UNIWERSYTET ŚLĄSKI

WYDZIAŁ TECHNIKI

INSTYTUT INFORMATYKI

LABORATORIUM ELEKTRONIKI

OPRACOWANIE ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Z ELEKTRONIKI CYFROWEJ

Temat opracowania: Przerzutniki

Spis treści

1. Wstęp 3

1.1. przerzutniki asynchroniczne 4

1.2. przerzutniki synchroniczne 5

1.3. symbole ważniejszych przerzutników 6

1.4. tablica wzbudzeń 6

2. Zadania 7

2.1. zadanie 1 7

2.2. zadanie 2 8

2.3. zadanie 3 9

2.4. zadanie 4 11

2.5. zadanie 5 12

3. Literatura 14

1. Wstęp

Zapamiętywanie wartości wybranych zmiennych binarnych, jak również sekwencji tych wartości odbywa się w układach zwanych elementami pamięci. Elementami tymi w technice TTL są wszelkiego rodzaju przerzutniki występujące oddzielnie lub w zespołach, połączone w rejestry, liczniki lub bloki pamięci.

W aktualnie produkowanych przerzutnikach scalonych TTL wyróżnia się dwa podstawowe rodzaje wejść informacyjnych: - wejścia asynchroniczne, oznaczane małymi literami, - wejścia synchroniczne, oznaczane dużymi literami.

Wejścia asynchroniczne przerzutnika to takie, na których zmiana wartości informacji wywołuje bezpośrednio zmianę wartości zmiennych wyjściowych.

Wejścia synchroniczne przerzutnika używane są do wywołania zmiany wartości zmiennych wyjściowych, ale zmiana ta następuje w takt impulsu synchronizującego, zwanego również impulsem zegarowym lub taktującym. Brak impulsu taktującego oznacza, że przerzutnik nie będzie reagował na zmiany wartości zmiennych informacyjnych synchronicznych przerzutnika.

W schematach układów elektronicznych stosuje się symbol przerzutnika pokazany na rys. 8.1.

Przerzutnik ma dwa wyjścia komplementarne Q i ~Q oraz pięć wejść: - dwa wejścia informacyjne synchroniczne A i B, - dwa wejścia informacyjne asynchroniczne s i r, - wejście zegarowe C.


rys. 8.1. Symbole przerzutnika.

Zmienna s zwana jest zmienną wpisującą (ang. set), zmienna r zwana jest zmienną zerującą (ang. reset). Kółko na wejściu, podobnie jak w przypadku bramek, oznacza inwersję sygnału (~s,~r) czyli aktywny niski poziom logiczny zmiennej.

Na wejście oznaczone literą C wprowadza się impuls taktujący.

Często część wejść przerzutnika nie jest używana, korzysta się na przykład tylko z wejść synchronicznych lub asynchronicznych. Może być również taka sytuacja, że wykorzystywane są wejścia synchroniczne i jedno z wejść asynchronicznych (np. w licznikach).

Gdy o wartości zmiennych wyjściowych przerzutnika decydują tylko wejścia asynchroniczne, mówimy wtedy o przerzutniku asynchronicznym. Gdy stan przerzutnika ulega zmianie pod wpływem impulsu taktującego, mamy do czynienia z przerzutnikiem synchronicznym.

1.1. Przerzutniki asynchroniczne

W przerzutnikach asynchronicznych wyróżnia się cztery podstawowe cechy:

• dominujące wejście wpisujące,

• dominujące wejście zerujące,

• aktywny poziom wysoki - H,

• aktywny poziom niski - L (inwersja sygnałów wejściowych).

W literaturze spotyka się często opis pracy przerzutnika za pomocą tablicy przejść. Przykładem jest tablica 1.

Opisuje ona zależność wyjścia Q przerzutnika w chwili n+1 od wartości zmiennych s i r w chwili n. Przykład ten dotyczy przerzutnika zmieniającego wartości na wyjściach Q pod wpływem wysokiego poziomu logicznego sygnału wejściowego. Stan "nieokreślony" w tablicy oznacza, że wartości zmiennych Qⁿ⁺¹ będą zależne od dominacji wybranego wejścia przerzutnika (dominuje s lub r).

a) b)

s^n	r^n	Q^n+1		s^n	r^n	Q^n+1
0	0	Q^n			1	1	Q^n
0	1	0			1	0	0
1	0	1			0	1	1
1	1	X			0	0	x

x - stan nieokreślony
tab. 1. a)Tablica przejść przerzutnika sr z wysokim sygnałem aktywnym.

b)Tablica przejść przerzutnika sr z niskim sygnałem aktywnym.

