Circuiti digitali - Flip-flop
Nel capitolo precedente, abbiamo discusso dei latch. Questi sono gli elementi costitutivi di base delle infradito. Possiamo implementare i flip-flop in due metodi.
Nel primo metodo, cascade two latchesin modo tale che il primo latch sia abilitato per ogni impulso di clock positivo e il secondo latch sia abilitato per ogni impulso di clock negativo. In modo che la combinazione di questi due fermi diventi un flip-flop.
Nel secondo metodo, possiamo implementare direttamente il flip-flop, che è sensibile ai bordi. In questo capitolo, esaminiamo quanto segueflip-flops utilizzando il secondo metodo.
- Flip-Flop SR
- D Flip-Flop
- JK Flip-Flop
- T Flip-Flop
Flip-Flop SR
Il flip-flop SR funziona solo con transizioni di clock positive o transizioni di clock negative. Mentre il latch SR funziona con il segnale di abilitazione. Ilcircuit diagram di SR flip-flop è mostrato nella figura seguente.
Questo circuito ha due ingressi S & R e due uscite Q (t) e Q (t) '. Il funzionamento di SR flipflop è simile a SR Latch. Tuttavia, questo flip-flop influisce sulle uscite solo quando viene applicata una transizione positiva del segnale di clock invece dell'abilitazione attiva.
La tabella seguente mostra il file state table di SR flip-flop.
S | R | Q (t + 1) |
---|---|---|
0 | 0 | Q (t) |
0 | 1 | 0 |
1 | 0 | 1 |
1 | 1 | - |
Qui, Q (t) e Q (t + 1) sono rispettivamente lo stato presente e lo stato successivo. Quindi, il flip-flop SR può essere utilizzato per una di queste tre funzioni come Hold, Reset e Set in base alle condizioni di ingresso, quando viene applicata una transizione positiva del segnale di clock. La tabella seguente mostra il filecharacteristic table di SR flip-flop.
Input presenti | Stato attuale | Stato successivo | |
---|---|---|---|
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 |
Utilizzando tre variabili K-Map, possiamo ottenere l'espressione semplificata per lo stato successivo, Q (t + 1). Ilthree variable K-Map per lo stato successivo, Q (t + 1) è mostrato nella figura seguente.
I raggruppamenti massimi possibili di quelli adiacenti sono già riportati in figura. quindi, ilsimplified expression per il prossimo stato Q (t + 1) è
$ Q \ sinistra (t + 1 \ destra) = S + {R} 'Q \ sinistra (t \ destra) $
D Flip-Flop
Il flip-flop D funziona solo con transizioni di clock positive o transizioni di clock negative. Mentre il latch D funziona con il segnale di abilitazione. Ciò significa che l'uscita del flip-flop D è insensibile ai cambiamenti nell'ingresso, D eccetto per la transizione attiva del segnale di clock. Ilcircuit diagram di D flip-flop è mostrato nella figura seguente.
Questo circuito ha un singolo ingresso D e due uscite Q (t) e Q (t) '. Il funzionamento del D flip-flop è simile al D Latch. Tuttavia, questo flip-flop influisce sulle uscite solo quando viene applicata una transizione positiva del segnale di clock invece dell'abilitazione attiva.
La tabella seguente mostra il file state table di D flip-flop.
D | Qt + 1t + 1 |
---|---|
0 | 0 |
1 | 1 |
Pertanto, D flip-flop Mantiene sempre l'informazione, che è disponibile sull'ingresso dati, D della precedente transizione positiva del segnale di clock. Dalla tabella di stato sopra, possiamo scrivere direttamente la prossima equazione di stato come
Q (t + 1) = D
Lo stato successivo del flip-flop D è sempre uguale all'ingresso dei dati, D per ogni transizione positiva del segnale di clock. Quindi, i flip-flop D possono essere utilizzati nei registri,shift registers e alcuni dei contatori.
JK Flip-Flop
Il flip-flop JK è la versione modificata del flip-flop SR. Funziona solo con transizioni di clock positive o transizioni di clock negative. Ilcircuit diagram di JK flip-flop è mostrato nella figura seguente.
