Σύγχρονα ακολουθιακά κυκλώματα
Σύγχρονα ακολουθιακά κυκλώματα
RS Flip Flop
Η λειτουργία του R-S flip-flop περιγράφεται παρακάτω:
1. Όταν S=0 και R=0, τότε η επόμενη κατάσταση (έξοδος Q) είναι ίδια με την προηγούμενη κατάσταση.
2. Όταν S=0 και R=1, τότε η επόμενη κατάσταση είναι Q=0.
3. Όταν S=1 και R=0, τότε η επόμενη κατάσταση είναι Q=1.
4. Όταν S=1 και R=1, τότε η επόμενη κατάσταση είναι απροσδιόριστη. Αυτή είναι μη χρησιμοποιούμενη κατάσταση.
Ο Χαρακτηριστικός Πίνακας του flip-flop δείχνει την επόμενη κατάσταση Q(n + 1) όταν είναι γνωστή η παρούσα κατάσταση Q(n) και οι είσοδοι.
Άσκηση
Δίνονται οι παρακάτω κυματομορφές εισόδων ενός RS FF που διεγείρεται με το θετικό μέτωπο του παλμού του ρολογιού και έχει ως εισόδους τις κυματομορφές S και R. Δεδομένου ότι Q(0)=0, να χαράξετε την κυματομορφή της εξόδου Q του RS FF.
D Flip Flop
Η λειτουργία του D flip-flop περιγράφεται παρακάτω:
1. Αν ο παλμός εισόδου είναι CP=0, τότε το flip-flop δεν μπορεί να αλλάξει κατάσταση, ανεξάρτητα από την τιμή της εισόδου D (πράγματι, αν CP=0, τότε οι είσοδοι του μανταλωτή με πύλες NAND είναι ″1″).
2. Αν ο παλμός εισόδου είναι CP=1, τότε γίνεται δειγματοληψία της εισόδου, δηλαδή αν D=0, τότε Q=0 (μηδενισμός), ενώ αν D=1, τότε Q=1 (θέση).
Το όνομα του D flip-flop προέρχεται από την δυνατότητά του να αποθηκεύει δεδομένα (Data) και να καθυστερεί τη διάδοσή τους (Delay). Οι δυαδικές πληροφορίες της εισόδου δεδομένων D του flip-flop μεταφέρονται στην έξοδο Q του flip-flop, όταν CP=1 (η έξοδος ακολουθεί τα δεδομένα εισόδου όσο CP=1). Όταν τεθεί CP=0, τότε τα δεδομένα της εισόδου D δεν μεταφέρονται στην έξοδο Q μέχρι να τεθεί CP=1.
Άσκηση
Δίνονται οι παρακάτω κυματομορφές εισόδου ενός D FF που διεγείρεται με το θετικό μέτωπο του παλμού του ρολογιού. Δεδομένου ότι Q(0)=1, να χαράξετε την κυματομορφή της εξόδου Q του.
Άσκηση
Δίνονται οι παρακάτω κυματομορφές εισόδου ενός D FF που διεγείρεται με το θετικό μέτωπο του παλμού του ρολογιού. Δεδομένου ότι Q(0)=0, να χαράξετε την κυματομορφή της εξόδου Q του.
J-K Flip Flop
Η λειτουργία του J-K flip-flop περιγράφεται παρακάτω:
1. Όταν J=0 και Κ=0, τότε η επόμενη κατάσταση είναι ίδια με την προηγούμενη κατάσταση.
2. Όταν J=0 και Κ=1, τότε η επόμενη κατάσταση είναι Q=0.
3. Όταν J=1 και Κ=0, τότε η επόμενη κατάσταση είναι Q=1.
4. Όταν J=1 και Κ=1, τότε η κατάσταση του flip-flop αντιστρέφεται, δηλαδή η επόμενη κατάσταση είναι η συμπληρωματική της προηγούμενης κατάστασης.
Άσκηση
Δίνονται οι κυματομορφές ενός J-K flip flop που διεγείρεται με παλμούς ρολογιού θετικού μετώπου. Αν Q(0)=0, να συμπληρώσετε την έξοδο Q.
Άσκηση
Δίνονται οι κυματομορφές ενός J-K flip flop που διεγείρεται με παλμούς ρολογιού θετικού μετώπου. Αν Q(0)=1, να συμπληρώσετε την έξοδο Q.
Άσκηση
Δίνονται οι κυματομορφές εισόδου ενός J-K flip flop που διεγείρεται με παλμούς ρολογιού αρνητικού μετώπου. Αν Q(0)=0, να συμπληρώσετε την έξοδο Q, λαμβάνοντας υπόψη τους παλμούς στις ασύγχρονες εισόδους PRESET και CLEAR.
T Flip Flop
Η λειτουργία του Τ flip-flop περιγράφεται παρακάτω:
1. Όταν Τ=0, τότε η επόμενη κατάσταση είναι ίδια με την προηγούμενη κατάσταση.
2. Όταν Τ=1, τότε η κατάσταση του flip-flop αντιστρέφεται, δηλαδή η επόμενη κατάσταση είναι η συμπληρωματική της προηγούμενης κατάστασης.
Το όνομα του Τ flip-flop προέρχεται από τη δυνατότητά του να αντιστρέφει (Toggle) την κατάστασή του.
