Przerzutnik to podstawowy element układów sekwencyjnych, którego podstawową funkcją jest pamiętanie jednego bitu informacji. Przerzutnik jest układem o co najmniej dwóch wejściach i z reguły dwóch wyjściach. Wejścia mogą być:

• Zegarowe, zwane inaczej synchronizującymi albo wyzwalającymi

• Informacyjne

• Programujące

Przerzutnik synchroniczny to przerzutnik posiadający wejście synchronizujące. Reaguje on na informację podawaną na wejścia informacyjne tylko w obecności impulsu zegarowego. Jeżeli przerzutnik nie posiada wejścia synchronizującego to nazywany jest przerzutnikiem asynchronicznym.

Przerzutnik może być wyposażony w dwa wejścia programujące: ustawiające S (ang. Set) i zerujące (ang. Reset) zwane również odpowiednio Preset i Clear. Wejścia programujące są zawsze wejściami asynchronicznymi.

Podstawowe parametry dynamiczne przerzutników to:

• Czasy propagacji sygnałów od wejść asynchronicznych do wyjść Q i negacji Q

• Czasy propagacji sygnałów od wejścia synchronizującego do wyjść Q i negacji Q

• Czas ustalenia t_s (t setup)

• Czas przetrzymywania t_h (t hold)

• Minimalny czas trwania określonych sygnałów

• Maksymalna częstotliwość przebiegu synchronizującego

Działanie przerzutnika można opisać za pomocą tzw. tablicy prawdy, tablicy przejść, tablicy wzbudzeń lub wykresu czasowego.

Tablica prawdy (tablica wartości funkcji, tablica stanów) określa stany na wejściach informacyjnych przerzutnika przed nadejściem impulsu zegarowego w chwili tn (lub t) i stany na wyjściach po wystąpieniu impulsu zegarowego w chwili tn+1 (lub t’). Ten sposób opisu jest także wykorzystywany do opisu działania podstawowych funktorów logicznych.

Tablica wzbudzeń określa, jaki powinien być stan wejść informacyjnych, aby przerzutnik przeszedł z jednego stanu do drugiego.

Tablica przejść określa, jaki będzie kolejny stan przerzutnika w zależności od aktualnego stanu przerzutnika i od aktualnego stanu jego wejść. Tablica przejść jest rysowana dość często w układzie tablicy Karnaugha i na jej podstawie jest sporządzany opis boolowski przerzutnika.

Wszystkie te sposoby opisu są sobie równoważne, czyli dysponując jednym z nich, możemy określić każdy inny.

Rodzaje przerzutników:

Przerzutnik typu RS - posiada on dwa dopełniające się wyjścia Q i Q oraz dwa wejścia programujące - ustawiające S (ang. Set) i zerujące R (ang. Reset).

Przerzutnik typu JK - jeden z podstawowych rodzajów przerzutników synchronicznych, na jego podstawie można zbudować wiele innych rodzajów przerzutników np. typu D czy JK-MS. Przerzutnik ma wejścia informacyjne J i K, zegarowe C, wyjście proste Q i jego negację ~Q. Często posiada również asynchroniczne wejścia kasujące R (Reset) i ustawiające S (Set).

Przerzutnik typu D - jeden z podstawowych rodzajów przerzutników synchronicznych, nazywany układem opóźniającym. Przerzutnik ten przepisuje stan wejścia informacyjnego D na wyjście Q. Przepisanie informacji następuje tylko przy odpowiednim stanie wejścia zegarowego.

Tabela prawdy:

D	Qn
0	0
1	1

Przerzutnik typu T - to taki przerzutnik, który po podaniu wartości logicznej 1 na wejście T i wyzwoleniu zboczem sygnału zegarowego (przeważnie opadającym), zmienia stan wyjść na przeciwny. Podanie 0 na wejście T powoduje zachowanie bieżącego stanu przerzutnika.

Tabela prawdy:

T	Qn
0	Qn-1
1	Negacja Qn-1

Przerzutnik JK jest elementem dającym największe możliwości przekształcania w inne przerzutniki. Związane jest to z istnieniem dwóch wejść informacyjnych.

Przykład wykorzystania przerzutnika JK do budowy przerzutników T(a) i D(b):

Konwersje przerzutników D w T(a) oraz T w D(b):

Jak widać do konwersji przerzutników wykorzystano dodatkową bramkę EX-OR.

Rejestrem nazywany jest układ służący do przechowywania informacji. Ze względu na sposób wprowadzania i wyprowadzania informacji rejestry dzielą się na:

• Szeregowe, umożliwiające szeregowe wprowadzenie i wyprowadzenie informacji, tzn. kolejno, bit po bicie

• Równoległe, umożliwiające równoległe wprowadzenie i wyprowadzenie informacji jednocześnie do wszystkich i ze wszystkich pozycji rejestru

• Szeregowo-równoległe, umożliwiające szeregowe wprowadzenie i równoległe wyprowadzenie informacji

• Równoległo-szeregowe, umożliwiające równoległe wprowadzenie i szeregowe wyprowadzenie informacji

Celem ćwiczenia była budowa przerzutnika typu RS na bramkach typu Nand i Nor. Przerzutnik ten składa się z dwóch odpowiednio połączonych ze sobą bramek. Ma on dwa wejścia informacyjne/programujące R i S oraz dwa wyjścia Q i negacja Q.

Przerzutnik typu RS zbudowany na bramkach Nand:

Tabela prawdy:

Negacja S	Negacja R	Qn	Negacja Qn
0	0	1	1
0	1	1	0
1	0	0	1
1	1	Qn-1	Negacja Qn-1

Tablica ilustrująca działanie logiczne:

R	S	Qn	Qn+1
0	0	0	-
0	0	1	-
0	1	0	1
0	1	1	1
1	0	0	0
1	0	1	0
1	1	0	0
1	1	1	1

Przerzutnik typu RS zbudowany na bramkach Nor:

tabela prawdy:

S	R	Qn	Negacja Qn
0	0	Qn-1	Negacja Qn-1
0	1	0	1
1	0	1	0
1	1	0	0

Tablica ilustrująca działanie logiczne:

R	S	Qn	Qn+1
0	0	0	0
0	0	1	1
0	1	0	1
0	1	1	1
1	0	0	0
1	0	1	0
1	1	0	-
1	1	1	-

Wnioski: Wejścia R i S są wejściami asynchronicznymi tzn. ich stany natychmiast oddziaływują na stany wyjść. Stan zabroniony (zaznaczony w tabeli prawdy na szaro) to sytuacja, w którym oba wyjścia posiadają taki sam stan. Z tabel prawdy wynika, że na wejścia przerzutnika typu RS na bramkach Nand nie można podać dwóch zer, natomiast na wejścia przerzutnika RS na bramkach Nor nie można podać dwóch jedynek, ponieważ w wyniku podania tych wartości zaistnieje stan zabroniony.