Τα flip-flops χρησιμοποιούνται για την αποθήκευση δεδομένων και τον έλεγχο της ροής πληροφοριών σε υπολογιστές και συσκευές επικοινωνίας. Σε αντίθεση με ένα flip-flop, ένα μάνδαλο μπορεί να αλλάξει την έξοδο του όταν μια συγκεκριμένη είσοδος είναι ενεργή. Τόσο το μάνδαλο όσο και το flip-flop είναι διαφορετικά. Ένα μάνδαλο είναι ευαίσθητο στο επίπεδο, ενώ το flip-flop είναι ευαίσθητο στις άκρες.
Μπορείτε να συγκρίνετε ένα μάνδαλο και ένα flip-flop κοιτάζοντας πώς αντιδρούν στο σήμα εισόδου. Ένα μάνδαλο αλλάζει την έξοδό του ανάλογα με το επίπεδο του σήματος εισόδου. Το σήμα στην είσοδο θα είναι υψηλό ή χαμηλό. Ένα flip-flop αλλάζει την έξοδό του ανάλογα με τη μετάβαση του σήματος εισόδου. Αυτό σημαίνει ότι αντί για υψηλό και χαμηλό, το σήμα εισόδου θα ανεβαίνει ή θα πέφτει.
Οι σαγιονάρες έχουν διαφορετικούς τύπους όπως το SR, JK, D και T Flip-Flop. Αυτό το άρθρο θα συζητήσει λεπτομερώς το flip-flop τύπου D. Μπορείτε να σχεδιάσετε το flip-flop τύπου D χρησιμοποιώντας ένα flip-flop SR. Μια πύλη NOT πρέπει να συνδεθεί μεταξύ των εισόδων S και R του flip-flop τύπου D και οι δύο αυτές είσοδοι συνδέονται μεταξύ τους. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε το flip-flop τύπου D στη θέση των flip-flop SR, για αυτήν τη διαμόρφωση χρειάζεστε μόνο την κατάσταση SET και RESET.
Γρήγορη περιγραφή:
- Τι είναι ένα Flip-Flop τύπου D;
- Κύκλωμα Flip-Flop τύπου D
- Διάγραμμα χρονισμού
- Πίνακας αλήθειας για το Flip-Flop τύπου D
- Διαμόρφωση Master-Slave του Flip Flop τύπου D
- Κύκλωμα Flip-Flop τύπου Master-Slave D
- Flip Flop τύπου D για διαίρεση συχνότητας
- D Σαγιονάρες ως μάνδαλα δεδομένων
- Διαφανές μάνδαλο δεδομένων
- IC Flip-Flop τύπου D
- συμπέρασμα
Τι είναι ένα Flip-Flop τύπου D;
Ένα flip-flop τύπου D (Delay flip-flop) είναι ένα χρονισμένο στοιχείο ψηφιακού κυκλώματος που έχει δύο σταθερές καταστάσεις. Αυτός ο τύπος flip-flop χρησιμοποιεί καθυστέρηση ενός κύκλου ρολογιού στην είσοδό του. Λόγω αυτού, μπορείτε να συνδέσετε πολλαπλές σαγιονάρες τύπου D σε έναν καταρράκτη για να δημιουργήσετε κυκλώματα καθυστέρησης. Οι σαγιονάρες τύπου D έχουν διαφορετικές εφαρμογές, ειδικά σε συστήματα ψηφιακής τηλεόρασης.
Κύκλωμα Flip-Flop τύπου D
Ένα απλό Flip-Flop τύπου D περιέχει τέσσερις εισόδους και δύο εξόδους. Αυτές οι εισροές είναι:
1. Δεδομένα
2. Ρολόι
3. Σετ
4. Επαναφορά
Οι δύο έξοδοι ενός flip-flop τύπου D είναι λογικά αντίστροφες μεταξύ τους. Τα δεδομένα εισόδου μπορεί να είναι είτε λογικό 0 (χαμηλή τάση) είτε λογικό 1 (υψηλή τάση). Το σήμα εισόδου ρολογιού θα συγχρονίσει το flip-flop με ένα εξωτερικό σήμα. Οι δύο είσοδοι set και reset διατηρούνται σε χαμηλά λογικά επίπεδα. Ένα flip-flop τύπου D έχει δύο πιθανές καταστάσεις. Όταν η είσοδος δεδομένων (D) του flip-flop είναι 0, θα επαναφέρει το flip-flop και θα έχει ως αποτέλεσμα την έξοδο 0. Όταν η είσοδος δεδομένων (D) είναι 1, θα ορίσει το flip-flop και θα έχει ως αποτέλεσμα έξοδος 1.
Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι η σαγιονάρα τύπου D είναι διαφορετική από μια ασφάλιση τύπου D. Ένα μάνδαλο τύπου D δεν απαιτεί σήμα ρολογιού, αλλά ένα flip-flop τύπου D απαιτεί σήμα ρολογιού για να αλλάξει την κατάστασή του.
Μπορείτε να κατασκευάσετε ένα flip-flop τύπου D με ένα ζευγάρι μάνδαλα SR. Απαιτείται επίσης μια ανεστραμμένη σύνδεση για μια μεμονωμένη είσοδο δεδομένων μεταξύ των εισόδων S και R. Οι είσοδοι S και R δεν μπορούν να είναι ταυτόχρονα υψηλές ή χαμηλές. Ένα κύριο χαρακτηριστικό ενός flip-flop τύπου D είναι ότι μπορεί να δημιουργήσει ένα μάνδαλο, το οποίο μπορεί να αποθηκεύει και να διατηρεί πληροφορίες δεδομένων. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε αυτήν την ιδιότητα κλειδώματος ενός flip-flop τύπου D για να δημιουργήσετε ένα κύκλωμα καθυστέρησης και να επεξεργαστείτε τα δεδομένα όταν χρειάζεται. Οι σαγιονάρες τύπου D χρησιμοποιούνται κυρίως σε διαχωριστές συχνότητας και μάνδαλα δεδομένων.
Διάγραμμα χρονισμού
Ας αναλύσουμε το διάγραμμα χρονισμού από αριστερά προς τα δεξιά:
- Στην αρχή του διαγράμματος χρονισμού, το Q είναι αρχικά ΧΑΜΗΛΟ. Όταν το SET γίνει για λίγο ΥΨΗΛΟ, Q γίνεται ΥΨΗΛΟ και παραμένει ΥΨΗΛΟ. Από την άλλη πλευρά, όταν το RESET πάει για λίγο ΥΨΗΛΟ, Q γίνεται LOW και παραμένει LOW.
- Οι αλλαγές στα DATA από LOW σε HIGH δεν επηρεάζουν το Q . Η έξοδος δεν ανταποκρίνεται στις αλλαγές DATA. Στην ανερχόμενη άκρη του πρώτου παλμού ρολογιού, καθώς τα ΔΕΔΟΜΕΝΑ είναι ΥΨΗΛΑ, Q γίνεται ΥΨΗΛΟ. Αν και τα ΔΕΔΟΜΕΝΑ αλλάζουν στιγμιαία σε LOW και μετά πίσω σε HIGH. Όλα αυτά δεν επηρεάζουν την Q . Στην ανερχόμενη άκρη του δεύτερου παλμού ρολογιού, τα ΔΕΔΟΜΕΝΑ εξακολουθούν να είναι ΥΨΗΛΑ και το Q παραμένει επίσης ΥΨΗΛΟ.
- Μετακίνηση στην ανερχόμενη άκρη του τρίτου παλμού ρολογιού, όταν το DATA είναι LOW, Q γίνεται ΧΑΜΗΛΟ. Στον τέταρτο και τον πέμπτο παλμό ρολογιού, όπου τα ΔΕΔΟΜΕΝΑ παραμένουν ΧΑΜΗΛΑ, Q παραμένει επίσης ΧΑΜΗΛΟ σε κάθε ανερχόμενη άκρη. Τέλος, όταν έρχεται η ανερχόμενη άκρη, τα ΔΕΔΟΜΕΝΑ είναι ΥΨΗΛΑ και Q πηγαίνει επίσης σε HIGH.
Σημειώστε ότι το Q̅ είναι πάντα το αντίθετο του Q . Η είσοδος SET μπορεί να κάνει την έξοδο ΥΨΗΛΗ ανά πάσα στιγμή. Ομοίως, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε την είσοδο RESET για να κάνετε την έξοδο LOW όποτε θέλετε.
