Ardışıl Devreler Nedir?

Elektronik devreler analog ve dijital bir başka deyişle sayısal devreler olarak ikiye ayrılmaktadır. Sayısal devreler ise kendi arasında kombinasyonel ve ardışıl devreler olmak üzere iki alt başlığa sahiptir. Bu yazımızda ardışıl devreler hakkında bilgi vereceğiz. Detaylar yazımızın devamında.

A- A+

23.03.2021 tarihli yazı 10761 kez okunmuştur.

Ardışıl devreler asenkron ve senkron devreler şeklinde karşımıza çıkabilmektedir. Ardışıl devreler hakkında detaylı bilgiye geçmeden önce analog ve dijital devrelerin farklılıklarıı birlikte inceleyelim.

Analog ve Dijital Devrenin Farklılıkları

Analog sinyallerle çalışan analog devrelerde dijital devrelerde olduğu gibi bir düzen mevcut değildir. Belirli zaman aralıkları ile değişim göstermezken sürekli bir hale sahiptirler. Dijital devrelerde ise belli değerlerin belli zamanlarda oluştuğu bir düzen vardır. Ek olarak analog devrelerde kondansatör, direnç gibi analog devre elemanları ile çalışılır. Dijital yani sayısal devrelerde ise multiplexer, kapılar, decoder gibi dijital devre elemanları kullanılmaktadır.

Şekil 1: Analog ve Dijital Sinyallerin Grafikleri

► İlginizi çekebilir: Sayıcı Devresi Nedir ve Nasıl Yapılır?

Kombinasyonel ve Ardışıl Devrenin Farklılıkları

Kombinasyonel devreler, girişler ve çıkışlardan oluşup girişlerin değişimine bağımlı olarak çıkışların belirlendiği bir devre türüdür. Ardışıl devreler de klasik bir kombinasyonel devre yapısındaki gibi girişler ve çıkışlara sahiptir. Fakat kombinasyonel devrelerden farklı olarak önceki çıkış hafıza elemanları tarafından saklanıp yeni bir giriş olarak devreye verilmektedir. Bu sebeple ardışıl devrelerdeki çıkışın değeri kombinasyonel devredeki gibi sadece çıkışa bağımlı değildir. Aynı zamanda devrenin bir önceki çıkış değeri de sonucu etkilemektedir.

Şekil 2: Kombinasyonel ve Ardışıl Devre Diyagramları

► İlginizi çekebilir: Baskı Devre Kartı (PCB) Nedir?

Asenkron ve Senkron Ardışıl Devreler

Senkron ardışıl devrelerde asenkron ardışıl devrelerden farklı olarak kare dalga şeklindeki saat sinyali bulunur. Bu sinyal sayesinde hafıza elemanları tetiklenerek belli bir değeri belli bir zamanda ortaya çıkmaktadır. Ardışıl devrelerde kullanılan hafıza elemanları ikiye ayrılmaktadır. Bunlardan latch yani mandal asenkron devrelerde kullanılırken, flip-flop senkron devrelerde kullanılmaktadır.

► SR Tipi Mandal

SR tipi mandal, set ve reset kelimelerinin baş harfinden adını almış bir türdür. NOR kapıları ile kurulmuş aşağıdaki SR tipi mandal örneğinde S ve R nin aldığı değerlere ve bir önceki çıkışa bağımlı olarak yeni bir çıkış elde edilir. Buna göre giriş 11 olduğunda çıkış tutarsız olacağı için tanımsız olarak literatüre geçmiştir. Girişler 10 ve 00 olduğunda çıkışın 1 olması işlemine ise set durumu denmektedir. Girişler 01 ve 00 olduğu halde ise çıkışın sıfırlanması durumunda ise reset işlemi gerçekleşmektedir.

► İlginizi çekebilir: Crowbar Devresi Nedir & Nasıl Çalışır?

► D Tipi Mandal

D tipi mandal data kelimesinin baş harfinden ismini almıştır. Bu mandal tipinde ise SR tipi mandalın R girişi değillenerek istenmeyen durum ortadan kaldırılır. Böylece D girişinden verilen değer Q çıkışından aynen elde edilir.

► Flip-Floplar

Flip-floplarda, mandal denilen devre elemanlarının aksine saat sinyali etkisi ile belli bir senkronozisyonla çıkış etkilenmektedir. İşte flip-floplardaki bu zamanlama sinyalinin seviyesine bağlı olarak durum değiştirmesine tetikleme denmektedir. Tetikleme sinyali olarak periyodik kare dalga veya kare dalga formundaki palsler kullanılmaktadır. Tetikleyici sinyal pozitif, negatif seviye ve pozitif, negatif kenar olarak 4 farklı evreye sahiptir.

Aşağıdaki görselde ise bu flip-flopların uyarma ve doğruluk tabloları verilmiştir.

Flip-floplar hakkında detaylı bilgi için aşağıdaki videoyu izleyebilirsiniz.

Ardışıl Devrelerin Analizi ve Tasarımı

Bir ardışıl devre tasarımı yapmak için öncelikle durum tablosu ve durum denklemleri türetilmelidir. Ardından durum tablosu yardımıyla durum diyagramı oluşturulup, indirgeme yöntemiyle indirgenmiş durum elde edilir. Sonrasında hangi tip ve sayıda flip-flop kullanılacağı tespit edilir. Uyarlama denklemleri uyarlama tablosu yardımıyla üretilip çıkış ve giriş flip-flop fonksiyonları oluşturulur. Mantık fonksiyonları ve her bir çıkış değişkeninin denklemi oluşturulup gerekli mantık diyagramı çizilir.

►Ardışıl Devre Modelleri

Ardışıl devreler, sonlu durum makinesi modeline göre oluşturulur. Bu devrelerde durum bilgileri belleklerde yani flip-floplarda tutulur. Tüm flip-floplar senkron bir başka deyişle eş zamanlı olarak tetiklenir. Senkron ardışıl devreler, Mealy ve Moore modelleri olmak üzere iki şekilde tasarlanabilir. Bu tasarımlardan Mealy modelinde, çıkışlar hem o andaki girişlerin hem de o andaki durumun fonksiyonudur. Ayrıca bu modelde girdilere daha çabuk tepki verilmektedir. Moore modelinde ise çıkışlar sadece durumların fonksiyonudur. Bu modelde girişlerdeki değerler sadece sonraki durumu belirlerken, durum bilgisi ise çıkıştaki değeri belirler. Ek olarak belli bir modele göre tasarlanmış bir devreyi diğer modele dönüştürmek mümkündür. Ayrıca birçok devreyi hem Mealy hem de Moore modeline göre tasarlanabilmektedir.