Άσκηση
Δίνονται η κυματομορφή εισόδου ενός Τ flip flop που διεγείρεται με παλμούς ρολογιού θετικού μετώπου. Αν Q(0)=0, να συμπληρώσετε την έξοδο Q.
Άσκηση
Αν σε ένα Τ flip flop αρνητικού μετώπου συνδέσουμε την είσοδό του Τ στην τροφοδοσία 5V, τότε:
α) Να σχεδιάσετε τη παραπάνω συνδεσμολογία
β) Αν δώσουμε 7 παλμούς ρολογιού με αρχική κατάσταση Q(0)=1, να σχεδιάσετε τις κυματομορφές του ρολογιού, της εισόδου Τ και της κυματομορφής Q.
Διέγερση FLIP-FLOP
Η κατάσταση ενός μανταλωτή ή ενός flip-flop μεταβάλλεται με την αλλαγή ενός σήματος εισόδου που ονομάζεται διέγερση ή πυροδότηση (trigerring). Οι μανταλωτές διεγείρονται με την αλλαγή τιμής (λογικού επιπέδου) των σημάτων εισόδου τους. Για να διεγερθεί ο μανταλωτής πρέπει να είναι σε κατάσταση ηρεμίας. Τα flip-flops διεγείρονται με τους παλμούς του ρολογιού (clock) τους.
Οι παλμοί του ρολογιού μπορεί να είναι θετικοί ή αρνητικοί. Μία πηγή θετικών παλμών ρολογιού παραμένει στο ″0″ κατά το διάστημα μεταξύ παλμών και πάει στο ″1″ κατά τη διάρκεια του παλμού. Μία πηγή αρνητικών παλμών ρολογιού παραμένει στο ″1″ κατά το διάστημα μεταξύ παλμών και πάει στο ″0″ κατά τη διάρκειατου παλμού. Επομένως, και στις δύο περιπτώσεις, υπάρχουν δύο μεταβάσεις του σήματος για κάθε παλμό:
- η μετάβαση από το ″0″ στο ″1″ ονομάζεται θετική μετάβαση (Positive Going Transition - PGT) ή μετάβαση ανόδου ή θετική ακμή (positive edge) ή θετικό μέτωπο
- η μετάβαση από το ″1″ στο ″0″ ονομάζεται αρνητική μετάβαση (Negative Going Transition - NGT) ή μετάβαση καθόδου ή αρνητική ακμή (negative edge) ή αρνητικό μέτωπο
Ασύγχρονες είσοδοι
Οι είσοδοι S, R, J, Κ, D, Τ των flip-flops που αναλύθηκαν προηγουμένως ονομάζονται σύγχρονες είσοδοι, γιατί η επίδρασή τους στις εξόδους των flip-flops συγχρονίζεται με την είσοδο CP του παλμού του ρολογιού. Πολλά ολοκληρωμένα κυκλώματα flip-flops διαθέτουν δύο επιπλέον εισόδους που ονομάζονται ασύγχρονες είσοδοι, γιατί η επίδρασή τους στις εξόδους των
flip-flops δεν εξαρτάται από τους παλμούς του ρολογιού.
Οι ασύγχρονες είσοδοι καθορίζουν την κατάσταση του flip-flop ανεξάρτητα από τις τιμές των σύγχρονων εισόδων του και χρησιμοποιούνται συνήθως για να τεθούν τα flip-flops σε μία ορισμένη αρχική κατάσταση (θέση ή μηδενισμός) πριν αρχίσει η λειτουργία τους με το ρολόι. Οι ασύχρονες είσοδοι είναι:
- η προτοποθέτηση (PRESET) που χρησιμοποιείται για να τίθεται το flip-flop σε κατάσταση θέσης (Q=1).
- ο μηδενισμός (CLEAR) που χρησιμοποιείται για να τίθεται το flip-flop σε κατάσταση μηδενισμού (Q=0).
Η λειτουργία του J-K flip-flop με ασύγχρονες εισόδους περιγράφεται παρακάτω:
1. Όταν PRESET=1 και CLEAR=1 τότε οι ασύγχρονες είσοδοι είναι απενεργοποιημένες (τα κυκλάκια στις ασύγχρονες εισόδους σημαίνουνουν ότι αυτές ενεργοποιούνται με λογική κατάσταση ″0″) και οι έξοδοι του flip-flop ανταποκρίνονται στις σύγχρονες εισόδους J και Κ καθώς και στους παλμούς του ρολογιού CP, δηλαδή πραγματοποιείται η λειτουργία χρονισμού.
2. Όταν PRESET=O και CLEAR=1, τότε το flip-flop τίθεται σε κατάσταση θέσης (Q=1).
3. Όταν PRESET=1 και CLEAR=0, τότε το flip-flop τίθεται σε κατάσταση μηδενισμού (Q=0).
4. Δεν πρέπει να είναι ταυτόχρονα PRESET=0 και CLEAR=0.
(c) Αμπατζόγλου Γιάννης, MSc Ηλεκτρονικός Μηχανικός, καθηγητής ΠΕ84
Αδειοδοτημένο υπό τους όρους Creative Commons Αναφορά Δημιουργού 4.0