Przerzutniki

1.

Wstęp

Przerzutnik (z ang. flip-flop) jest to podstawowy element pamiętający każdego
układu cyfrowego, przeznaczonego do przechowywania i ewentualnego
przetwarzania informacji. Przerzutnik współtworzy najniższe piętro struktury
układu i zdolny jest do zapamiętania jednego bitu informacji. Grupa czterech lub
ośmiu połączonych ze sobą przerzutników tworzy następne, wyższe piętro - tzw.
rejestr, zdolny już do pamiętania jednego bajta informacji. Przerzutniki dzielimy
na synchroniczne i asynchroniczne. W przerzutnikach synchronicznych występuje
pewien wyróżniony sygnał, zwany przebiegiem zegarowym. Przebieg ten
wyznacza cykl pracy układu, a jego okres, oznacza jednostkę czasu. Przerzutnik
taki reaguje tylko w danym momencie( na zboczu narastającym lub opadającym).
W chwili reakcji, stan innych wejść nie powinien się zmieniać. W przerzutnikach
asynchronicznych każda zmiana stanu wejść układu oddziałuje na układ. Działanie
przerzutnika można opisać za pomocą tzw. tablicy przejść, tablicy wzbudzeń,
tablicy charakterystycznej lub wykresu czasowego. Podstawowymi przerzutnikami
asynchronicznymi są przerzutniki typu RS, a synchronicznymi, przerzutniki typu
JK i D.

-

Przerzutnik asynchroniczny RS. Zwykle zbudowany jest z dwóch bramek

NOR. Posiada 2 wejścia(ustawiające S i zerujące R), oraz 2 wyjścia(Q i
P). z powodu konstrukcyjnego, dla tego typu przerzutnika zakazany jest
stan wejść RS = 11.(jednocześnie chcemy ustawić i wyzerować
przerzutnik). Przerzutnik ten można też zbudować z bramek NAND. Taki
przerzutnik jest włączany gdy na wejściu ustawiającym pojawi się 0
logiczne, czyli dokładnie odwrotnie niż w przerzutniku RS na bramkach
NOR. W tym przerzutniku także wejścia są odwrotnie nazwane. Jest tak
dlatego, że dla przerzutnika zbudowanego na NOR, poziomem aktywnym
sygnałów wejściowych jest poziom wysoki, natomiast dla przerzutnika
zbudowanego na NAND poziom aktywny to poziom niski.

-

Przerzutnik synchroniczny typu D – posiada jedno wejście informacyjne D i

wejście zegarowe C. w opisie działania przerzutnika nie występuje w
sposób jawny sygnał zegarowy. Jest on ukryty w zapisie Q – Q

+

. Z

charakterystyki tego przerzutnika wynika, że na wyjściu przerzutnika
pojawia się to co jest na jego wejściu, ale dopiero w chwili wystąpienia
impulsu zegarowego. Dlatego przerzutnik D nazywany jest elementem
opóźniającym.

-

Przerzutnik synchroniczny typu JK posiada dwa wejścia informacyjne

oznaczone literami J i K, oraz wejście zegarowe C. wejście J = 1 ustawia
przerzutnik w stan 1 a wejście K=1 ustawia przerzutnik w stan 0. w tym
przerzutniku stan 11 nie jest zabroniony, ponieważ wtedy zmienia on swój
stan na przeciwny.

Metody opisu działania przerzutników:
Opisane dla przerzutnika JK:

-

Tablica charakterystyczna

-

Tablica przejść

-

Tablica przejść w układzie tablicy Karnaugh

-

Tablica wzbudzeń

-

Przebieg czasowy(z aktywnym zboczem ujemnym)

2.

Wykonanie ćwiczenia

-

Pierwszym zadaniem było zbudowanie i sprawdzenie działania przerzutnika RS na

bramkach NOR

Na schemacie wejście R jest u góry, a S na dole. Q-1 oraz ~Q-1 oznacza stan
poprzedni. Przy R=1 i S=1 wyjścia przyjmowały stan 0, ale musimy pamiętać, że ten
układ wejściowy jest logicznie zabroniony.

-

Kolejnym zadaniem było zbudowanie i sprawdzenie działania przerzutnika RS na

bramkach NAND

Na schemacie wejście ~R jest na dole, a ~S u góry. Podobnie jak w poprzednim

przykładzie Q-1 i ~Q-1 oznacza stan poprzedni. Przy R=0 i S=0 wyjścia przyjmowały stan 1,
ale musimy pamiętać, że ten układ wejściowy jest logicznie zabroniony.

-

Następnym zadaniem było wykonanie przerzutnika D typu zatrzask

R S

Q

~Q

0 0

Q-1

~Q-1

0 1

0

1

1 0

1

0

1 1

0

0

~S

~R

Q

~Q

0

0

1

1

0

1

1

0

1

0

0

1

1

1

Q-1

~Q-1

C

D

Q

0

0

Q-1

0

1

Q-1

1

0

0

1

1

1

Przerzutnik taki, dla wejścia C równego logiczne „0” przyjmuje wartość z poprzedniego
ustawienia. Gdy wejście C jest ustawione na „1”, wtedy na wyjściu pojawia się dana wysłana
na wejściu D.

-

Kolejnym zadaniem było wykonanie przerzutnika JK typu Master-Slave.

Niestety przerzutnik ten zbudowany zgodnie z instrukcją, dla dowolnego ustawienia

wejść J i K, oraz stanu M, na wyjściu uzyskiwał „błąd”.

-

Ostatnim zadaniem było wykonanie przerzutnika RS typu Master-Slave

Przerzutnik ten przy stanach 0 na wejściach RS i zmianie C, zaczynał stale zmieniać sygnał
wyjściowy. Przy ustawieniu „1” na wejściu R i „0” na S, oraz zmianie C, zmieniał stan na
wyjściu na „1”, a przy odwrotnej konfiguracji, na „0”.

3.

Wnioski

Przerzutniki są podstawowymi elementami pamięciowymi układów cyfrowych.
Występują różne ich typy(asynchroniczne, synchroniczne, JK, RS, D). Każdy z typów
inaczej reaguje na podane mu dane wejściowe. Przerzutniki można składać ze sobą,
tworząc różne układy scalone(np. liczniki).