Przerzutniki bistabilne Przygotowali: Rzodkiewicz Karol Rogalewski Marcin KSS II rok 2002 / 03 Laboratorium TC Prowadzący zajęcia dr. K. M. Noga

Co to jest przerzutnik? Przerzutnik jest podstawowym elementem układów sekwencyjnych. Jego funkcja polega na pamiętaniu jednego bitu informacji. Przerzutnik ma dwa stany wewnętrzne 1 i 0. Wyjście przerzutnika określa jego stan, przy czym zarówno stan, jak i wyjście przerzutnika oznaczane są przez Q. Przerzutniki mają również wyjście zanegowane . Zmiana stanu przerzutnika następuje pod wpływem zmiany wartości sygnałów wejściowych.

Ze względu na moment zmiany, przerzutniki dzieli się na: asynchroniczne synchroniczne Przerzutniki asynchroniczne pracują bez sygnału taktującego, a stan przerzutnika ustala się bezpośrednio w wyniku zmiany stanu wejść. Przerzutniki synchroniczne mają dwa rodzaje wejść: informacyjne (przygotowujące) zegarowe

Przerzutniki synchroniczne pracują z udziałem sygnału taktującego, a stan wejść informacyjnych jest przekazywany na wyjście w chwilach występowania określonego poziomu, lub narastającego (opadającego) zbocza sygnału taktującego.

Symbol graficzny przerzutnika Q wejście zegarowe wejścia informacyjne programujące wejścia wyjścia Symbol graficzny przerzutnika W przerzutnikach synchronicznych mogą dodatkowo występować asynchroniczne wejścia programujące, zwane inaczej przełączającymi, które pozwalają ustalić stan przerzutnika niezależnie od stanu wejść informacyjnych oraz stanu wejścia taktującego.

Wejściami programującymi są: wpisujące Pr (ang. Preset) zerujące Cl (ang. Clear) Często są też oznaczane również często symbolami S (ang. Set) i R (ang. Reset). Wejścia asynchroniczne mają zawsze priorytet w stosunku do pozostałych wejść przerzutnika.

Pracę przerzutnika można przedstawić w różny sposób: np. za pomocą tablicy przejść tablicy wzbudzeń wykresu czasowego grafu Najczęściej jest to tablica przejść (stanów), w której przedstawione są stany na wejściach informacyjnych układu w chwili tn, tzn. przed nadejściem impulsu zegarowego i stany w chwili tn+1, tzn. po wystąpieniu impulsu zegarowego.

Zastosowania przerzutników są bardzo szerokie: wykorzystuje się do budowy rejestrów przesuwających, liczników, układów sterowania wskaźników alfanumerycznych inne układy sekwencyjne.

Asynchroniczny przerzutnik RS Przerzutnik RS, zwany tak od angielskich słów Reset (kasuj) i Set (ustaw), jest najprostszym układem przerzutnika bistabilnego. W najprostszej postaci składa się z dwóch bramek NOR odpowiednio połączonych ze sobą w sposób pokazany na rysunku: Schemat logiczny przerzutnika RS

Normalnym stanem spoczynkowym jest stan zerowych sygnałów wejściowych. Gdy S=0 i R=0 stan przerzutnika nie zmienia się Dla S=0 i R=1 przerzutnik zostaje wyzerowany Przy S=1 oraz R=0 następuje zmiana stanu przerzutnika Stany jednoczesnych sygnałów 1 na obu wejściach przerzutnika są niedozwolone.

Równanie logiczne przerzutnika RS SnRn Qn przy czym Sn Rn = 0 Równanie logiczne przerzutnika RS

R S Q ? ? 0 – oznacza stany zabronione (?oznacza stan zabroniony) Tabela stanów ilustrująca działanie logiczne 0 – oznacza stany zabronione Wykres czasowy i tabela stanów dla przerzutnika RS zbudowanego z bramek NOR

Schemat logiczny przerzutnika RS Przerzutnik RS można podobnie zbudować z bramek NAND dla którego wyklucza się kombinację stanu wejść R=S=0. Schemat logiczny przerzutnika RS

Możliwe kombinacje: Gdy S=1 i R=1 stan przerzutnika nie zmienia się Dla S=0 i R=1 następuje zmiana stanu przerzutnika Przy S=1 oraz R=0 przerzutnik zostaje wyzerowany Stany jednoczesnych sygnałów 0 na obu wejściach przerzutnika są niedozwolone.