Na podstawie tab. 1.można zbudować dla przerzutników siatki Karnaugha, których przykłady podane są na rys.2.

Rys 2. Siatka Karnaugha dla przerzutników asynchronicznych a) wysoki sygnał aktywny, dominujące wejście zerujące b) niski sygnał aktywny, dominujące wejście wpisujące.




Rys 3. (z lewej) Przerzutnik sr o dominującym wejściu zerującym z wysokim sygnałem aktywnym.
Rys 4. (z prawej) Przerzutnik sr o dominującym wejściu wpisującym z niskim sygnałem aktywnym.

1.2. Przerzutniki synchroniczne

Jak już wspomniano, w przerzutnikach synchronicznych o poziomie napięć na wyjściach przerzutnika decyduje poziom napięć na jego wejściach informacyjnych, ale przejście przerzutnika do nowego stanu odbywa się w takt impulsu zegarowego.

Z punktu widzenia sposobu oddziaływania wejść informacyjnych przerzutników na wartości zmiennych wyjściowych wyróżnia się następujące typy przerzutników synchronicznych: SR (RS), JK, T i D. Tablice przejść przerzutników przedstawiono na tab. 2.

S^n	R^n	Q^n+1		D^n	Q^n+1
0	0	Q^n			0		0
0	1	0			1		1
1	0	1
1	1	X
J^n	K^n	Q^n+1		T^n	Q^n+1
0	0	Q^n			0	Q^n
0	1	0			1	~Q^n
1	0	1
1	1	~Q^n

tab. 2. Tablice przejść przerzutników synchronicznych.

Zastosowanie przerzutników synchronicznych umożliwia sterowanie wszystkimi urządzeniami systemu zgodnie, w takt impulsu zegarowego, co w wielu urządzeniach cyfrowych jest warunkiem nieodzownym.

1.3. Symbole ważniejszych przerzutników

Rys 5. Symbole ważniejszych przerzutników scalonych.

1.4. Tablica wzbudzeń

Czasami zdarza się, że brak jest potrzebnego przerzutnika. Można wówczas zaprojektować go na bazie innego. Wykorzystuje się w tym celu tablicę wzbudzeń. Tab. 3. jest przykładem takiej tablicy dla przerzutników synchronicznych.

	0 1 1 0	- - - 1 - 0	0 1 0 1	- 0 1 - 0

Tab. 3 Tablica wzbudzeń przerzutników synchronicznych

2. Zadania

Zadanie 2.1.

Zbudować z elementów NAND przerzutniki asynchroniczne s r

z dominującym wejściem zerującym ( niski sygnał aktywny ).

Działanie zadanego przerzutnika przedstawia tab. 2.1.1:

s^n	r^n	Q^n+1
1	1	Q^n
1	0	0
0	1	1
0	0	0

Tab. 2.1.1. Tablica przejść przerzutnika sr z niskim sygnałem aktywnym i dominującym wejściu r

Na podstawie tablicy 2.1.1. sporządzić można siatkę karnaugha (tab. 2.1.2.)

	sr 00	01	11	10
q 0	0	1	0	0
1	0	1	1	0

Tab. 2.1.2. Siatka Karnaugha dla przerzutnika sr z niskim sygnałem aktywnym i dominującym wejściem r

Z siatki przedstawionej w tab. 2.1.2. otrzymujemy funkcję:

Powyższą funkcję realizuje układ przedstawiony na rys. 6.

rys. 6. Przerzutnik sr o dominującym wejściu r i niskim sygnałem aktywnym

Zadanie 2.2.

Zaprojektować przerzutnik T na bazie przerzutnika D.

a)

Rysujemy tablicę Karnaugha dla przerzutnika T (tab.2.2.1.)

	T 0	1
q 0	0	1
1	1	0

Tab.2.2.1. Siatka Karnaugha dla przerzutnika T

Następnie za pomocą tablicy wzbudzeń (tab. 3.) projektujemy siatkę Karnaugha opisującą funkcję D za pomocą zmiennych T i q. (tab. 2.2.2.)

