digitalna elektronika razna kola

Bistabilne memorijske jedinice

Digitalna mikroelektronika Z. Prijić Elektronski fakultet Niš Katedra za mikroelektroniku

Predavanja 2007.

Z. Prijić

Digitalna mikroelektronika


Latch Flip-flop Primene flip-flopa

Bistabilne memorijske jedinice Multivibratori

Bistabilne memorijske jedinice su elektronska kola koja imaju dva stabilna stanja koja se u digitalnoj mikroelektronici nazivaju SET i RESET. Dva osnovna tipa ovih jedinica su: 1

Latch (Bravica)

2

Flip-flop

Osnovna razlika izmedu ¯ tipova je u metodu koji se koristi za promenu stanja.

Z. Prijić




Sadržaj

1

Bistabilne memorijske jedinice Latch Flip-flop Primene flip-flopa

Z. Prijić




S-R Latch Set-Reset Latch

/S

/R

R

G1

Q

G2

/Q

G1

Q

G2

/Q

S

Active HIGH

Active LOW

Z. Prijić




S-R Latch Active LOW konfiguracija (S-R latch)

1

Neka su u poˇcetnom trenutku oba ulaza i izlaz G1 na nivou HIGH. To znaˇci da je izlaz G2 na LOW. Latch se nalazi u SET stanju. Ovakvo stanje se zadržava sve dok se na R ulazu ne pojavi LOW.

2

Kada se na R pojavi LOW, na izlazu G2 se pojavljuje HIGH, što znaˇci da c´ e se, preko povratne sprege, HIGH pojaviti i na ulazu G1 . Pošto je ulaz S na nivou HIGH, to izlaz G1 postaje LOW što se, preko povratne sprege, prenosi na ulaz G2 . Time se izlaz G2 postavlja na nivo HIGH i tako ostaje i po prestanku delovanja LOW na ulazu R. Latch se nalazi u RESET stanju, sve dok se na S ulazu ne pojavi LOW. Z. Prijić




S-R Latch Active LOW konfiguracija

Kada se i na R i na S ulazima u isto vreme pojavi LOW, na oba izlaza se pojavljuje HIGH, što je narušavanje logiˇcke funkcije komplementarnosti izlaza. Isto se dogada ¯ iu sluˇcaju da LOW istovremeno nestane sa R i na S ulaza. S obzirom na propagaciono kašnjenje kola jedan od izlaza c´ e prvi otići na LOW, što znaˇci da nije moguće pouzdano predvideti sledeće stanje latch-a.

Z. Prijić




S-R Latch Logiˇcki simboli

S

S

Q

S

S

Q

R

R

Q

R

R

Q

Active HIGH

Active LOW

Primer kola: 74LS279.

Z. Prijić




Primer primene S-R latch-a Stabilizacija napona nakon zatvaranja mehaniˇckog prekidaˇca

V

R V

2 1

0

Z. Prijić





V

R1 2

HIGH

R2 Q

S

LOW prekidač

1

R

Z. Prijić


1!2

2!1




Kada je prekidaˇc u položaju 1 ulaz R je na nivou LOW i latch je u stanju RESET. Kada se prekidaˇc prebaci u položaj 2, ulaz R se podiže na nivo HIGH preko pull-up otpornika, dok se ulaz S za trenutak spušta na nivo LOW. Ovo je dovoljno da latch dode ¯ u stanje SET u kome ostaje sve do ponovnog prebacivanja prekidaˇca u položaj 1.

Z. Prijić




S-R Latch Gated S-R Latch

S Q

S

S Q

EN

EN

EN

Q

R

R

/Q R

Ulaz EN treba da bude HIGH da bi latch menjao stanje. Kada su S i R istovremeno na nivou HIGH dolazi do narušavanja logiˇcke funkcije.