Questo circuito ha due ingressi J e K e due uscite Q (t) e Q (t) '. Il funzionamento del flip-flop JK è simile al flip-flop SR. Qui, abbiamo considerato gli ingressi del flip-flop SR comeS = J Q(t)’ e R = KQ(t) per utilizzare il flip-flop SR modificato per 4 combinazioni di ingressi.
La tabella seguente mostra il file state table di JK flip-flop.
J | K | Q (t + 1) |
---|---|---|
0 | 0 | Q (t) |
0 | 1 | 0 |
1 | 0 | 1 |
1 | 1 | Q (t) ' |
Qui, Q (t) e Q (t + 1) sono rispettivamente lo stato presente e lo stato successivo. Quindi, il flip-flop JK può essere utilizzato per una di queste quattro funzioni come Hold, Reset, Set & Complement of present state in base alle condizioni di ingresso, quando viene applicata una transizione positiva del segnale di clock. La tabella seguente mostra il filecharacteristic table di JK flip-flop.
Input presenti | Stato attuale | Stato successivo | |
---|---|---|---|
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 |
Utilizzando tre variabili K-Map, possiamo ottenere l'espressione semplificata per lo stato successivo, Q (t + 1). Three variable K-Map per lo stato successivo, Q (t + 1) è mostrato nella figura seguente.
I raggruppamenti massimi possibili di quelli adiacenti sono già riportati in figura. quindi, ilsimplified expression per il prossimo stato Q (t + 1) è
$$ Q \ sinistra (t + 1 \ destra) = J {Q \ sinistra (t \ destra)} '+ {K}' Q \ sinistra (t \ destra) $$
T Flip-Flop
T flip-flop è la versione semplificata di JK flip-flop. Si ottiene collegando lo stesso ingresso 'T' ad entrambi gli ingressi del flip-flop JK. Funziona solo con transizioni di clock positive o transizioni di clock negative. Ilcircuit diagram di T flip-flop è mostrato nella figura seguente.
Questo circuito ha un singolo ingresso T e due uscite Q (t) e Q (t) '. Il funzionamento del flip-flop T è uguale a quello del flip-flop JK. Qui, abbiamo considerato gli input del flip-flop JK comeJ = T e K = Tper poter utilizzare il flip-flop JK modificato per 2 combinazioni di ingressi. Quindi, abbiamo eliminato le altre due combinazioni di J e K, per le quali questi due valori sono complementari tra loro in T flip-flop.
La tabella seguente mostra il file state table di T flip-flop.
D | Q (t + 1) |
---|---|
0 | Q (t) |
1 | Q (t) ' |
Qui, Q (t) e Q (t + 1) sono rispettivamente lo stato presente e lo stato successivo. Quindi, T flip-flop può essere utilizzato per una di queste due funzioni come Hold e Complemento dello stato presente in base alle condizioni di ingresso, quando viene applicata la transizione positiva del segnale di clock. La tabella seguente mostra il filecharacteristic table di T flip-flop.
Ingressi | Stato attuale | Stato successivo |
---|---|---|
T | Q(t) | Q(t + 1) |
0 | 0 | 0 |
0 | 1 | 1 |
1 | 0 | 1 |
1 | 1 | 0 |
Dalla tabella delle caratteristiche sopra, possiamo scrivere direttamente il file next state equation come
$$ Q \ sinistra (t + 1 \ destra) = {T} 'Q \ sinistra (t \ destra) + TQ {\ sinistra (t \ destra)}' $$
$$ \ Freccia destra Q \ sinistra (t + 1 \ destra) = T \ oplus Q \ sinistra (t \ destra) $$
L'uscita del flip-flop T commuta sempre per ogni transizione positiva del segnale di clock, quando l'ingresso T rimane ad alto logico (1). Quindi, T flip-flop può essere utilizzato incounters.
In questo capitolo, abbiamo implementato vari flip-flop fornendo l'accoppiamento incrociato tra le porte NOR. Allo stesso modo, puoi implementare questi flip-flop utilizzando porte NAND.