I förra kapitlet diskuterade vi om Latches. Dessa är de grundläggande byggstenarna för flip-flops. Vi kan implementera flip-flops på två sätt.
I den första metoden kaskadkopplar vi två latcher på ett sådant sätt att den första latchen aktiveras för varje positiv klockpuls och den andra latchen aktiveras för varje negativ klockpuls. Så att kombinationen av dessa två latcher blir en flip-flop.
I den andra metoden kan vi direkt implementera flip-flopen, som är kantkänslig. I det här kapitlet diskuterar vi följande flip-flops med hjälp av den andra metoden.
- SR Flip-Flop
- D Flip-Flop
- JK Flip-Flop
- T Flip-Flop
SR Flip-Flop
SR flip-flop fungerar endast med positiva klockövergångar eller negativa klockövergångar. SR latch fungerar däremot med en aktiveringssignal. Kretsschemat för SR-flipflop visas i följande figur.
Denna krets har två ingångar S & R och två utgångar Q(t) & Q(t)’. SR-flipflopet fungerar på samma sätt som SR Latch. Men denna flipflop påverkar utgångarna endast när positiv övergång av klocksignalen tillämpas i stället för aktiv aktivering.
Följande tabell visar tillståndstabellen för SR-flipflop.
| S | R | Q(t + 1) |
|---|---|---|
| 0 | 0 | Q(t) |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | – |
Här, Q(t) & Q(t + 1) är nuvarande tillstånd & respektive nästa tillstånd. SR-flipflop kan alltså användas för en av dessa tre funktioner, t.ex. Hold, Reset & Set, baserat på ingångsförhållandena, när en positiv övergång av klocksignalen tillämpas. Följande tabell visar den karakteristiska tabellen för SR-flipflop.
| För närvarande ingångar | För närvarande tillstånd | Nästa tillstånd | ||
|---|---|---|---|---|
| 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 | 1 | x |
Med hjälp av tre variabler K-Karta, kan vi få ett förenklat uttryck för nästa tillstånd, Q(t + 1). K-kartan med tre variabler för nästa tillstånd, Q(t + 1), visas i följande figur.
De högsta möjliga grupperingarna av intilliggande grupper visas redan i figuren. Därför är det förenklade uttrycket för nästa tillstånd Q(t + 1)
$Q\left ( t+1 \right )=S+{R}’Q\left ( t \right )$
D flip-flop
D flip-flop fungerar endast med positiva klockövergångar eller negativa klockövergångar. D latch fungerar däremot med en aktiveringssignal. Det innebär att utgången av D-flipflop är okänslig för förändringar i ingången, D, med undantag för aktiv övergång av klocksignalen. Kretsschemat för D-flipflop visas i följande figur.
Denna krets har en enda ingång D och två utgångar Q(t) & Q(t)’. D flip-flop fungerar på samma sätt som D Latch. Men denna flip-flop påverkar utgångarna endast när positiv övergång av klocksignalen tillämpas i stället för aktiv aktivering.
Följande tabell visar tillståndstabellen för D flip-flop.
| D | Qt + 1t + 1 |
|---|---|
| 0 | 0 |
| 1 | 1 |
Därför, D-flipflop håller alltid den information som finns tillgänglig på dataingången D vid tidigare positiv övergång av klocksignalen. Från tillståndstabellen ovan kan vi direkt skriva ekvationen för nästa tillstånd som
Q(t + 1) = D
Nästa tillstånd för D-flipflop är alltid lika med dataingången, D för varje positiv övergång av klocksignalen. Därför kan D-flipflop användas i register, skiftregister och vissa räknare.
JK-flipflop
JK-flipflop är en modifierad version av SR-flipflop. Den fungerar endast med positiva klockövergångar eller negativa klockövergångar. Kretsschemat för JK-flipflop visas i följande figur.
Denna krets har två ingångar J & K och två utgångar Q(t) & Q(t)’. JK-flipflop fungerar på samma sätt som SR-flipflop. Här har vi betraktat ingångarna till SR-flipflop som S = J Q(t)’ och R = KQ(t) för att utnyttja den modifierade SR-flipflopen för 4 kombinationer av ingångar.
Följande tabell visar tillståndstabellen för JK-flipflop.
| K | Q(t + 1) | |
|---|---|---|
| 0 | 0 | Q(t) |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | Q(t)’ |
Här, Q(t) & Q(t + 1) är nuvarande tillstånd & respektive nästa tillstånd. JK-flipflop kan alltså användas för en av dessa fyra funktioner såsom Hold, Reset, Set & Complement of present state baserat på ingångsförhållandena, när positiv övergång av klocksignalen tillämpas. Följande tabell visar den karakteristiska tabellen för JK-flipflop.
| 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 | 1 | 0 | 1 | |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 0 |
Med hjälp av tre variabler K-Karta, kan vi få ett förenklat uttryck för nästa tillstånd, Q(t + 1). K-karta med tre variabler för nästa tillstånd, Q(t + 1), visas i följande figur.
De högsta möjliga grupperingarna av intilliggande grupper visas redan i figuren. Därför är det förenklade uttrycket för nästa tillstånd Q(t+1)
$$$Q\left ( t+1 \right )=J{Q\left ( t \right )}’+{K}’Q\left ( t \right )$$
T flip-flop
T flip-flop är den förenklade versionen av JK flip-flop. Den erhålls genom att ansluta samma ingång “T” till båda ingångarna i JK-flipflop. Den fungerar endast med positiva klockövergångar eller negativa klockövergångar. Kretsschemat för T-flipflop visas i följande figur.
Denna krets har en enda ingång T och två utgångar Q(t) & Q(t)’. T-flipflopens funktion är densamma som JK-flipflopens. Här har vi betraktat ingångarna till JK-flipflop som J = T och K = T för att använda den modifierade JK-flipflopen för två kombinationer av ingångar. Vi har alltså eliminerat de andra två kombinationerna av J & K, för vilka dessa två värden kompletterar varandra i T-flipflop.
Följande tabell visar tillståndstabellen för T-flipflop.
| D | Q(t + 1) |
|---|---|
| 0 | Q(t) |
| 1 | Q(t)’ |
Här, Q(t) & Q(t + 1) är nuvarande tillstånd & respektive nästa tillstånd. Så T-flipflop kan användas för en av dessa två funktioner, t.ex. Hold, & Komplettering av nuvarande tillstånd baserat på ingångsförhållandena, när en positiv övergång av klocksignalen tillämpas. Följande tabell visar den karakteristiska tabellen för T-flipflop.
| Inputs | Present State | Next State | |
|---|---|---|---|
| T | Q(t) | Q(t + 1) | |
| 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | |
| 1 | 0 | 1 | |
| 1 | 1 | 0 |
Från ovanstående karakteristiska tabell, kan vi direkt skriva nästa tillståndsekvation som
$$$Q\left ( t+1 \right )={T}’Q\left ( t \right )+TQ{\left ( t \right )+TQ{\left ( t \right )}’$$$
$$$\Rightarrow Q\left ( t+1 \right )=T\oplus Q\left ( t \right )$$
Utgången av T flip-flop växlar alltid för varje positiv övergång av klocksignalen, när ingången T är logiskt hög (1). Därför kan T-flipflop användas i räknare.
I det här kapitlet har vi implementerat olika flipflops genom att tillhandahålla korskoppling mellan NOR-gates. På samma sätt kan du implementera dessa flip-flops genom att använda NAND-gates.