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.