Digitale Schaltungen - Flip-Flops
Im vorherigen Kapitel haben wir über Latches gesprochen. Das sind die Grundbausteine von Flip-Flops. Wir können Flip-Flops auf zwei Arten implementieren.
In der ersten Methode cascade two latchesderart, dass der erste Latch für jeden positiven Taktimpuls und der zweite Latch für jeden negativen Taktimpuls aktiviert wird. Damit wird die Kombination dieser beiden Latches zu einem Flip-Flop.
Bei der zweiten Methode können wir das kantenempfindliche Flip-Flop direkt implementieren. Lassen Sie uns in diesem Kapitel Folgendes diskutierenflip-flops mit der zweiten Methode.
- SR Flip-Flop
- D Flip-Flop
- JK Flip-Flop
- T Flip-Flop
SR Flip-Flop
Das SR-Flipflop arbeitet nur mit positiven oder negativen Taktübergängen. Während der SR-Latch mit dem Freigabesignal arbeitet. Dascircuit diagram des SR-Flipflops ist in der folgenden Abbildung dargestellt.
Diese Schaltung hat zwei Eingänge S & R und zwei Ausgänge Q (t) & Q (t) '. Die Funktionsweise des SR-Flipflops ähnelt der von SR Latch. Dieses Flip-Flop wirkt sich jedoch nur dann auf die Ausgänge aus, wenn anstelle der aktiven Freigabe ein positiver Übergang des Taktsignals angelegt wird.
Die folgende Tabelle zeigt die state table von SR Flip-Flop.
| S. | R. | Q (t + 1) |
|---|---|---|
| 0 | 0 | Q (t) |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | - - |
Hier sind Q (t) und Q (t + 1) jeweils der aktuelle Zustand und der nächste Zustand. Daher kann das SR-Flipflop für eine dieser drei Funktionen wie Halten, Zurücksetzen und Setzen basierend auf den Eingangsbedingungen verwendet werden, wenn ein positiver Übergang des Taktsignals angelegt wird. Die folgende Tabelle zeigt diecharacteristic table von SR Flip-Flop.
| Eingaben präsentieren | Derzeitiger Zustand | Nächster Zustand | |
|---|---|---|---|
| S | R | Q(t) | Q(t + 1) |
| 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 1 |
| 0 | 1 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 0 | x |
| 1 | 1 | 1 | x |
Durch Verwendung von drei Variablen K-Map können wir den vereinfachten Ausdruck für den nächsten Zustand Q (t + 1) erhalten. Dasthree variable K-Map Für den nächsten Zustand ist Q (t + 1) in der folgenden Abbildung dargestellt.
Die maximal möglichen Gruppierungen benachbarter sind bereits in der Abbildung dargestellt. deshalb, diesimplified expression für den nächsten Zustand ist Q (t + 1)
$ Q \ left (t + 1 \ right) = S + {R} 'Q \ left (t \ right) $
D Flip-Flop
Das D-Flip-Flop arbeitet nur mit positiven oder negativen Taktübergängen. Während D-Latch mit Freigabesignal arbeitet. Das heißt, der Ausgang des D-Flipflops ist unempfindlich gegenüber den Änderungen des Eingangs D, mit Ausnahme des aktiven Übergangs des Taktsignals. Dascircuit diagram des D-Flip-Flops ist in der folgenden Abbildung dargestellt.
Diese Schaltung hat einen einzelnen Eingang D und zwei Ausgänge Q (t) & Q (t) '. Die Funktionsweise von D Flip-Flop ist ähnlich wie bei D Latch. Dieses Flip-Flop wirkt sich jedoch nur dann auf die Ausgänge aus, wenn anstelle der aktiven Freigabe ein positiver Übergang des Taktsignals angelegt wird.
Die folgende Tabelle zeigt die state table von D Flip-Flop.
| D. | Qt + 1t + 1 |
|---|---|
| 0 | 0 |
| 1 | 1 |
Daher hält D Flip-Flop immer die Informationen, die am Dateneingang verfügbar sind, D des früheren positiven Übergangs des Taktsignals. Aus der obigen Zustandstabelle können wir die nächste Zustandsgleichung direkt als schreiben
Q (t + 1) = D.
Der nächste Zustand des D-Flip-Flops ist immer gleich dem Dateneingang D für jeden positiven Übergang des Taktsignals. Daher können D-Flip-Flops in Registern verwendet werden.shift registers und einige der Zähler.
JK Flip-Flop
JK Flip-Flop ist die modifizierte Version des SR Flip-Flops. Es arbeitet nur mit positiven Taktübergängen oder negativen Taktübergängen. Dascircuit diagram des JK-Flipflops ist in der folgenden Abbildung dargestellt.
