى و”Latches” مفيدة لتصميم الدائرة المتسلسلة غير المتزامنة.
ما هي أداة Latches
أداة “Latches”: هو عنصر بناء أساسي في الدوائر المتسلسلة، كما لا تحتوي “Latches” على أي إشارة على مدار الساعة فهي عبارة عن دوائر متسلسلة غير متزامنة.
مكونات أداة Latches
- تتكون “Latches” من بوابات ثابتة.
- “Latches” هو هزاز متعدد الثبات أي أنّه يحتوي على حالتين مستقرتين ويمكنه التبديل بين هذه الحالات.
- سيكون لـ “Latches” مسار ردود الفعل من الإخراج وبالتالي يغيرون ناتجهم في أي لحظة باستخدام الحالات السابقة والحالية لإشارات الإدخال.
- عند التمكين يتأثر ناتج “Latches” باستمرار بمدخلاته أي يتغير الناتج فوراً عندما يتغير الإدخال وعند التعطيل تبفى حالة “Latches” ثابتة، أي أنّها تتذكر قيمتها السابقة ويتم استخدام ساعة أو إشارة تمكين كإشارة تحكم.
- تقوم “Latches” بفحص كافة المدخلات بشكل مستمر وبالتالي تقوم بتغيير مخرجاتها عند التمكين.
أساسيات أداة Latches
كمثال على “Latches S-R” هو مثال على “Latches” البسيط، و”Latches” عبارة عن دائرة منطقية إلكترونية ذات حالتين مستقرتين، أي أنّها هزاز متعدد ثنائي الاستقرار ويحتوي “Latch” على مسار ملاحظات للاحتفاظ بالمعلومات، ومن ثم يمكن أن يكون “Latches” جهاز ذاكرة.
يمكن لـ “Latch” تخزين جزء واحد من المعلومات طالما كان الجهاز قيد التشغيل، وعند تأكيد التمكين يقوم المزلاج على الفور بتغيير المعلومات المخزنة عند تغيير الإدخال، أي أنّها أجهزة تم تشغيلها على مستوى ويقوم باستمرار باختبار المدخلات عند تشغيل إشارة التمكين.
ويمكن أن تعمل دوائر “Latches” في حالتين اعتماداً على إشارة التشغيل المرتفعة أو المنخفضة أي نشطة عالية أو نشطة منخفضة.
1- في حالة الدوائر النشطة
ذات “Latches” العالي عادةً ما يكون كل من المدخلات منخفضة، كما يتم تشغيل الدائرة بواسطة ارتفاع مؤقت في أي من المدخلات.
2- في حالة الدوائر النشطة
ذات “Latches” المنخفض عادةً ما يكون كل من المدخلات عالية، كما يتم تشغيل الدائرة من خلال انخفاض مؤقت في أي من المدخلات.
مبدأ عمل أداة Latches
يمكن استخدام البوابات الثابتة كوحدات بناء أساسية من أجل بناء “Latches” بسيط ويمكن بناؤه ببوابتين من بوابتين “NOR” من خلال تقديم ملاحظات لدائرة بوابة “NOR”، نظراً لأنّ الناتج لا يعتمد فقط على المدخلات الحالية ولكن أيضاً على التسلسل السابق للمدخلات ويُقال إنّ الدائرة بها ذاكرة، حيث إذا كان شرط الإدخال “S = R = 1” غير مسموح به فإنّ مخرجات الحالة المستقرة تكون دائماً مكملة.
أمّا عندما تكون كل من “S” و”R” مساوية لـ 1 و”P = 0″ و”Q = 0″ وهو ما يتعارض مع الشرط التكميلي ومن ثم يُقال إنّ شرط الإدخال “S = R = 1” غير مسموح به، كما تُرسم دائرة “Latches” دائماً على هيئة شكل متقاطع للتأكيد على التناظر بين البوابات.
وفي الدوائر المنطقية تعني حالة التغير هو الموقف الذي يتغير فيه مدخلا الدائرة المنطقية في نفس الوقت والذي سيجعل الناتج مؤقتاً، والمدخلات في منافسة لتغيير المخرجات ويحدث هذا بشكل عام في الأجهزة التي يكون لها الناتج كمدخل تغذية مرتجعة للدائرة.
كما إنّها حالة غير مرغوب فيها تحدث عندما يحاول الجهاز إجراء عمليتين في نفس الوقت أي تغيير حالة مدخلين في وقت واحد، وهناك عدة طرق يمكن من خلالها تجنب التغير حول حالة مثل استخدام “Edge Triggering” أو باستخدام “Master Slave Flip – flop”.
