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前章では、ラッチについて説明しました。 これらは、フリップフロップの基本的な構成要素です。 フリップフロップは2つの方法で実装できます。
最初の方法では、正のクロックパルスごとに第1のラッチが、負のクロックパルスごとに第2のラッチが有効になるように、2つのラッチをカスケードさせます。 この2つのラッチの組み合わせがフリップフロップになります。
2つ目の方法は、エッジセンシティブなフリップフロップを直接実装する方法です。 この章では、第2の方法を用いた以下のフリップフロップについて説明します。
- SR フリップフロップ
- D フリップフロップ
- JK フリップフロップ
- T フリップフロップ
SR フリップフロップ
SR フリップフロップは正または負のクロック遷移のみで作動するものです。 一方、SRラッチはイネーブル信号で動作します。
この回路は、2つの入力S & Rと2つの出力Q（t） & Q（t）’を備えています。 SRフリップフロップの動作は、SRラッチと同様です。 しかし、このフリップフロップは、アクティブイネーブルの代わりに、クロック信号の正転時にのみ出力に影響を与えます。
次の表に、SRフリップフロップのステートテーブルを示します。
| S | R | Q(t + 1) |
|---|---|---|
| 0 | 0 | Q(t) | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | – |
こちらです。 Q(t) & Q(t + 1)はそれぞれ現在の状態 & 次の状態です。 したがって、SRフリップフロップは、クロック信号の正転時に、入力条件に応じて、ホールド、リセット&セットという3つの機能のいずれかに使用することが可能です。 下表にSRフリップフロップの特性表を示します。
| 現在の入力 | 現在の状態 | 次の状態 | |
|---|---|---|---|
| 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 | 0 | x | |
| 1 | 1 | x | |
3変数K-を用いて、以下のようになります。地図 次の状態Q(t + 1)の簡略化された式を得ることができる。
隣接するものの最大可能なグループ分けは、すでに図に示されている。 したがって、次の状態Q(t + 1)の簡易式は
$Qleft ( t+1 \right )=S+{R}’Qleft ( t \right )$
D Flip-Flop
Dフリップフロップは正のクロック遷移または負のクロック遷移のみで誤動作しません。 一方、Dラッチはイネーブル信号で動作します。 つまり、Dフリップフロップの出力は、クロック信号のアクティブ遷移を除いて、入力であるDの変化に対して影響を受けないということです。 Dフリップフロップの回路図を下図に示します。
この回路は、1入力Dと2出力Q(t) & Q(t)’から構成されています。 Dフリップフロップの動作は、Dラッチと似ています。 しかし、このフリップフロップは、アクティブイネーブルの代わりにクロック信号の正転時にのみ出力に影響を及ぼします。
| D | Qt + 1t + 1 |
|---|---|
| 0 | 0 |
| 1 | 1 |
したがって、この表は、次のようになります。 Dフリップフロップは、クロック信号が正転した時点のデータ入力Dにある情報を常に保持します。 上記の状態表から、次の状態方程式を直接書くと、
Q(t + 1) = D
Dフリップフロップの次の状態は、クロック信号の正の遷移ごとに常にデータ入力Dと同じになります。 Dフリップフロップは、レジスタやシフトレジスタ、一部のカウンタに使用できます。
JK フリップフロップ
JK フリップフロップは、SR フリップフロップを改良したものです。 正のクロック遷移または負のクロック遷移のみで動作します。 下図にJKフリップフロップの回路図を示します。
この回路は、2つの入力J & Kと2つの出力Q（t） & Q（t）’ を備えています。 JKフリップフロップの動作はSRフリップフロップと似ています。 ここでは、SRフリップフロップの入力をS=J Q(t)’、R=KQ(t)と考え、4通りの入力の組み合わせで修正SRフリップフロップを利用します。
JKフリップフロップのステートテーブルを下表に示します。
| J | K | Q(t + 1) | |
|---|---|---|---|
| 0 | 0 | ||
| 01 | 0 | ||
| 1 | 0 | 1 | Q(t)’ |
こちらです。 Q(t) & Q(t + 1)はそれぞれ現在の状態&次の状態です。 したがって、JKフリップフロップは、クロック信号の正転時に、入力条件に応じて、ホールド、リセット、セット&現在の状態の補数といった4つの機能のいずれかに使用することが可能です。 下表にJKフリップフロップの特性表を示します。
| 現在入力 | 現在状態 | 次の状態 | |
|---|---|---|---|
| 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 | 0 | 1 | |
| 1 | 1 | 0 | |
3変数K-を用いて、以下のようになります。地図 次の状態Q(t + 1)の簡略化した式を得ることができる。
隣接するものの最大可能なグループ化は、すでに図に示されています。 したがって、次の状態Q(t+1)の簡易式は
$Qleft ( t+1 \right )=J{Qleft ( t \right )}’+{K}’Qleft ( t \right )$$
T Flip-Flop
TフリップフロップはJKフリップフロップを簡易的に表現したものであり、JKフリップフロップはJKフリップフロップの1つです。 JKフリップフロップの両入力に同じ入力’T’を接続することで得られます。 正のクロック遷移または負のクロック遷移のみで動作します。 Tフリップフロップの回路図を下図に示します。
この回路は、1入力Tと2出力Q（t）& Q（t）’を備えています。 Tフリップフロップの動作は、JKフリップフロップと同じです。 ここでは、修正JKフリップフロップを2つの入力の組み合わせで利用するために、JKフリップフロップの入力をJ=TとK=Tと考えました。 そこで、J & Kの2つの組み合わせは、Tフリップフロップでは互いに補い合うので、他の2つの組み合わせを排除しました。
Tフリップフロップのステートテーブルを以下に示します。
| D | Q(t + 1) |
|---|---|
| 0 | Q(t) |
| 1 | Q(t)’ |
ここで。 Q(t) & Q(t + 1)はそれぞれ現在の状態&次の状態です。 したがって、Tフリップフロップは、クロック信号の正転時に、入力条件に応じて、ホールド、&現在の状態のコンプリメントの2つの機能のいずれかに使用することが可能です。 下表にTフリップフロップの特性表を示します。
| 入力 | 現在状態 | 次の状態 |
|---|---|---|
| T | Q(t) | Q(t + 1) |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | |
| 1 | 0 |
上記の特性表から、このようになります。 は、次の状態方程式を直接書くことができる
$$Qleft ( t+1 \right )={T}’Qleft ( t \right )+TQ{Temptleft ( t \}’$$
$Rightarrow QÂleft ( t+1 \right )=Tentaoplus QÂleft ( t \right )$$
The output of T flip-フロップは、クロック信号が正転するごとに常にトグルします。 入力TがロジックHigh(1)のとき。 この章では、NORゲート間をクロスカップリングすることで、さまざまなフリップフロップを実装しました。 同様に、NANDゲートを使用してこれらのフリップフロップを実装することができます。