Z. Prijić




D Latch Gated D Latch

D Q

D

D Q

EN

EN

EN

Q

/Q

Ulaz EN treba da bude HIGH da bi latch menjao stanje. Kada je ulaz D na nivou HIGH, tada je i izlaz Q na nivou HIGH (stanje SET). Kada je ulaz D na nivou LOW, tada je i izlaz Q na nivou LOW (stanje RESET). Primer kola: 74LS75.

Z. Prijić




Sadržaj

1


Z. Prijić




Flip-flop

Flip-flop je sinhroni bistabilni multivibrator. Ovakvo kolo, pored S i R ulaza, ima dodatni kontrolni ulaz C na koji dolazi okidaˇcki (triggering) impuls koji se naziva clock (CLK). Stanje na izlazu se menja sinhrono sa nailaskom okidaˇckog impulsa. Iviˇcno okidani (edge-triggered) flip-flop stanje na izlazu menja ili na prednjoj ili na zadnjoj ivici okidaˇckog impulsa. Flip-flop može biti: 1

S-R (ne postoji u integrisanim kolima)

2

D

3

J-K

Z. Prijić




Flip-flop Logiˇcki simboli

D

D

S

J

D

Q

C

C

C

R

D

S

D

D

K

K

J

J Q

C

C

Q

R

Q

Q

C

C

C

Q

Q

C

Q

C

C

Q

R

J

Q

C

Q

Q

K

R

Z. Prijić

K




Iviˇcno okidani S-R flip-flop

1

S

CLK

0

1 Q

0

C

S

CLK

C

Q

Q

0

1 Q

1

R

R

Kada su i S i R ulazi na nivou logiˇcke nule flip-flop ne menja stanje, bez obzira na CLK impuls. Kada su i S i R ulazi na nivou logiˇcke jedinice dolazi do narušavanja logiˇcke funkcije. Z. Prijić


0



Iviˇcno okidani S-R flip-flop Blok djagram

S Q

CLK

Detektor tranzicije impulsa

/Q R

Upravljački gejtovi

Z. Prijić


Latch



Iviˇcno okidani S-R flip-flop Detektor tranzicije impulsa

kašnjenje

Širina impulsa na izlazu NI kola odgovara vremenu kada su oba signala na njegovom ulazu na nivou HIGH, što je posledica kašnjenja signala zbog prolaska kroz prethodni invertor.

Z. Prijić




Iviˇcno okidani S-R flip-flop Prelazak flip-flopa iz stanja RESET u stanje SET

1

S 1 Q

1 CLK

0


0

1

/Q R 0

Z. Prijić


0



Iviˇcno okidani S-R flip-flop Prelazak flip-flopa iz stanja SET u stanje RESET

1

S 0 Q

1 CLK

0


0

1

/Q R 1

Z. Prijić


0



Iviˇcno okidani D flip-flop Kada je D na nivou HIGH, nailazak CLK impulsa flip-flop postavlja u stanje SET.

D

S Q

CLK

C

Q R

Z. Prijić




Iviˇcno okidani J-K flip-flop Veoma cˇ esto korišćen

J Q

CLK

Detektor tranzicije impulsa /Q K

Z. Prijić




Iviˇcno okidani J-K flip-flop Tablica istinitosti

J

K

CLK

Q

Q

Stanje

0 0 1 1

0 1 0 1

↑ ↑ ↑ ↑

Q0 0 1 Q0

Q0 1 0 Q0

Bez promene RESET SET Zamena (Toggle)

Q0 je izlazni nivo pre nailaska CLK impulsa (prethodno stanje).