جدول انتقال الحالة أو جدول الحقيقة لـ Latches
يشبه جدول الحالة جدول الحقيقة في الدوائر التوافقية التي تعطي المعلومات حول حالات الدائرة، ونظراً لأنّ مخرجات الدوائر المتسلسلة تعتمد على الحالات الحالية والسابقة، يتم تمثيلها في شكل جدول يسمى جدول الحالة ويظهر الحالة التالية بناءً على الحالة الحالية والمدخلات الأخرى.
الرسم التخطيطي لـ Latches
بالإضافة إلى الجداول والمعادلات يمكن تمثيل آلة الحالة أو النظام بواسطة مخطط الحالة، حيث في مخطط الحالة هذا يتم تمثيل الحالة بدائرة، ويتم تمثيل الانتقال بين الحالات بخطوط أو أقواس تربط الدوائر.
أنواع أداة Latches
أولاً: Latches S-R
بشكل عام تكون “Latches” شفافة أي أنّ المخرجات تتغير على الفور عندما يكون هناك تغيير في المدخلات ولكن بالنسبة للعديد من التطبيقات من المستحسن أن تكون هناك فترة معزولة، حيث لا يتغير الناتج حتى عندما يكون هناك تغيير في الإدخال، وخلال هذه الفترة يُقال إنّ النواتج “مغلقة” حقاً وكما يمكن تحقيق ذلك باستخدام إدخال إضافي أي تمكين أو ساعة أو بوابة.
وإذا لم يتم تأكيد إشارة التمكين أو الساعة أو البوابة فسيتم تجاهل المدخلات وإغلاق المخرجات مع القيم السابقة، حيث من أجل استخدام هذه الإشارة الإضافية يجب إضافة منطق إضافي وتسمى هذه الدوائر المزالج ذات البوابات أو المزالج المعلقة، وكما يمكن عمل مزلاج “SR” بطريقتين هما:
- عن طريق إضافة المستوى الثاني من البوابات والبوابات إلى “Latches SR”.
- عن طريق إضافة المستوى الثاني من بوابات “NAND “إلى” Latches S ̅R” أي “Latches SR المقلوب”.
ثانياً: أداة البيانات Latches D
أداة البيانات أو أداة التأخير “D latch”: هو أحد “Latches” البسيطة لتخزين البيانات ويسمى أيضاً “Latches” الشفاف، ويمكن إنشاء “Latches D” بسيط ببوابتين “NAND”.
التغير حول الحالة في “Latches SR” الذي يحدث عندما يمكن تجنب “S = R = 1” في “Latches D”، كما يتم استبدال إدخال “R” بـ “S” مقلوب والذي تمت إعادة تسميته إلى “D”، وبالتالي لا توجد مدخلات غير قانونية أو محظورة في “Latches D” و”Latches Q” دائماً.
أولاً: بوابات Latches D
- يمكن إنشاء “Latches D” محمي بسهولة عن طريق تعديل “Latches SR”، والتعديل الوحيد على “Latches SR” هو أنّه يجب تغيير إدخال R إلى S.
- عندما تكون الساعة أو التمكين عالية أي المنطق 1، فإنّ المخرج يغلق كل ما هو موجود على إدخال “D”، أمّا عندما يكون التمكين أو الساعة منخفضاً “المنطق 0″، سيكون الإدخال “D” لآخر ارتفاع تمكين هو الناتج.
- لن تتعرض دائرة “Latches” هذه أبداً لشرط “التغيير” لأنّ إدخال “D” الفردي معكوس لتوفير كل من المدخلات، وبالتالي لا توجد فرصة لنفس حالة الإدخال لذلك يمكن استخدام دائرة “Latches D” بأمان في أي دائرة.
2- تطبيقات بوابات Latches D
- إنّها أجهزة ذاكرة أساسية 1 بت.
- تُستخدم بوابات “Latches D” عادةً كمنافذ إدخال أو إخراج في الأنظمة غير المتزامنة.
- تستخدم “Latches” البيانات أحياناً في أنظمة متزامنة ثنائية الطور لتقليل عدد الترانزستور.
مزايا Latches
- أداة “Latches” أسرع لأنّه لا يحتاج إلى انتظار إشارة الساعة، لذلك يتم استخدامها بشكل أكبر في التصميمات عالية السرعة.
- تتطلب طاقة أقل.
- التصميمات القائمة على “Latches” لها حجم يموت صغير.
- الميزة الرئيسية لـ “Latches” هي “اقتراض الوقت”، وفي حالة عدم اكتمال العملية في غضون الوقت المحدد يتم استعارة الوقت المطلوب لتنفيذ العملية من وقت التشغيل الآخر.
عيوب أداة Latches
- أقل قابلية للتنبؤ بها لأنّ هناك فرصة أكبر للتأثير على ظروف السباق.
- مستوى الأجهزة الحساسة وبالتالي فرصة أكبر للانبثاق.
- يُعد تحليل دارات “Latches” أمراً صعباً نظراً لخصائصه الحساسة للمستوى.
