In het vorige hoofdstuk hebben we gesproken over Latches. Dat zijn de basisbouwstenen van flip-flops. We kunnen flip-flops op twee manieren implementeren.
In de eerste methode worden twee latches zodanig gecascadeerd dat de eerste latch bij elke positieve klokpuls wordt ingeschakeld en de tweede latch bij elke negatieve klokpuls wordt ingeschakeld. Zodat de combinatie van deze twee latch’s een flip-flop wordt.
In de tweede methode kunnen we de flip-flop, die flank gevoelig is, direct implementeren. In dit hoofdstuk bespreken we de volgende flip-flops volgens de tweede methode.
- SR Flip-Flop
- D Flip-Flop
- JK Flip-Flop
- T Flip-Flop
SR Flip-Flop
SR flip-flop werkt alleen met positieve klok transities of negatieve klok transities. Terwijl de SR latch werkt met een vrijgavesignaal. Het schakelschema van de SR flip-flop is weergegeven in de volgende figuur.
Deze schakeling heeft twee ingangen S & R en twee uitgangen Q(t) & Q(t)’. De werking van de SR flipflop is vergelijkbaar met die van de SR Latch. Maar, deze flip-flop beïnvloedt de uitgangen alleen wanneer positieve overgang van het kloksignaal wordt toegepast in plaats van actieve vrijgave.
De volgende tabel toont de toestandstabel van de SR flip-flop.
| S | R | Q(t + 1) |
|---|---|---|
| 0 | 0 | Q(t) |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | – |
Hier, Q(t) & Q(t + 1) zijn respectievelijk huidige toestand & volgende toestand. Dus, SR flip-flop kan worden gebruikt voor een van deze drie functies, zoals Hold, Reset & Set op basis van de ingangscondities, wanneer positieve overgang van kloksignaal wordt toegepast. De volgende tabel toont de karakteristieke tabel van de SR flip-flop.
| Present Inputs | Present State | Next State | |
|---|---|---|---|
| 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 | 1 | x |
Door gebruik te maken van drie variabele K-Kaart, kunnen we de vereenvoudigde uitdrukking voor de volgende toestand krijgen, Q(t + 1). De drie variabele K-Map voor de volgende toestand, Q(t + 1) is weergegeven in de volgende figuur.
De maximaal mogelijke groeperingen van aangrenzende zijn reeds weergegeven in de figuur. Daarom is de vereenvoudigde uitdrukking voor de volgende toestand Q(t + 1)
$Q\left ( t+1 \right )=S+{R}’Q\left ( t \right )$
D Flip-Flop
D flip-flop werkt alleen met positieve klok-transities of negatieve klok-transities. Terwijl, D latch werkt met vrijgavesignaal. Dat betekent dat de uitgang van D flip-flop ongevoelig is voor de veranderingen in de ingang, D behalve voor actieve overgang van het kloksignaal. Het schakelschema van de D flip-flop is weergegeven in de volgende figuur.
Deze schakeling heeft één ingang D en twee uitgangen Q(t) & Q(t)’. De werking van D flip-flop is vergelijkbaar met D Latch. Maar, deze flip-flop beïnvloedt de uitgangen alleen wanneer positieve overgang van het kloksignaal wordt toegepast in plaats van actieve vrijgave.
De volgende tabel toont de toestandstabel van D flip-flop.
| D | Qt + 1t + 1 |
|---|---|
| 0 | 0 |
| 1 | 1 |
Daarom, D flip-flop altijd de informatie vasthouden, die beschikbaar is op data-ingang, D van eerdere positieve overgang van kloksignaal. Uit de bovenstaande toestandstabel kunnen we de vergelijking van de volgende toestand direct schrijven als
Q(t + 1) = D
De volgende toestand van de D flip-flop is altijd gelijk aan de data-ingang, D voor elke positieve overgang van het kloksignaal. Vandaar dat D flip-flops kunnen worden gebruikt in registers, schuifregisters en sommige tellers.
