Nel capitolo precedente, abbiamo parlato dei Latches. Questi sono gli elementi di base dei flip-flop. Possiamo implementare i flip-flop in due metodi.
Nel primo metodo, mettiamo in cascata due latches in modo tale che il primo latch sia attivato per ogni impulso di clock positivo e il secondo latch sia attivato per ogni impulso di clock negativo. In modo che la combinazione di questi due latch diventi un flip-flop.
Nel secondo metodo, possiamo implementare direttamente il flip-flop, che è edge sensitive. In questo capitolo, discutiamo i seguenti flip-flop usando il secondo metodo.
- SR Flip-Flop
- D Flip-Flop
- JK Flip-Flop
- T Flip-Flop
SR Flip-Flop
Il flip-flop SR funziona solo con transizioni di clock positive o negative. Invece, il latch SR funziona con il segnale di abilitazione. Lo schema del circuito di SR flip-flop è mostrato nella figura seguente.
Questo circuito ha due ingressi S & R e due uscite Q(t) & Q(t)’. Il funzionamento di SR flipflop è simile a SR Latch. Ma, questo flip-flop influenza le uscite solo quando viene applicata la transizione positiva del segnale di clock invece dell’abilitazione attiva.
La seguente tabella mostra la tabella di stato di SR flip-flop.
| S | R | |
|---|---|---|
| 0 | 0 | Q(t) |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | – |
Qui, Q(t) & Q(t + 1) sono rispettivamente stato presente & stato successivo. Quindi, SR flip-flop può essere utilizzato per una di queste tre funzioni come Hold, Reset & Set in base alle condizioni di ingresso, quando viene applicata la transizione positiva del segnale di clock. La seguente tabella mostra la tabella delle caratteristiche del flip-flop SR.
| Ingressi presenti | Stato presente | Stato successivo | |
|---|---|---|---|
| S | R | Q(t) | Q(t + 1) |
| 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 1 |
| 0 | 1 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 0 | x |
| 1 | 1 | 1 | x |
Per usare tre variabili K-Mappa, possiamo ottenere l’espressione semplificata per il prossimo stato, Q(t + 1). La K-Map a tre variabili per lo stato successivo, Q(t + 1) è mostrata nella figura seguente.
I raggruppamenti massimi possibili di quelli adiacenti sono già mostrati nella figura. Quindi, l’espressione semplificata per il prossimo stato Q(t + 1) è
$Q\left ( t+1 \right )=S+{R}’Q\left ( t \right )$
D Flip-Flop
D flip-flop opera solo con transizioni di clock positive o negative. Invece, il D latch funziona con il segnale di abilitazione. Ciò significa che l’uscita del flip-flop D è insensibile ai cambiamenti nell’ingresso D, tranne che per la transizione attiva del segnale di clock. Lo schema del circuito di D flip-flop è mostrato nella figura seguente.
Questo circuito ha un singolo ingresso D e due uscite Q(t) & Q(t)’. Il funzionamento del D flip-flop è simile al D Latch. Ma, questo flip-flop influenza le uscite solo quando viene applicata la transizione positiva del segnale di clock invece dell’abilitazione attiva.
La seguente tabella mostra la tabella di stato del D flip-flop.
| D | Qt + 1t + 1 |
|---|---|
| 0 | 0 |
| 1 | 1 |
Quindi, D flip-flop mantiene sempre l’informazione, che è disponibile sull’ingresso dati, D della precedente transizione positiva del segnale di clock. Dalla tabella di stato di cui sopra, possiamo scrivere direttamente l’equazione di stato successivo come
Q(t + 1) = D
Lo stato successivo di D flip-flop è sempre uguale all’ingresso dati, D per ogni transizione positiva del segnale di clock. Quindi, i flip-flop D possono essere usati nei registri, negli shift registers e in alcuni contatori.
JK Flip-Flop
JK flip-flop è la versione modificata del flip-flop SR. Funziona solo con transizioni di clock positive o negative. Lo schema del circuito di JK flip-flop è mostrato nella figura seguente.
