6.2 ΜΑΝΤΑΛΩΤΕΣ
Ο μανταλωτής (latch) έχει δύο εισόδους:
- S (Set - θέση)
- R (Reset - επαναφορά)
και δύο εξόδους:
- Q έξοδος
- συμπλήρωμα της εξόδου
Το βασικό κύκλωμα ενός μανταλωτή μπορεί να υλοποιηθεί με δύο πύλες NAND ή με δύο πύλες NOR.
Η έξοδος κάθε πύλης συνδέεται χιαστί με την είσοδο της άλλης πύλης δημιουργώντας ένα βρόγχο ανάδρασης (feedback), με αποτέλεσμα το flip-flop να κατατάσσεται στα ασύγχρονα ακολουθιακά κυκλώματα.
Αυτός ο τύπος flip-flop ονομάζεται R-S flip-flop άμεσης σύζευξης (direct-coupled R-S flip-flop) ή μανταλωτής SR (SR latch).
6.2.1 ΜΑΝΤΑΛΩΤΗΣ ΜΕ ΠΥΛΕΣ NAND
Το κύκλωμα του μανταλωτή (latch) μπορεί να υλοποιηθεί με δύο πύλες NAND όπως φαίνεται στο Σχήμα 6.2.1.
Σχήμα 6.2.1
Μανταλωτής (latch) με πύλες NAND
Ο Μανταλωτής με πύλες NAND είναι ένα Ασύγχρονο Ακολουθιακό Κύκλωμα που έχει:
- δύο (2) πύλες NAND
- δύο (2) εισόδους R (Reset) και S (Set)
- δύο (2) εξόδους Q και
Η κατάσταση του flip-flop είναι η τιμή της εξόδου Q. Οι (χρήσιμες) καταστάσεις στις οποίες μπορεί να βρεθεί το flip-flop είναι:
- κατάσταση θέσης (set)
όπου Q=1 και =0
- κατάσταση επαναφοράς (reset) ή μηδενισμού (clear)
όπου Q=0 και =1
Η λειτουργία του μανταλωτή με πύλες NAND περιγράφεται παρακάτω:
1. S=1 και R=1
Κατάσταση ηρεμίας του μανταλωτή. Αυτή είναι η σταθερή κατάσταση του μανταλωτή γιατί η έξοδος παραμένει αμετάβλητη (οι έξοδοι διατηρούν τις τιμές που είχαν πριν τεθεί στις εισόδους S=1 και R=1).
2. S=0 και R=1
Ενεργοποίηση του μανταλωτή. Η έξοδος είναι Q=1 (θέση) και παραμένει Q=1.
3. S=1 και R=0
Μηδενισμός του μανταλωτή. Η έξοδος είναι Q=0 (μηδενισμός) και παραμένει Q=0.
4. S=0 και R=0
Μη χρησιμοποιούμενη κατάσταση του μανταλωτή. Οι έξοδοι είναι Q=1 και =1. Δεν πρέπει να χρησιμοποιείται η κατάσταση αυτή.
Αν το flip-flop είναι σε κατάσταση θέσης (S=0 και R=1 με Q=1) και εφαρμοστεί S=1, τότε το flip-flop παραμένει σε κατάσταση θέσης (Q=1).
Αν το flip-flop είναι σε κατάσταση μηδενισμού (S=1 και R=0 με Q=0) και εφαρμοστεί R=1, τότε το flip-flop παραμένει σε κατάσταση μηδενισμού (Q=0).
Στις δύο παραπάνω περιπτώσεις οι έξοδοι παραμένουν αμετάβλητες (ο μανταλωτής έχει μνήμη).
Αν πρέπει να αλλάξει η κατάσταση του μανταλωτή, τότε:
- Αν το flip-flop είναι σε κατάσταση θέσης (S=0 και R=1 με Q=1), τότε πρώτα S=1 , οπότε το flip-flop πάει σε κατάσταση ηρεμίας, και μετά R=0, οπότε το flip-flop πάει σε κατάσταση μηδενισμού (Q=0).
- Αν το flip-flop είναι σε κατάσταση μηδενισμού (S=1 και R=0 με Q=0), τότε πρώτα R=1 οπότε το flip-flop πάει σε κατάσταση ηρεμίας και μετά S=0, οπότε το flip-flop πάει σε κατάσταση θέσης (Q=1).
Το flip-flop μπορεί να βρεθεί σε μη χρησιμοποιούμενη κατάσταση (όπου Q=1 και =1) αν S=0 και R=0 ταυτόχρονα (από S=1 και R=1). Θα πρέπει να αποφεύγεται να βρεθεί το flip-flop σε μη χρησιμοποιούμενη κατάσταση.
Στον Πίνακα 6.2.1 παρουσιάζεται ο Πίνακας Αληθείας του μανταλωτή με πύλες NAND, όπου συνοψίζεται η λειτουργία του.
