LEZIONI on LINE n° 2

Elettronica

Circuiti Combinatori e Sequenziali – Introduzione FF

Per gli alunni della classe 3° di elettronica Istituto Tecnico

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Prerequisiti:

1. i principi di Kirchoff e la legge di Ohm;
2. equazioni di 1° grado

Classifichiamo e definiamo innanzi tutto i circuiti di cui vogliamo occuparci in questa lezione:

• circuiti combinatori
• circuiti sequenziali
  • asincroni
  • sincroni

Circuiti Combinatori

Definiamo circuito combinatorio ( a volte parliamo di rete combinatoria) un sistema di porte logiche opportunamente collegate tra di loro. Il sistema è formato da una “scatola” con N ingressi ed M uscite che dipendono solo dal valore degli ingressi. Queste combinazioni sono rappresentati nella tabella della verità. Il circuito combinatorio, in teoria, non deve essere influenzato dalla variabile tempo e nemmeno dai fenomeni legati all’accensione del circuito; il tempo di propagazione dei segnali dovrebbe essere nullo ma ovviamente questa è solo una approssimazione della realtà (in pratica il tempo non è nullo ma di pochi nano secondi).

Vediamo alcuni esempi:

• l’integrato 7402 (porta NOR ha, per ogni singola porta, 2 ingressi ed 1 uscita)
• l’integrato 74151 (multiplex ad 8 input ha 12 ingressi ed 2 uscite)
• l’integrato 7449 (decoder BCD display a sette segmenti ha 5 ingressi ed 7 uscite)

Circuiti Sequenziali

Differentemente dai precedenti i circuiti sequenziali sono caratterizzati dal fatto che le uscite non dipendono solo dai livelli logici presenti sugli ingressi ma anche dai livelli logici assunti dalle uscite negli istanti precedenti che definiamo stato del circuito. Il circuito è in grado di conservare memoria della sequenza degli stati assunti dagli ingressi e dalle uscite.

Le strutture circuitali che realizzano questa funzione di memoria sono varie ma contengono tutte un collegamento di reazione (o feedback) che riporta in ingresso le uscite. Parliamo di latch quando la semplice variazione dello stato degli ingressi determina un nuovo stato delle uscite. Nel latch con abilitazione il circuito avverte la variazione degli ingressi solo se è attivato un ingresso supplementare di abilitazione. Infine in alcuni flip-flop è presente un segnale di comando, detto clock, che controlla la risposta del circuito e definisce la temporizzazione delle commutazioni.

Le strutture più complesse in grado di memorizzare un numero maggiore di bit sono i registri ed i contatori.

Il Clock

E’ un segnale periodico (si ripete dopo un determinato tempo detto periodo) che assume per una percentuale del periodo il valore ALTO e poi varia al valore BASSO. Questa percentuale è chiamata duty cycle. Un duty cycle del 50% significa che il segnale è alto per metà periodo e per il resto è basso.

Simboli utilizzati per il segnale di clock all’interno di un circuito elettrico:

Esempio n° 1 – Circuiti Combinatori 7400:

Prendiamo come primo esempio l’integrato 74ls00.

Questo integrato è una quadrupla porta NAND.

La sua piedinatura è la seguente:

La sua tabella della verità è la seguente:

un circuito di principio per la realizzazione pratica della porta NAND è il seguente:

tempi di propagazione del circuito:

Esempio n° 2 – Circuiti Combinatori 7483:

Il circuito 7483 è un Full Adder binario a 4 Bits con la propagazione del Curry.

La sua piedinatura è la seguente:

un circuito di principio per la realizzazione pratica della Full Adder è il seguente:

La sua tabella della verità è la seguente:

Esempio n° 3 – Circuiti Sequenziali 74174:

Questo integrato è formato da sei Flip-Flop di tipo D.

La sua piedinatura è la seguente:

un circuito di principio per la realizzazione pratica del circuito è il seguente:

La sua tabella della verità è la seguente:

risposta reale nel tempo del circuito:

durante il fronte di salita del segnale di clock (variazione dal livello basso al livello alto) il cerchio blu viene campionato il segnale presente all’ingresso del Flip-Flop di tipo D il cerchio rosso e questo valore viene mantenuto costante in uscita per tutto il periodo del clock il cerchio verde anche se nel frattempo l’ingresso dovesse cambiare.

CONCLUSIONI:

Entrambi i tipi dei circuiti descritti appartengono al gruppo dell’elettronica digitale. Sia per i circuiti combinatori che sequenziali è molto importante saper ricavare le caratteristiche principali dai data sheet.

Roma 14 aprile 2020 

Il docente

LERTERI C. Francesco

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