Diese Schaltung hat zwei Eingänge J & K und zwei Ausgänge Q (t) & Q (t) '. Die Funktionsweise des JK-Flipflops ähnelt der des SR-Flipflops. Hier haben wir die Eingänge des SR-Flip-Flops als betrachtetS = J Q(t)’ und R = KQ(t) um das modifizierte SR-Flipflop für 4 Eingangskombinationen zu nutzen.
Die folgende Tabelle zeigt die state table von JK Flip-Flop.
| J. | K. | Q (t + 1) |
|---|---|---|
| 0 | 0 | Q (t) |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | Q (t) ' |
Hier sind Q (t) und Q (t + 1) jeweils der aktuelle Zustand und der nächste Zustand. Daher kann das JK-Flipflop für eine dieser vier Funktionen verwendet werden, wie z. B. Halten, Zurücksetzen, Setzen und Komplementieren des aktuellen Zustands basierend auf den Eingangsbedingungen, wenn ein positiver Übergang des Taktsignals angelegt wird. Die folgende Tabelle zeigt diecharacteristic table von JK Flip-Flop.
| Eingaben präsentieren | Derzeitiger Zustand | Nächster Zustand | |
|---|---|---|---|
| J | K | Q(t) | Q(t+1) |
| 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 1 |
| 0 | 1 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | 0 |
Durch Verwendung von drei Variablen K-Map können wir den vereinfachten Ausdruck für den nächsten Zustand Q (t + 1) erhalten. Three variable K-Map Für den nächsten Zustand ist Q (t + 1) in der folgenden Abbildung dargestellt.
Die maximal möglichen Gruppierungen benachbarter sind bereits in der Abbildung dargestellt. deshalb, diesimplified expression für den nächsten Zustand ist Q (t + 1)
$$ Q \ left (t + 1 \ right) = J {Q \ left (t \ right)} '+ {K}' Q \ left (t \ right) $$
T Flip-Flop
T-Flip-Flop ist die vereinfachte Version des JK-Flip-Flops. Es wird erhalten, indem der gleiche Eingang 'T' mit beiden Eingängen des JK-Flipflops verbunden wird. Es arbeitet nur mit positiven Taktübergängen oder negativen Taktübergängen. Dascircuit diagram des T-Flip-Flops ist in der folgenden Abbildung dargestellt.
Diese Schaltung hat einen einzelnen Eingang T und zwei Ausgänge Q (t) & Q (t) '. Der Betrieb des T-Flip-Flops ist der gleiche wie der des JK-Flip-Flops. Hier haben wir die Eingänge des JK-Flip-Flops als betrachtetJ = T und K = Tum das modifizierte JK-Flipflop für 2 Eingangskombinationen zu nutzen. Also haben wir die beiden anderen Kombinationen von J & K eliminiert, für die sich diese beiden Werte im T-Flip-Flop ergänzen.
Die folgende Tabelle zeigt die state table von T Flip-Flop.
| D. | Q (t + 1) |
|---|---|
| 0 | Q (t) |
| 1 | Q (t) ' |
Hier sind Q (t) und Q (t + 1) jeweils der aktuelle Zustand und der nächste Zustand. Somit kann das T-Flip-Flop für eine dieser beiden Funktionen wie Halten und Komplementieren des gegenwärtigen Zustands basierend auf den Eingangsbedingungen verwendet werden, wenn ein positiver Übergang des Taktsignals angelegt wird. Die folgende Tabelle zeigt diecharacteristic table von T Flip-Flop.
| Eingänge | Derzeitiger Zustand | Nächster Zustand |
|---|---|---|
| T | Q(t) | Q(t + 1) |
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
Aus der obigen Merkmalstabelle können wir die direkt schreiben next state equation wie
$$ Q \ left (t + 1 \ right) = {T} 'Q \ left (t \ right) + TQ {\ left (t \ right)}' $$
$$ \ Rightarrow Q \ left (t + 1 \ right) = T \ oplus Q \ left (t \ right) $$
Der Ausgang des T-Flip-Flops schaltet immer für jeden positiven Übergang des Taktsignals um, wenn der Eingang T auf logisch hoch (1) bleibt. Daher kann T-Flip-Flop in verwendet werdencounters.
In diesem Kapitel haben wir verschiedene Flip-Flops implementiert, indem wir die Kreuzkopplung zwischen NOR-Gattern bereitgestellt haben. Ebenso können Sie diese Flip-Flops mithilfe von NAND-Gattern implementieren.