Πίνακας 6.2.1
Πίνακας Αληθείας Μανταλωτή με πύλες NAND
|
S |
R |
Q |
|||
|
0 |
0 |
1 |
1 |
Μη χρησιμοποιούμενη |
Μη χρησιμοποιούμενη |
|
0 |
1 |
1 |
0 |
Q=1 |
Θέση |
|
1 |
0 |
0 |
1 |
Q=0 |
Μηδενισμός |
|
1 |
1 |
0 |
1 |
Μετά από S=1 και R=0 |
Αμετάβλητη |
|
1 |
1 |
1 |
0 |
Μετά από S=0 και R=1 |
Αμετάβλητη |
Η έξοδος Q ακολουθεί την είσοδο R όταν S¹R
6.2.2 ΜΑΝΤΑΛΩΤΗΣ ΜΕ ΠΥΛΕΣ NOR
Το κύκλωμα του μανταλωτή (latch) μπορεί να υλοποιηθεί με δύο πύλες NOR όπως φαίνεται στο Σχήμα 6.2.2.
Σχήμα 6.2.2
Μανταλωτής (latch) με πύλες NOR
Ο Μανταλωτής με πύλες NOR είναι ένα Ασύγχρονο Ακολουθιακό Κύκλωμα που έχει:
- δύο (2) πύλες NOR
- δύο (2) εισόδους R (Reset) και S (Set)
- δύο (2) εξόδους Q και
Η κατάσταση του flip-flop είναι η τιμή της εξόδου Q. Οι (χρήσιμες) καταστάσεις, στις οποίες μπορεί να βρεθεί το flip-flop είναι:
- κατάσταση θέσης (set)
όπου Q=1 και =0
- κατάσταση επαναφοράς (reset) ή μηδενισμού (clear)
όπου Q=0 και =1
Η λειτουργία του μανταλωτή με πύλες NOR περιγράφεται παρακάτω:
1. S=0 και R=0
Κατάσταση ηρεμίας του μανταλωτή. Αυτή είναι η σταθερή κατάσταση του μανταλωτή γιατί η έξοδος παραμένει αμετάβλητη (οι έξοδοι διατηρούν τις τιμές που είχαν πριν τεθεί στις εισόδους S=0 και R=0).
2. S=0 και R=1
Μηδενισμός του μανταλωτή. Η έξοδος είναι Q=0 (μηδενισμός) και παραμένει Q=0.
3. S=1 και R=0
Ενεργοποίηση του μανταλωτή. Η έξοδος είναι Q=1 (θέση) και παραμένει Q=1.
4. S=1 και R=1
Μη χρησιμοποιούμενη κατάσταση του μανταλωτή. Οι έξοδοι είναι Q=0 και =0). Δεν πρέπει να χρησιμοποιείται η κατάσταση αυτή.
Αν το flip-flop είναι σε κατάσταση θέσης (S=1 και R=0 με Q=1) και εφαρμοστεί S=0, τότε το flip-flop παραμένει σε κατάσταση θέσης (Q=1).
Αν το flip-flop είναι σε κατάσταση μηδενισμού (S=0 και R=1 με Q=0) και εφαρμοστεί R=0, τότε το flip-flop παραμένει σε κατάσταση μηδενισμού (Q=0).
Στις δύο παραπάνω περιπτώσεις οι έξοδοι παραμένουν αμετάβλητες (ο μανταλωτής έχει μνήμη).
Αν πρέπει να αλλάξει η κατάσταση του μανταλωτή, τότε:
- Αν το flip-flop είναι σε κατάσταση θέσης (S=1 και R=0 με Q=1), τότε πρώτα S=0 οπότε το flip-flop πάει σε κατάσταση ηρεμίας και μετά R=1, οπότε το flip-flop πάει σε κατάσταση μηδενισμού (Q=0).
- Αν το flip-flop είναι σε κατάσταση μηδενισμού (S=0 και R=1 με Q=0), τότε πρώτα R=0 οπότε το flip-flop πάει σε κατάσταση ηρεμίας και μετά S=1, οπότε το flip-flop πάει σε κατάσταση θέσης (Q=1).
Το flip-flop μπορεί να βρεθεί σε μη χρησιμοποιούμενη κατάσταση (όπου Q=0 και =0) αν S=1 και R=1 ταυτόχρονα (από S=0 και R=0). Θα πρέπει να αποφεύγεται να βρεθεί το flip-flop σε μη χρησιμοποιούμενη κατάσταση.
Στον Πίνακα 6.2.2 παρουσιάζεται ο Πίνακας Αληθείας του μανταλωτή με πύλες NOR, όπου συνοψίζεται η λειτουργία του.
Πίνακας 6.2.2
Πίνακας Αληθείας Μανταλωτή με πύλες NOR
|
S |
R |
Q |
|||
|
0 |
0 |
0 |
1 |
Μετά από S=0 και R=1 |
Αμετάβλητη |
|
0 |
0 |
1 |
0 |
Μετά από S=1 και R=0 |
Αμετάβλητη |
|
0 |
1 |
0 |
1 |
Q=0 |
Μηδενισμός |
|
1 |
0 |
1 |
0 |
Q=1 |
Θέση |
|
1 |
1 |
0 |
0 |
Μη χρησιμοποιούμενη |
Μη χρησιμοποιούμενη |
Η έξοδος Q ακολουθεί την είσοδο S όταν S¹R