JK Flip-Flop
JK flip-flop is de gewijzigde versie van SR flip-flop. Hij werkt alleen met positieve klokovergangen of negatieve klokovergangen. Het schakelschema van de JK flip-flop is weergegeven in de volgende figuur.
Deze schakeling heeft twee ingangen J & K en twee uitgangen Q(t) & Q(t)’. De werking van JK flip-flop is vergelijkbaar met die van SR flip-flop. Hier beschouwen we de ingangen van de SR flip-flop als S = J Q(t)’ en R = KQ(t) om de gemodificeerde SR flip-flop te gebruiken voor 4 combinaties van ingangen.
De volgende tabel toont de toestandstabel van JK flip-flop.
| J | K | Q(t + 1) |
|---|---|---|
| 0 | 0 | Q(t) |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | Q(t)’ |
Hier, Q(t) & Q(t + 1) zijn respectievelijk huidige toestand & volgende toestand. Dus, JK flip-flop kan worden gebruikt voor een van deze vier functies, zoals Hold, Reset, Set & Complement van de huidige toestand op basis van de ingangscondities, wanneer positieve overgang van het kloksignaal wordt toegepast. De volgende tabel toont de karakteristieke tabel van JK flip-flop.
| Present Inputs | Present State | Next State | |
|---|---|---|---|
| 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 | 1 | 0 |
Door gebruik te maken van drie variabele K-Kaart, kunnen we de vereenvoudigde uitdrukking voor de volgende toestand krijgen, Q(t + 1). Drie variabele K-Map voor de volgende toestand, Q(t + 1) wordt getoond in de volgende figuur.
De maximaal mogelijke groeperingen van aangrenzende zijn al getoond in de figuur. Daarom is de vereenvoudigde uitdrukking voor de volgende toestand Q(t+1)
$$Q\left ( t+1 \right )=J{Q\left ( t \right )}’+{K}’Q\left ( t \right )$$
T Flip-Flop
T flip-flop is de vereenvoudigde versie van JK flip-flop. Hij wordt verkregen door dezelfde ingang ‘T’ aan te sluiten op beide ingangen van de JK flip-flop. Hij werkt alleen met positieve klokovergangen of negatieve klokovergangen. Het schakelschema van de T flip-flop is weergegeven in de volgende figuur.
Deze schakeling heeft één ingang T en twee uitgangen Q(t) & Q(t)’. De werking van T flip-flop is hetzelfde als die van JK flip-flop. Hier beschouwen we de ingangen van de JK flip-flop als J = T en K = T om de gemodificeerde JK flip-flop te kunnen gebruiken voor 2 combinaties van ingangen. Dus elimineerden we de andere twee combinaties van J & K, waarvoor die twee waarden complementair aan elkaar zijn in de T flip-flop.
De volgende tabel toont de toestandstabel van de T flip-flop.
| D | Q(t + 1) |
|---|---|
| 0 | Q(t) |
| 1 | Q(t)’ |
Hier, Q(t) & Q(t + 1) zijn respectievelijk huidige toestand & volgende toestand. Dus, T flip-flop kan worden gebruikt voor een van deze twee functies, zoals Hold, & Complement van de huidige toestand op basis van de ingangscondities, wanneer positieve overgang van het kloksignaal wordt toegepast. De volgende tabel toont de karakteristieke tabel van T flip-flop.
| Inputs | Present State | Next State |
|---|---|---|
| T | Q(t) | Q(t + 1) |
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
Vanuit de bovenstaande karakteristieke tabel, kunnen we de volgende toestandsvergelijking direct schrijven als
$$QQleft ( t+1 \right )={T}’Qleft ( t \right )+TQ{\left ( t flop schakelt altijd bij elke positieve overgang van het kloksignaal, als ingang T op logic High (1) blijft. Vandaar dat de T flip-flop kan worden gebruikt in tellers.
In dit hoofdstuk hebben we verschillende flip-flops geïmplementeerd door de kruiskoppeling tussen NOR poorten te voorzien. Op dezelfde manier kunt u deze flip-flops implementeren door gebruik te maken van NAND gates.