Questo circuito ha due ingressi J & K e due uscite Q(t) & Q(t)’. Il funzionamento di JK flip-flop è simile a quello di SR flip-flop. Qui, abbiamo considerato gli ingressi del flip-flop SR come S = J Q(t)’ e R = KQ(t) per utilizzare il flip-flop SR modificato per 4 combinazioni di ingressi.
La seguente tabella mostra la tabella di stato del flip-flop JK.
| J | K | |
|---|---|---|
| 0 | 0 | Q(t) |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | Q(t)’ |
Q, Q(t) & Q(t + 1) sono rispettivamente lo stato presente & lo stato successivo. Quindi, JK flip-flop può essere usato per una di queste quattro funzioni come Hold, Reset, Set & Complemento di stato presente basato sulle condizioni di ingresso, quando viene applicata la transizione positiva del segnale di clock. La seguente tabella mostra la tabella delle caratteristiche del flip-flop JK.
| Ingressi presenti | Stato presente | Stato successivo | |
|---|---|---|---|
| J | K | Q(t) | Q(t+1) |
| 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 1 |
| 0 | 1 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | 0 |
Per usare tre variabili K-Mappa, possiamo ottenere l’espressione semplificata per il prossimo stato, Q(t + 1). La K-Map a tre variabili per lo stato successivo, Q(t + 1) è mostrata nella figura seguente.
I raggruppamenti massimi possibili di quelli adiacenti sono già mostrati nella figura. Quindi, l’espressione semplificata per il prossimo stato Q(t+1) è
$$Q\left ( t+1 \right )=J{Q\left ( t \right )}’+{K}’Q\left ( t \right )$$
T Flip-Flop
T flip-flop è la versione semplificata di JK flip-flop. Si ottiene collegando lo stesso ingresso ‘T’ ad entrambi gli ingressi di JK flip-flop. Funziona solo con transizioni di clock positive o negative. Lo schema del circuito di T flip-flop è mostrato nella figura seguente.
Questo circuito ha un singolo ingresso T e due uscite Q(t) & Q(t)’. Il funzionamento di T flip-flop è uguale a quello di JK flip-flop. Qui, abbiamo considerato gli ingressi del flip-flop JK come J = T e K = T per utilizzare il flip-flop JK modificato per 2 combinazioni di ingressi. Quindi, abbiamo eliminato le altre due combinazioni di J & K, per le quali questi due valori sono complementari tra loro in T flip-flop.
La seguente tabella mostra la tabella di stato di T flip-flop.
| D | Q(t + 1) |
|---|---|
| 0 | Q(t) |
| 1 | Q(t)’ |
Q, Q(t) & Q(t + 1) sono rispettivamente stato presente & stato successivo. Quindi, T flip-flop può essere usato per una di queste due funzioni come Hold, & Complemento di stato presente basato sulle condizioni di ingresso, quando viene applicata la transizione positiva del segnale di clock. La seguente tabella mostra la tabella delle caratteristiche di T flip-flop.
| Ingressi | Stato attuale | Stato successivo |
|---|---|---|
| T | Q(t) | Q(t + 1) |
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
Dalla precedente tabella caratteristica, possiamo scrivere direttamente la prossima equazione di stato come
$$Q\left ( t+1 \destra )={T}’Q\left ( t \destra )+TQ{\left ( t \)’$$
$$Freccia destra Q\left ( t+1 \destra )=T\oplus Q\left ( t \destra )$$
L’uscita di T flip-flop commuta sempre per ogni transizione positiva del segnale di clock, quando l’ingresso T rimane su High logico (1). Quindi, il flip-flop T può essere usato nei contatori.
In questo capitolo, abbiamo implementato vari flip-flop fornendo l’accoppiamento incrociato tra porte NOR. Allo stesso modo, è possibile implementare questi flip-flop usando porte NAND.