Πίνακας αλήθειας για το Flip-Flop τύπου D
Τα χαρακτηριστικά flip-flop τύπου D μπορούν να γραφτούν χρησιμοποιώντας τον πίνακα αλήθειας D flip-flop. Μέσα στον πίνακα αλήθειας, μπορούμε να δούμε ότι έχουμε μία είσοδο που είναι D. Ομοίως, έχουμε μόνο μία έξοδο που είναι Q(n+1).
| CLK | ρε | Q(n+1) | κατάσταση |
| – | 0 | 0 | ΕΠΑΝΑΦΟΡΑ |
| – | 1 | 1 | ΣΕΙΡΑ |
Στον πίνακα χαρακτηριστικών ενός flip-flop τύπου D, έχουμε δύο εισόδους, D και Qn. Ο πίνακας χαρακτηριστικών έχει μία έξοδο Q(n+1).
Από το λογικό διάγραμμα τύπου D, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι το Qn και το Qn' είναι δύο συμπληρωματικές έξοδοι. Αυτές οι δύο έξοδοι λειτουργούν επίσης ως είσοδοι για την πύλη 3 και την πύλη 4. Έτσι το Qn που είναι η παρούσα κατάσταση του flip-flop θα θεωρηθεί ως είσοδος και το Q(n+1) που είναι η επόμενη κατάσταση του flip-flop θα θεωρηθεί ως έξοδος.
| ρε | Qn | Q(n+1) |
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 |
Χρησιμοποιώντας τον χαρακτηριστικό πίνακα των flip-flops τύπου D, μπορούμε να γράψουμε την έκφραση Boolean K-map από έναν K-map 2 μεταβλητών.
Διαμόρφωση Master-Slave του Flip Flop τύπου D
Για να βελτιώσουμε τη συμπεριφορά ενός flip-flop τύπου D, μπορούμε να προσθέσουμε ένα δεύτερο flip-flop SR στο τέλος της εξόδου flip-flop τύπου D. Αυτό θα έχει ως αποτέλεσμα την ενεργοποίηση ενός συμπληρωματικού σήματος ρολογιού από την έξοδο ενός flip-flop τύπου D. Ως αποτέλεσμα, θα σχηματιστεί ένα flip-flop τύπου Master-Slave D. Όταν έρθει το μπροστινό άκρο (χαμηλό-προς-υψηλό) του σήματος ρολογιού, η συνθήκη εισόδου στο κύριο flip-flop θα κλειδωθεί. Ενώ η έξοδος της κύριας flip-flop τύπου D θα απενεργοποιηθεί.
Ομοίως, όταν φτάσει η τελική ή η πτωτική ακμή (High-to-Low) του σήματος ρολογιού, θα ενεργοποιηθεί η δευτερεύουσα μονάδα δεύτερου σταδίου. Όταν ο παλμός του ρολογιού πηγαίνει από υψηλό σε χαμηλό (κατά τη διάρκεια ενός αρνητικού παλμού), η έξοδος αλλάζει. Μπορείτε να σχεδιάσετε τις σαγιονάρες τύπου Master-Slave D τοποθετώντας τα δύο μάνδαλα, με τα δύο να έχουν αντίθετες φάσεις ρολογιού.
Κύκλωμα Flip-Flop τύπου Master-Slave D
Έτσι, από το κύκλωμα Master-Slave τύπου D, μπορείτε να δείτε πώς το κύριο flip-flop φορτώνει δεδομένα από την είσοδο D όταν ο παλμός ρολογιού αυξάνεται στο κύκλωμα Master-Slave τύπου D. Αυτό κάνει τον κύριο να αναποδογυρίζει. Στο δεύτερο άκρο (φθίνουσα άκρη) του παλμού ρολογιού, το slave flip-flop θα φορτώσει τώρα τα δεδομένα και θα ενεργοποιήσει τον slave.
Συνολικά, αυτή η διαμόρφωση θα έχει ως αποτέλεσμα το ένα flip-flop να είναι πάντα ON ενώ το άλλο είναι OFF. Σημειώστε ότι η έξοδος Q αυτής της διαμόρφωσης flip-flop master-slave θα καταγράψει την τιμή του D μόνο όταν εφαρμόζεται ένας πλήρης κύκλος παλμού ρολογιού. Αυτός ο πλήρης κύκλος θα πρέπει να περιέχει ένα προβάδισμα καθώς και μια πτώση στη διαμόρφωση του 0-1-0.
