Obwody cyfrowe - klapki
W poprzednim rozdziale omówiliśmy zamki. To podstawowy budulec klapek. Klapki możemy zrealizować na dwa sposoby.
W pierwszej metodzie cascade two latchesw taki sposób, że pierwszy przerzutnik jest włączany dla każdego dodatniego impulsu zegarowego, a drugi przerzutnik jest włączany dla każdego ujemnego impulsu zegarowego. Aby połączenie tych dwóch zatrzasków stało się przerzutnikiem.
W drugiej metodzie możemy bezpośrednio zaimplementować przerzutnik, który jest wrażliwy na krawędzie. W tym rozdziale omówimy następujące kwestieflip-flops przy użyciu drugiej metody.
- SR Flip-Flop
- D Flip-Flop
- JK Flip-Flop
- Przerzutnik typu T
SR Flip-Flop
Przerzutnik SR działa tylko z dodatnimi lub ujemnymi przejściami zegarowymi. Natomiast zatrzask SR działa z sygnałem zezwolenia. Plikcircuit diagram przerzutnika SR pokazano na poniższym rysunku.
Ten obwód ma dwa wejścia S i R i dwa wyjścia Q (t) i Q (t) '. Działanie SR flipflop jest podobne do SR Latch. Ale ten przerzutnik wpływa na wyjścia tylko wtedy, gdy zastosowane jest pozytywne przejście sygnału zegarowego zamiast aktywnego zezwolenia.
W poniższej tabeli przedstawiono state table przerzutnika SR.
| S | R | Q (t + 1) |
|---|---|---|
| 0 | 0 | Q (t) |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | - |
Tutaj Q (t) i Q (t + 1) są odpowiednio stanem obecnym i następnym. Tak więc przerzutnik SR może być używany do jednej z tych trzech funkcji, takich jak Hold, Reset & Set w oparciu o warunki wejściowe, gdy zastosowane jest pozytywne przejście sygnału zegarowego. W poniższej tabeli przedstawionocharacteristic table przerzutnika SR.
| Obecne dane wejściowe | Stan obecny | Następny stan | |
|---|---|---|---|
| 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 |
Używając trzech zmiennych K-Map, możemy uzyskać uproszczone wyrażenie dla następnego stanu, Q (t + 1). Plikthree variable K-Map dla następnego stanu Q (t + 1) pokazano na poniższym rysunku.
Maksymalne możliwe zgrupowania sąsiednich są już pokazane na rysunku. Dlatego teżsimplified expression dla następnego stanu Q (t + 1) jest
$ Q \ left (t + 1 \ right) = S + {R} 'Q \ left (t \ right) $
D Flip-Flop
Przerzutnik D działa tylko z dodatnimi lub ujemnymi przejściami zegarowymi. Natomiast zatrzask D działa z sygnałem zezwolenia. Oznacza to, że wyjście przerzutnika D jest niewrażliwe na zmiany na wejściu D, z wyjątkiem aktywnego przejścia sygnału zegarowego. Plikcircuit diagram przerzutnika D pokazano na poniższym rysunku.
Ten obwód ma jedno wejście D i dwa wyjścia Q (t) i Q (t) '. Działanie przerzutnika D jest podobne do działania D Latch. Ale ten przerzutnik wpływa na wyjścia tylko wtedy, gdy zastosowane jest pozytywne przejście sygnału zegara zamiast aktywnego zezwolenia.
W poniższej tabeli przedstawiono state table przerzutnika D.
| re | Qt + 1t + 1 |
|---|---|
| 0 | 0 |
| 1 | 1 |
Dlatego przerzutnik D zawsze posiada informację, która jest dostępna na wejściu danych, D o wcześniejszym dodatnim przejściu sygnału zegarowego. Z powyższej tabeli stanów możemy bezpośrednio zapisać następne równanie stanu jako
Q (t + 1) = D
Następny stan przerzutnika D jest zawsze równy wejściu danych, D dla każdego dodatniego przejścia sygnału zegarowego. Stąd przerzutniki D mogą być używane w rejestrach,shift registers i niektóre liczniki.