Z. Prijić




Iviˇcno okidani J-K flip-flop J-K flip-flop sa asinhronim ulazima

PRE

J

J Q

CLK

C

Q

K

K

CLR

Ulaz PRE služi sa dovodenje flip-flopa u stanje SET, a ulaz CLR ¯ u stanje RESET, nezavisno od CLK impulsa. Z. Prijić




Iviˇcno okidani J-K flip-flop J-K flip-flop sa asinhronim ulazima

/PRE

J Q

CLK


/Q K

/CLR

Primer kola: 74AHC74 Z. Prijić




Vremenske konstante flip-flopa Propagaciono kašnjenje

50%

50% CLK

CLK

Q 50%

50% Q

tPLH

tPHL

Z. Prijić




Vremenske konstante flip-flopa Propagaciono kašnjenje

PRE

CLR 50%

50%

Q 50%

50% Q

tPLH

tPHL

Z. Prijić




Vremenske konstante flip-flopa Vreme uspostavljanja (Set-up time)

50% D

50% CLK

ts

Vreme prisustva logiˇcke jedinice na ulazu D mora biti ≥ ts pre pojave prednje ivice CLK impulsa, da bi flip-flop radio pouzdano. Z. Prijić




Vremenske konstante flip-flopa Vreme zadržavanja (Hold time) D 50%

50% CLK

th

Logiˇcka jedinica na ulazu D mora ostati za vreme ≥ th nakon pojave prednje ivice CLK impulsa, da bi flip-flop radio pouzdano. Z. Prijić




Elektriˇcne karakteristike flip-flopa

Maksimalna uˇcestanost CLK impulsa (fmax ) Minimalna širina impulsa CLK, PRE, CLR (tw ) Disipacija snage P = VCC × ICC

Z. Prijić




Sadržaj

1


Z. Prijić




Paralelno skladištenje podataka 











D

D

D

D

Q









Q

Q

Q

Z. Prijić




Deljenje uˇcestanosti Uˇcestanost Q je dva puta manja od uˇcestanosti CLK

HIGH J Q

CLK

CLK

C Q

K

Z. Prijić




Deljenje uˇcestanosti n

Deljenje uˇcestanosti brojem 2 , pri cˇ emu je n broj flip-flopova

HIGH

HIGH J

J Q1

CLK1

C

Q2

CLK2

CLK1

C Q1

K

K Q2

Z. Prijić




Brojanje Oba flip-flopa su inicijalno u stanju RESET, a okidaju se na negativnoj ivici impulsa

QA

1

1 J

1

C

K

3

4

5

6

7

8

CLK

J QB

CLK

2

C

K

QA

0

1

0

1

0

1

0

1

0

0

1

1

0

0

1

1

QB

Sekvenca QB QA uzima vrednosti 00, 01, 10 i 11 i to se ponavlja na svaka cˇ etiri CLK impulsa. To znaˇci da brojaˇc broji od 0 do 3.

Z. Prijić




Brojanje Binarno brojanje od 0 do 7

QA

1

QB

J

J

J

QA

CLK

QB

C

K

QC

C

C

K

K

Sekvenca QC QB QA uzima vrednosti 000, 001, . . . ,111 i to se ponavlja na svakih osam CLK impulsa. Z. Prijić


QC



Monostabilni multivibrator One shot

Monostabilni multivibrator ima samo jedno stabilno stanje u kome se normalno nalazi. Iz stabilnog stanja se izbacuje okidaˇckim impulsom. Nakon nailaska okidaˇckog impulsa multivibrator ulazi u „nestabilno“ stanje u kome provodi odredeno vreme i ponovo se vraća u stabilno stanje. Vreme ¯ koje multivibrator provede u „nestabilnom“ stanju odreduje ¯ trajanje impulsa koji se pojavljuje na njegovom izlazu.

Z. Prijić




Monostabilni multivibrator

+V t1

t2

R

G1

t1

C

t1

t2

G2

t2

Z. Prijić


t1

t2 Q



Monostabilni multivibrator

Kada se na okidaˇcki ulaz dovede impuls, izlaz NILI kola G1 postaje LOW, što se preko kondenzatora C prenosi na ulaz invertora G2 . Izlaz G2 postaje HIGH i preko povratne sprege se prenosi na ulaz G1 , što omogućava zadržavanje LOW nivoa na izlazu G2 . Zbog toga kondenzator C poˇcinje da se puni preko otpornika R. Kada se kondenzator napuni do nivoa koji ulaz G2 detektuje kao HIGH, izlaz celog kola postaje LOW. Vreme trajanja HIGH impulsa na izlazu kola odredeno je RC ¯ konstantom.