Równanie logiczne przerzutnika RS SnRn Qn przy czym Sn + Rn = 1 Równanie logiczne przerzutnika RS

R S Q ? ? 1 – oznacza stany zabronione (?oznacza stan zabroniony) Tabela stanów ilustrująca działanie logiczne 1 – oznacza stany zabronione Wykres czasowy i tabela stanów dla przerzutnika RS zbudowanego z bramek NAND

Synchroniczny przerzutnik RS Przerzutnik synchroniczny RS ma dodatkowe wejście C, do którego doprowadza się sygnał taktujący (synchronizujący). Zmiana stanu przerzutnika synchronicznego następuje w chwilach wyznaczonych przez sygnał taktujący.

Zależnie od tego, która z kombinacji zostanie podana na wejścia RS, przerzutnik zachowa się w jeden z następujących sposobów: nie zmieni stanu, jeżeli R=S=0, ustawi się w stania Q=0, jeżeli R=1 i S=0, ustawi się w stanie Q=1, jeżeli R=0 i S=1, dla stanów R=S=1 stan przerzutnika będzie nieokreślony

Stan logiczny wyjścia Q w umownym czasie tn+1 (po przyjściu sygnału taktującego) zależy od stanów logicznych S, R, Q w czasie tn (przed przyjściem sygnału taktującego). Równanie logiczne przerzutnika RS otrzymane na podstawie tablicy Karnaugha, ma postać: SnRn Qn przy czym Sn Rn = 0

Synchroniczny przerzutnik RS: a) symbol graficzny, b) graf Q 01 10 1 00 R S Synchroniczny przerzutnik RS: a) symbol graficzny, b) graf

b) a) Synchroniczny przerzutnik RS: a) tablica stanów b) tablica wzbudzeń (* oznacza 0 lub 1, w literaturze oznaczane także jaki X lub Φ)

Synchroniczny przerzutnik JK Wejścia informacyjne J i K, odpowiadają wejściom S i R przerzutnika RS. Przerzutnik JK nie ma stanów wejściowych niedozwolonych. W przypadku jednoczesnego podania sygnałów 1 na wejścia J i K, jego stan następny będzie negacją stanu aktualnego. Równanie logiczne przerzutnika JK ma postać: JnKn Qn

a) b) 01 11 10 1 00 J K J K C Q Synchroniczny przerzutnik JK: a) symbol graficzny (kułeczko na wejściu C oznacza, że przerzutnik reaguje na zbocze opadające), b) graf

Synchroniczny przerzutnik JK: a) tablica stanów, b) tablica wzbudzeń

Synchroniczny przerzutnik D Przerzutnik D ma jedno wejście informacyjne, oznaczonym literą D. Spełnia on funkcję przepisywania informacji z wejścia D na wyjście Q z opóźnieniem jednego impulsu taktującego. Równanie logiczne przerzutnika D ma postać: Dn Qn

Synchroniczny przerzutnik D: a) symbol graficzny, b) graf Q 1 D Synchroniczny przerzutnik D: a) symbol graficzny, b) graf

Synchroniczny przerzutnik D: a) tablica stanów, b) tablica wzbudzeń

Synchroniczny przerzutnik T Przerzutnik T (ang. Toggle) jest przerzutnikiem synchronicznym mającym jedno wejście informacyjne T. Równanie logiczne przerzutnika T ma postać: Tn Qn

Synchroniczny przerzutnik T: a) symbol graficzny, b) graf Q 1 T Synchroniczny przerzutnik T: a) symbol graficzny, b) graf

Synchroniczny przerzutnik T: a) tablica stanów, b) tablica wzbudzeń