JK Flip-Flop
Przerzutnik JK to zmodyfikowana wersja przerzutnika SR. Działa tylko z dodatnimi przejściami zegara lub ujemnymi przejściami zegara. Plikcircuit diagram przerzutnika JK pokazano na poniższym rysunku.
Ten obwód ma dwa wejścia J i K oraz dwa wyjścia Q (t) i Q (t) '. Działanie przerzutnika JK jest podobne do przerzutnika SR. Tutaj rozważaliśmy wejścia przerzutnika SR jakoS = J Q(t)’ i R = KQ(t) w celu wykorzystania zmodyfikowanego przerzutnika SR dla 4 kombinacji wejść.
W poniższej tabeli przedstawiono state table przerzutnika JK.
| jot | K. | Q (t + 1) |
|---|---|---|
| 0 | 0 | Q (t) |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | Q (t) ” |
Tutaj Q (t) i Q (t + 1) są odpowiednio stanem obecnym i następnym. Tak więc przerzutnik JK może być użyty do jednej z tych czterech funkcji, takich jak Hold, Reset, Set & Complement aktualnego stanu w oparciu o warunki wejściowe, gdy zastosowana jest dodatnia zmiana sygnału zegarowego. W poniższej tabeli przedstawionocharacteristic table przerzutnika JK.
| Obecne dane wejściowe | Stan obecny | Następny stan | |
|---|---|---|---|
| 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 |
Używając trzech zmiennych K-Map, możemy uzyskać uproszczone wyrażenie dla następnego stanu, Q (t + 1). Three variable K-Map dla następnego stanu Q (t + 1) pokazano na poniższym rysunku.
Maksymalne możliwe zgrupowania sąsiednich są już pokazane na rysunku. Dlatego teżsimplified expression dla następnego stanu Q (t + 1) jest
$$ Q \ left (t + 1 \ right) = J {Q \ left (t \ right)} '+ {K}' Q \ left (t \ right) $$
Przerzutnik typu T
Przerzutnik T to uproszczona wersja przerzutnika JK. Uzyskuje się to poprzez podłączenie tego samego wejścia „T” do obu wejść przerzutnika JK. Działa tylko z dodatnimi przejściami zegara lub ujemnymi przejściami zegara. Plikcircuit diagram T flip-flop pokazano na poniższym rysunku.
Ten obwód ma jedno wejście T i dwa wyjścia Q (t) i Q (t) '. Działanie przerzutnika T jest takie samo jak przerzutnika JK. Tutaj rozważaliśmy wejścia przerzutnika JK jakoJ = T i K = Tw celu wykorzystania zmodyfikowanego przerzutnika JK dla 2 kombinacji wejść. Więc wyeliminowaliśmy pozostałe dwie kombinacje J i K, dla których te dwie wartości są do siebie komplementarne w przerzutniku T.
W poniższej tabeli przedstawiono state table przerzutnika T.
| re | Q (t + 1) |
|---|---|
| 0 | Q (t) |
| 1 | Q (t) ” |
Tutaj Q (t) i Q (t + 1) są odpowiednio stanem obecnym i następnym. Tak więc przerzutnik T może być używany do jednej z tych dwóch funkcji, takich jak Hold i Uzupełnienie obecnego stanu w oparciu o warunki wejściowe, gdy zastosowane jest dodatnie przejście sygnału zegara. W poniższej tabeli przedstawionocharacteristic table przerzutnika T.
| Wejścia | Stan obecny | Następny stan |
|---|---|---|
| T | Q(t) | Q(t + 1) |
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
Z powyższej tabeli charakterystycznej możemy bezpośrednio napisać plik next state equation tak jak
$$ Q \ left (t + 1 \ right) = {T} 'Q \ left (t \ right) + TQ {\ left (t \ right)}' $$
$$ \ Rightarrow Q \ left (t + 1 \ right) = T \ oplus Q \ left (t \ right) $$
Wyjście przerzutnika T zawsze przełącza się przy każdym dodatnim przejściu sygnału zegarowego, gdy wejście T pozostaje w stanie logicznym High (1). W związku z tym przerzutnik T może być używany wcounters.
W tym rozdziale zaimplementowaliśmy różne przerzutniki, zapewniając sprzężenie krzyżowe między bramkami NOR. Podobnie możesz zaimplementować te przerzutniki za pomocą bramek NAND.