D	T 0	1
q 0	0	1
1	1	0

Tab. 2.2.2. Siatka Karnaugha dla przerzutnika T na bazie przerzutnika D

Z siatki przedstawionej w tab. 2.2.2. otrzymujemy następującą funkcję:

Funkcję tą realizuje układ przedstawiony na rys. 7.

rys. 7. Przerzutnik T na bazie przerzutnika D

b)

Rysunek powyższy przedstawia nam konwersje przerzutnika JK na przerzutnik D .

Układ po konwersji zachowuje się poprawnie tzn. jak normalny przerzutnik typu D.

Zadanie 2.3.

Zaprojektować przerzutnik JK na bazie przerzutnika T.

a)

Rysujemy tablicę Karnaugha dla przerzutnika JK (tab.2.3.1.)

	JK 00	01	11	10
q 0	0	0	1	1
1	1	0	0	1

Tab.2.3.1. Siatka Karnaugha dla przerzutnika T

Następnie za pomocą tablicy wzbudzeń (tab. 3.) projektujemy siatkę Karnaugha opisującą funkcję T za pomocą zmiennych JK i q. (tab. 2.3.2.)

T	JK 00	01	11	10
q 0	0	0	1	1
1	0	1	1	0

Tab. 2.3.2. Siatka Karnaugha dla przerzutnika JK na bazie przerzutnika T

Z siatki przedstawionej w tab. 2.3.2. otrzymujemy następującą funkcję:

Funkcję tą realizuje układ przedstawiony na rys. 8.

rys. 8. Przerzutnik JK na bazie przerzutnika T

b)

Mając dany przerzutnik typu JK zbudować przerzutnik typu T.

Konwersja przerzutnika JK w przerzutnik T pokazana jest na powyższym

rysunku . Układ powstały w wyniku tej konwersji działa poprawnie tzn. zachowuje się tak samo jak przerzutnik typu T .

Zadanie 2.4

a) Badanie pracy przerzutnika typu JK.

Rys. 9 Schemat, tabela wzbudzeń i tablica przejść przerzutnika JK.

Przerzutnik taktowany zboczem opadającym sygnału taktującego.

Na rysunku 9 przedstawiony jest schemat, tabela wzbudzeń i tablica przejsć, w której określone są wszystkie stany działania przerzutnika JK.

Qn oznacza stan poprzedni ,a Q+ ozn. stan następny uzależniony od stanów wejść synchronicznych przerzutnika JK.

W tabeli przejść uwzględnione są wszystkie możliwe stany wejsć informacyjnych przerzutnika.

b) Badanie pracy przerzutnika D.

Rys. 10 Schemat przerzutnika typu D jego tabelę wzbudzeń i tabelę przejść.

Na rysunku 10 przedstawiono schemat przerzutnika typu D jego tabelę wzbudzeń i tabelę przejść .

Przerzutnik ten jest taktowny zboczem rosnącym sygnału taktującego .

Q oznacza stan poprzedni przerzutnika a stan Q+ oznacza stan następny , który jest uzależniony od stanu wejść przerzutnika.

Wszystkie stany jego wejść przedstawione są w tabeli przejść .Akurat w tym przerzutniku Q+ = D tzn. że na wyjściu przerzutnika pojawia się to co jest na jego wyjściu ,ale dopiero w chwili pojawienia się impulsu zegarowego .

Zadanie 2.5

Mając przerzutnik typu D zbuduj przerzutnik JK.(na NAND i NOR ).

Rys.11.

Na rysunku 11 przedstawiona jest konwersja przerzutnika D na przerzutnik JK.

Układ ten działa poprawnie tzn. zachowuje się jak normalny przerzutnik JK.

Na rysunku 11 przedstawiony jest układ zbudowany za pomocą trzech bramek NAND.

Układ zbudowany na dwóch bramkach AND i jednej bramce NOR.

Rys.12.

Układ przedstawiony na rysunku 12 działa poprawnie tzn. zachowuje się jak przerzutnik JK.

Układ zbudowany z bramek NAND i układ zbudowany z bramek AND i NOR działają tak samo .

3. Litreratura

1. J.Piecha „Elementy cyfrowe TTL”

2. W. Binkowski, H. Krzyż, J. Piecha

„Elektronika analogowa i cyfrowa w zadaniach. Cz. II.”

3. J. Millman, C. Halkias „Układy scalone analogowe i cyfrowe”

4. P. Misiurewicz, M. Grzybek

„Półprzewodnikowe układy logiczne TTL”

14

---