TC-S-01 Przerzutniki
Grzegorz Mazurek
Kilian Tomasz 2011/2012
3 EC
Mateusz Forfa
AGH Laboratorium techniki cyfrowej. KANiUP
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 bajtu informacji.
1. Zamodelować wykorzystując podstawowe bramki i przebadać struktury
przerzutników RS
a) asynchroniczny z przewagÄ… R.
Tabela charakterystyczna
S R Q
n+1
0 0 Q
n
0 1 0
1 0 1
1 1 0
Minimalna postać funkcji Q :
n+1
Qn+ð1 =ð S R +ð Qn R =ð R(S +ð Qn )
Tabela prawdy:
Q S R Q
n n+1
0 0 0 0
0 0 1 0
0 1 0 1
0 1 1 0
1 0 0 1
1 0 1 0
1 1 0 1
1 1 1 0
Realizacja funkcji Q na bramkach:
n+1
b) asynchroniczny z przewagÄ… S
Tabela charakterystyczna
S R Q
n+1
0 0 Q
n
0 1 0
1 0 1
1 1 1
Minimalna postać funkcji Q :
n+1
Qn+ð1 =ð S +ð Qn R
Tabela prawdy:
Q S R Q
n n+1
0 0 0 0
0 0 1 0
0 1 0 1
0 1 1 1
1 0 0 1
1 0 1 0
1 1 0 1
1 1 1 1
Q \SR 00 01 11 10
n
0 0 0 1 1
1 1 0 1 1
c) synchroniczny RS z przewagÄ… S
Zwykły przerzutnik R-S zmienia swój stan po zmianie stanów wejść S i R. Często
jednak pożądane jest, aby zmiana taka następowała synchronicznie z sygnałem zegarowym,
czyli taktem. W ten sposób możemy w sieci logicznej uniknąć wielu zakłóceń i hazardów
oraz synchronizować poszczególne jej elementy. Wejście zegarowe możemy wyobrazić sobie
jako swoisty zamek. Jeśli panuje na tym wejściu stan nieaktywny, to przerzutnik jest
zamknięty i zmiana stanu wejść sterujących nic nie powoduje. Dopiero po pojawieniu się
stanu aktywnego na wejściu zegarowym, przerzutnik odblokowuje wejścia sterujące i zmienia
się zgodnie z tablicą przejść. Zwróć uwagę, iż nie powiedzieliśmy jaką wartość przyjmuje
stan aktywny - może to być stan statyczny 0 lub 1 albo stan dynamiczny w momencie zmiany
poziomu logicznego z 0 na 1 lub z 1 na 0 (tzw. zbocze narastające i opadające) w zależności
od wykonania przerzutnika. Wejście taktujące oznaczamy zwykle literką C (ang Clock -
zegar)
wejście zegarowe statyczne; stan aktywny zegara 1;
C R S Q
n+1
0 0 0 Q
n
0 0 1 Q
n
ßðTablica charakterystyczna
0 1 0 Q
n
0 1 1 Q
n
1 0 0 Qn
1 0 1 0
1 1 0 1
1 1 1 ---
Tablicy Karnaugha
CS\RQ 00 01 11 10
n
C - zegar
00 0 1 1 1
S  wejście set (ustawiające  1 )
01 0 1 1 1
R  wejście reset (zerujące  0 )
11 1 1 1 1
10 0 1 0 0
Qn+ð1 =ð CS +ð Qn RC
2. Zamodelować wykorzystując podstawowe bramki i przebadać przerzutnik
typu zatrzask.
Przerzutnik typu Latch (zatrzask) jest wersjÄ… przerzutnika D wyzwalanego nie zboczem,
lecz poziomem. W czasie trwania na wejściu zegarowym stanu wysokiego, wyjście Q
powtarza stany logiczne wejścia D. W momencie zmiany na wejściu zegarowym stanu
wysokiego na niski następuje "zatrzaśnięcie" (zapamiętanie) stanu wejścia D sprzed tej
zmiany. Typowym zastosowaniem przerzutnika typu Latch jest zapamiętanie chwilowego
stanu szyny danych w celu np. zobrazownia na wyświetlaczu. Dowolny przerzutnik tego typu
charakteryzuje się mniejszą odpornością na zakłócenia od dowolnego przerzutnika
wyzwalanego zboczem.