Flip Flop τύπου D για διαίρεση συχνότητας
Μπορείτε επίσης να χρησιμοποιήσετε το flip-flop τύπου D ως κύκλωμα διαιρέτη συχνότητας. Συνδέστε απευθείας την έξοδο D flip-flop Q με την είσοδο D. Αυτό θα δημιουργήσει ένα σύστημα ανάδρασης κλειστού βρόχου. Για κάθε δύο κύκλους παλμών ρολογιού, η δισταθή θα εναλλάσσεται.
Το Data Latch μπορεί επίσης να λειτουργήσει ως Binary Divider ή Frequency Divider. Αυτό θα έχει ως αποτέλεσμα τη δημιουργία ενός κυκλώματος μετρητή διαίρεση με 2. Αυτό σημαίνει ότι η συχνότητα εξόδου μειώνεται στο μισό σε σύγκριση με τη συχνότητα παλμού ρολογιού.
Συμπεριλαμβανομένου ενός συστήματος βρόχου ανάδρασης γύρω από το flip-flop τύπου D, μπορείτε επίσης να δημιουργήσετε διαφορετικούς τύπους κυκλωμάτων flip-flop, όπως flip-flop τύπου T, γνωστά και ως δισταθή flip-flop τύπου T. Αυτό το flip-flop τύπου Τ σε δυαδικούς μετρητές μπορεί να λειτουργήσει σαν ένα κύκλωμα διαίρεσης με δύο, όπως φαίνεται παρακάτω.
Από την παραπάνω κυματομορφή, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι όταν η έξοδος Q δίνεται ως ανάδραση στον ακροδέκτη εισόδου D, η συχνότητα των παλμών εξόδου στο Q θα είναι ακριβώς ίση με το μισό (ƒ/2) αυτής της συχνότητας ρολογιού εισόδου (ƒ ΣΕ ). Με άλλα λόγια, αυτό το κύκλωμα επιτυγχάνει τη διαίρεση συχνότητας διαιρώντας τη συχνότητα εισόδου με συντελεστή δύο. Το Q πηγαίνει στο 1 μία φορά κάθε δύο κύκλους ρολογιού.
D Σαγιονάρες ως μάνδαλα δεδομένων
Τα D flip-flops μαζί με τη διαίρεση συχνότητας μπορούν επίσης να λειτουργήσουν ως μάνδαλα δεδομένων. Το Data Latch είναι μια συσκευή που λειτουργεί για να διατηρεί ή να ανακαλεί τα δεδομένα που υπάρχουν στην είσοδο του. Στην πραγματικότητα λειτουργεί ως συσκευή μνήμης ενός bit. Μπορείτε εύκολα να βρείτε IC όπως το TTL 74LS74 ή το CMOS 4042 σε μορφή Quad. Αυτά τα IC είναι ειδικά σχεδιασμένα για τον σκοπό ασφάλισης δεδομένων.
Για να δημιουργήσετε μια ασφάλεια δεδομένων 4 bit, συνδέστε τις τέσσερις ασφάλειες δεδομένων 1 bit μαζί. Επίσης, βεβαιωθείτε ότι οι είσοδοι ρολογιού όλων αυτών των κλειδαριών δεδομένων 1 bit είναι διασυνδεδεμένες και συγχρονισμένες. Παρακάτω είναι ένα δεδομένο κύκλωμα ασφάλισης δεδομένων 4-bit.
Διαφανές μάνδαλο δεδομένων
Στα ηλεκτρονικά και ψηφιακά κυκλώματα, θα βρείτε τις πολυάριθμες εφαρμογές του Data Latch. Χρησιμοποιώντας το Data Latch μπορείτε να διαχειριστείτε την προσωρινή αποθήκευση, τη διαχείριση θύρας I/O, την οδήγηση διαύλου αμφίδρομης κατεύθυνσης και την οδήγηση οθόνης. Είναι σχεδιασμένο με τέτοιο τρόπο ώστε να σας δίνει πολύ υψηλή αντίσταση εξόδου και στα δύο Q και η συμπληρωματική του έξοδος Q̅ . Αυτό θα έχει ως αποτέλεσμα την ελαχιστοποίηση των επιπτώσεων της σύνθετης αντίστασης στα συνδεδεμένα κυκλώματα.
Τις περισσότερες φορές, θα διαπιστώσετε ότι δεν χρησιμοποιούνται συνήθως μάνδαλα δεδομένων 1 bit. Τα εμπορικά διαθέσιμα IC ενσωματώνουν πολλαπλά μεμονωμένα μάνδαλα δεδομένων (4, 8, 10, 16 ή 32) σε ένα μόνο πακέτο. Ένα παράδειγμα είναι το 74LS373 Οκταδικό διαφανές μάνδαλο τύπου D.
