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

R S

Q

~Q

0 0

Q-1

~Q-1

0 1

0

1

1 0

1

0

1 1

0

0

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

~S

~R

Q

~Q

0

0

1

1

0

1

1

0

1

0

0

1

1

1

Q-1

~Q-1

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

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).