Taela prawdy:
E D Q
n+1
E  wejście sterujące
0 0 Q
n
D  wejście informacyjne
0 1 Q
n
1 0 0
1 1 1
Qn+ð1 =ð ED +ð EDQ
3. Zamodelować przerzutnik typu  D wykorzystując podstawowe bramki i
przebadać.
Przerzutnik typu D powstaje w prosty sposób z synchronicznego przerzutnika R-S przez
dodanie jednego invertera na wejściu R. Przerzutnik ten ma ogromne zastosowanie w
tworzeniu różnych rejestrów oraz liczników. Działanie przerzutnika polega na przenoszeniu
stanu z wejścia D na wyjście Q w czasie trwania stanu aktywnego na wejściu C. Gdy wejście
wyzwalające przejdzie w stan nieaktywny, przerzutnik zapamiętuje ostatnio ustawiony stan.
C D Q
n+1
0 0 Q
n
0 1 Q
n
1 0 0
1 1 1
Qn+ð1 =ð CD +ð QnC +ð QnD
Porównanie przerzutników typu D i  zatrzask
Przerzutniki typu D należą do zbioru przerzutników wyzwalanych zboczem.
Przepisanie stanu wejścia D (informacyjnego) na wyjście Q następuje w czasie zmiany
poziomu logicznego na wejściu zegarowym z niskiego na wysoki. Przerzutnik typu Latch
(zatrzask) jest wersją przerzutnika D wyzwalanego nie zboczem, lecz poziomem. (więcej
informacji przy opisie przerzutnika typu Latch).
Realizacja  dwójki liczącej  aby na przerzutniku D zrealizować tzw. dwójkę licząca
należy na wejście D podać zanegowany sygnał wyjścia (zrobić sprzężenie zwrotne)
Q D Q
n n+1
0 0 0
Przy takiej realizacji przerzutnika układ będzie nam
0 1 1
zliczał kolejne takty sygnału zegara.
1 0 0
1 1 1
4. Zamodelować przerzutnik typu  JK wykorzystując podstawowe bramki i
przebadać.
Przerzutnik ten powstaje z synchronicznego przerzutnika R-S wyzwalanego zboczem
opadającym po dodaniu dwóch bramek AND. W przeciwieństwie do przerzutnika R-S tutaj
wszystkie stany wejść są dozwolone i wywołują dobrze zdefiniowaną zmianę stanów wyjść,
co obrazuje tabelka. Wejście J można traktować jako wejście ustawiające, a K jako zerujące.
Jeśli na obu wejściach J i K pojawi się stan 1, to przy opadającym zboczu sygnału
zegarowego wyjście Q przyjmie stan przeciwny (zmieni się z 1 na 0 lub z 0 na 1).
Tablica charakterystyczna:
J K Q
n+1
0 0 Q
n
0 1 0
1 0 1
1 1 !Q
n
Tablicy Karnaugha
C J K Q
n+1
0 0 0 Q
n CQ \JK 00 01 11 10
n
0 0 1 Qn
00 0 0 0 0
0 1 0 Q
n
01 1 1 1 1
0 1 1 Q
n
11 1 0 0 1
1 0 0 Q
n 10 0 0 1 1
1 0 1 0
1 1 0 1
1 1 1 !Q
n
Qn+ð1 =ð CQn +ð C(ðQn K +ð Qn J)ð
Realizacja  dwójki liczącej  aby na przerzutniku JK zrealizować tzw. dwójkę
licząca należy na wejścia J i K podać logiczną  1 .
Konwersja przerzutnika:
a)  D za pomocÄ…  JK
b)  JK za pomocÄ…  D