Μπορείτε να σκεφτείτε το 74LS373 ως συσκευή που έχει οκτώ Σαγιονάρες τύπου D μέσα σε αυτό. Κάθε flip-flop έχει μια εισαγωγή δεδομένων ρε και μια έξοδο Q . Όταν η είσοδος ρολογιού (CLK) είναι ΥΨΗΛΗ, η έξοδος κάθε flip-flop θα ταιριάζει με την είσοδο δεδομένων. Αυτό σημαίνει ότι η εισαγωγή δεδομένων είναι διαφανής ή ορατή στην έξοδο. Σε αυτή την ανοιχτή κατάσταση, το μονοπάτι από ΡΕ εισαγωγή σε Q̅ η έξοδος είναι διαφανής. Αυτό επιτρέπει στα δεδομένα να ρέουν ανεμπόδιστα, γι' αυτό και δίνεται το όνομα διαφανές μάνδαλο.
Από την άλλη πλευρά, όταν το σήμα του ρολογιού είναι LOW, το μάνδαλο κλείνει. Η έξοδος στο Q̅ μανδαλώνεται στην τελευταία τιμή των δεδομένων που υπάρχουν πριν αλλάξει το σήμα ρολογιού. Σε αυτό το σημείο, Q̅ δεν αλλάζει πλέον ως απάντηση σε ΡΕ .
IC Flip-Flop τύπου D
Υπάρχουν διάφοροι τύποι IC D flip-flop που διατίθενται τόσο σε πακέτα TTL όσο και σε πακέτα CMOS. Το 74LS74 είναι μια από τις πιο συχνά χρησιμοποιούμενες επιλογές που μπορείτε να εξετάσετε. Αυτό είναι το IC διπλού D flip-flop που περιέχει δύο μεμονωμένους διστάθμους τύπου D σε ένα μόνο τσιπ. Χρησιμοποιώντας αυτό, μπορείτε να δημιουργήσετε μια εναλλαγή σαγιονάρας μεμονωμένης ή master-slave.
Υπάρχουν επίσης διαθέσιμα μερικά άλλα κυκλώματα κυκλώματος flip-flop τύπου D, όπως το flip-flop 74LS174 HEX D με άμεση καθαρή είσοδο. Ένα άλλο IC flip-flop D είναι το 74LS175 Quad D flip-flop με συμπληρωματικές εξόδους. Η σαγιονάρα 74LS273 Octal τύπου D έχει συνολικά 8 σαγιονάρες τύπου D. Και οι οκτώ αυτές σαγιονάρες έχουν σαφή είσοδο. Όλες αυτές οι είσοδοι συνδέονται σε ένα μόνο πακέτο.
συμπέρασμα
Το Flip-Flop τύπου D μπορεί να σχεδιαστεί χρησιμοποιώντας τα δύο μάνδαλα SR back-to-back. Ένας μετατροπέας χρησιμοποιείται επίσης μεταξύ των εισόδων S και R. Αυτό θα εξάγει μία μόνο είσοδο D (δεδομένα). Μπορείτε να προσθέσετε ένα δεύτερο flip-flop SR σε ένα βασικό flip-flop τύπου D. Αυτό θα βελτιώσει τη λειτουργία της flip-flop τύπου D. Μπορείτε να συνδέσετε αυτό το flip-flop SR στην έξοδο του flip-flop τύπου D. Θα λειτουργεί μόνο όταν το σήμα ρολογιού είναι αντίθετο από το αρχικό. Αυτή η διαμόρφωση είναι επίσης γνωστή ως flip-flop Master-Slave D.
Τόσο το μάνδαλο τύπου D όσο και το flip-flop τύπου D είναι διαφορετικά. Το Latch δεν έχει σήμα ρολογιού, ενώ το flip-flop τύπου D περιέχει σήμα ρολογιού. Το D flip-flop είναι μια συσκευή που ενεργοποιείται από τις άκρες. Η μεταφορά δεδομένων εισόδου ελέγχεται χρησιμοποιώντας την ακμή του ρολογιού που ανεβαίνει ή πέφτει. Από την άλλη πλευρά, τα μάνδαλα δεδομένων, όπως το μάνδαλο δεδομένων και το διαφανές μάνδαλο, είναι οι συσκευές με ευαισθησία στο επίπεδο.