Z. Prijić




Monostabilni multivibrator Logiˇcki simbol

+V

REXT CEXT CX RX/CX

Q

Q

Trigger

Trigger

Q

Q

Z. Prijić




Monostabilni multivibrator Tipovi

1

Monostabilni multivibrator sa fiksiranim ponovnim okidanjem (nonretriggerable): Nakon prvog okidaˇckog impulsa kolo neće reagovati na naredni okidaˇcki impuls sve dok se ne vrati u stabilno stanje.

2

Monostabilni multivibrator sa proizvoljnim ponovnim okidanjem (retriggerable): Nakon prvog okidaˇckog impulsa kolo c´ e reagovati na svaki naredni okidaˇcki impuls, što rezultuje produžavanjem trajanja impulsa na izlazu.

Z. Prijić




Monostabilni multivibrator Tipovi Tip 1

Trigger

Q

tW

Tip 2

Trigger

Q

tW Z. Prijić




Monostabilni multivibrator 74121

A1

≥1

&

1

RI

CX

RX/CX

RINT

CEXT

REXT/CEXT

Q

A2 B

Q

Z. Prijić




Monostabilni multivibrator SN74121

A1 , A2 i B su okidaˇcki ulazi. Ulaz B je ulaz u Šmitovo kolo i služi za pouzdano okidanje multivibratora i kada su promene ivica okidaˇckog impulsa spore. RINT je interni otpornik vrednosti 2kΩ i može se koristiti umesto eksternog otpornika. Simbol „×“ preko ulaznog pina oznaˇcava da se radi o vezi koja nije logiˇcka. Broj 1 ispred simbola impulsa oznaˇcava da se radi o multivibratoru sa fiksiranim ponovnim okidanjem. Vreme trajanja impulsa na izlazu je tW = 0, 7RINT(EXT) CEXT , pri cˇ emu je R u kΩ, a C u pF. Z. Prijić




Monostabilni multivibrator 74LS122

A1

≥1

&

RI

CX

RX/CX

RINT

CEXT

REXT/CEXT

Q

A2 B1 B2

Q

CLR

Multivibrator je sa proizvoljnim ponovnim okidanjem. Z. Prijić




Monostabilni multivibrator Primena 74LS122 - sekvencijalno vremensko kolo

Q1

A1

≥1

&

Q2

≥1

&

≥1

&

Q

Q

A2

Q3

Q

B1 B2

CLR RI

CX

RX/CX

RI

RX/CX

RI

CEXT

CEXT

VCC

CX

Z. Prijić

RX/CX

CEXT

REXT

REXT

CX


REXT



Monostabilni multivibrator Primena 74LS122 - sekvencijalno vremensko kolo

Q1

Q2

Q3

tx

Z. Prijić

tx

tx




555 tajmer Monostabilni multivibrator VCC

R1

RESET

VCC OUT

DISCH 555 TRESH

TRIG GND

C1

CONT

N APOMENA : P OGLEDATI PREDAVANJA A NALOGNA MIKROELEKTRONIKA . Z. Prijić

C2

IZ PREDMETA




555 tajmer Astabilni multivibrator (oscilator)

VCC

R1

RESET

VCC OUT

DISCH R2

555 TRESH

TRIG GND

C1

CONT C2

Uˇcestanost oscilacija: f = 1, 44/(R1 + 2R2 )C1 Z. Prijić




555 tajmer Astabilni multivibrator (oscilator) sa promenljivim faktorom iskorišćenja periode VCC

R1

RESET

VCC OUT

DISCH

D1

555

R2

TRESH

TRIG

CONT

GND

C1

Duty cycle = Z. Prijić

R1 R1 + R2

C2

· 100%


digitalna elektronika razna kola

Recommend Documents