Rutar Jaromír, Digitální (číslicová) technika – logické bistabilní klopné obvody (BKO)
1
Digitální (číslicová) technika - BKO
Obsah:
-základní pojmy, rozdělení, popis
-asynchronní typu RS
-synchronní typu RST
-synchronní typu D
-integrovaný synchronní typu D – MH 7474
-základní zapojení jako dělič 2
-synchronní s mezipamětí
-synchronní typu JK
-integrovaný synchronní typu JK – MH 7472
-základní zapojení jako dělič 2
-T klopný obvod
Rutar Jaromír, Digitální (číslicová) technika – logické bistabilní klopné obvody (BKO)
1
2
Rutar Jaromír, Digitální (číslicová) technika – logické bistabilní klopné obvody (BKO)
Bistabilní klopné obvody – BKO
-mají dva stabilní stavy
-překlápí se až dodáním budícího překlápěcího pulzu
-uchovává, pamatuje si tak informaci, základní paměťový logický člen
-rozeznáváme:
Asynchronní klopné obvody
-stav KO se mění v libovolném čase, v závislosti jen na vstupních proměnných
-nemá synchronizační hodinový vstup
-RS klopné obvody
Synchronní klopné obvody
-stav KO se mění v závislosti na vstupních proměnných a na synchronizačním hodinovém pulzu
-klopné obvody jsou navíc řízeny hodinovým vstupem
-hodinami řízené RS KO, např. RST KO
-a dále klopné obvody typu D a JK
Hranami řízené klopné obvody
-řízené jednou hranou (a to buď náběžnou-typ D, nebo sestupnou-typ JK)
-řízené oběma hranami (jak náběžnou, tak i sestupnou), typu master-slave, např. JK MasterSlave KO
2
Rutar Jaromír, Digitální (číslicová) technika – logické bistabilní klopné obvody (BKO)
Rutar Jaromír, Digitální (číslicová) technika – logické bistabilní klopné obvody (BKO)
3
Asynchronní BKO typu RS
RS klopný obvod z hradel NAND
S
0
0
1
1
R
0
1
0
1
Q
Q
Zakázaný stav
1
0
0
1
Stav KO se nemění
-používají se často
-na vstupu se prosazuje log.0
-má dva statické vstupy a dva výstupy
- S = 0 (set = nastavení) výstup Q nastaví do log.1
- R = 0 (reset = nulování) výstup Q nastaví do log.0
Kombinace vstupních hodnot S , R , při kterých dochází k nedefinovanému stavu, se smí použít, jen když po
této kombinaci nenastane nová kombinace vstupů S , R , při níž se klopný obvod nemění. V tomto případě
totiž nelze předem určit, do jakých log. stavů se dostanou výstupy Q, Q .
Tedy kombinace S = 0, R = 0 se smí použít jen když po ní nenastane nová kombinace vstupů S = 1, R = 1
RS klopný obvod z hradel NOR
S
0
0
1
1
R
Q
Q
0 Stav KO se nemění
1
1
0
0
0
1
1
Zakázaný stav
-používají se málo
-na vstupu se prosazuje log.1
Příklad použití RS klopného obvodu:
-použití RS klopného obvodu při odstranění zákmitů u tlačítka
Sepnutí mechanického kontaktu se při dostatečně velkém časovém měřítku jeví jako několikanásobné sepnutí a
rozepnutí. Tento přechodový jev se pak na výstupu RS klopného obvodu neprojeví.
-někdy se používá RS klopný obvod sestavený jen z invertorů
Jiný způsob vytvoření startovacího impulsu
Po stlačení tlačítka je formován krátký impulz
Rutar Jaromír, Digitální (číslicová) technika – logické bistabilní klopné obvody (BKO)
3
4
Rutar Jaromír, Digitální (číslicová) technika – logické bistabilní klopné obvody (BKO)
Synchronní BKO typu RST
T S R
S, R
T
Z
N
kombinační vstupy synchronní, data
taktovací (hodinový) puls, synchronní vstup
zápisový (jednotkový) puls, synchronní vstup
nulovaní (mazací) puls, asynchronní vstup
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
S
1
1
1
1
1
1
0
0
R
1
1
1
1
1
0
1
0
Q
Q
Stav KO se nemění
Stav KO se nemění
Stav KO se nemění
Stav KO se nemění
Stav KO se nemění
0
1
1
0
Zakázaný stav
Obvod se překlápí (reaguje) podle logických úrovní na vstupech S, R dle pravdivostní tabulky, ale pouze za
přítomnosti taktovacího pulsu v log.1
Pokud je na svorce T log.0 jsou hradla A, B neprůchodná a logické úrovně na vstupech S, R nemají vliv na
stav RST klopného obvodu
Pouze po celou dobu trvání log.1 na svorce T sleduje RST klopný obvod všechny změny logických úrovní na
vstupech S, R
Obvod lze dále tvrdě nulovat, tzn. výstup Q převést do log.0, nebo jednotkovat, tzn. výstup Q převést do log.1
Jednotkovat nebo nulovat klopný obvod, tedy tvrdě nastavit KO do
příslušného trvalého stavu, má význam když T = 0. Rušíme tím vlastně
stav KO, který jsme si předvolili kombinací log. úrovní na vstupech S, R
synchronizovaných taktovacím pulzem
Z
0
0
1
1
N
0
1
0
1
Q
Q
Neurčitý (zakázaný) stav
1
0
0
1
Stav KO se nemění
Po skončení log.1 taktovacího pulzu přejdou výstupy hradel A, B do stavu
log.1 (T = 0, log.0 se prosadí, S =1, R =1) stav KO se podle pravdivostní tabulky KO nezmění, zůstane ve
stavu jakém byl.
Nyní je možno pomocí vstupů Z , N tvrdě změnit výstup Q podle pravdivostní tabulky.
Význam těchto „tvrdých“ vstupů je v celkovém znulování nebo zjedničkování všech KO do jednotného stavu
4
Rutar Jaromír, Digitální (číslicová) technika – logické bistabilní klopné obvody (BKO)
Rutar Jaromír, Digitální (číslicová) technika – logické bistabilní klopné obvody (BKO)
5
Synchronní BKO typu D
T D
Q
Q
0 0 Stav KO se nemění
0 1 Stav KO se nemění
1 0
0
1
1 1
1
0
D
T
synchronní vstup kombinační, datový vstup
taktovací, hodinový vstup
-přidáním investoru k RST klopnému obvodu vznikne D klopný obvod
-oproti RST ko nemůže přijít do nedefinovaného (zakázaného) stavu
-výstup Q kopíruje stav na vstupu D při T = 1
-ostatní je stejné jako u RST
Zjednodušené zapojení D klopného obvodu se signalizací pomocí LED
Rutar Jaromír, Digitální (číslicová) technika – logické bistabilní klopné obvody (BKO)
5
6
Rutar Jaromír, Digitální (číslicová) technika – logické bistabilní klopné obvody (BKO)
Integrovaný synchronní BKO typu D - MH 7474
S
1
1
1
1
0
1
0
D
C
R
S
R
1
1
1
1
1
0
0
D C
Q
Q
0
0
1
1
1
0
X 0 Stav KO se nemění
X 1 Stav KO se nemění
X X set
1
0
X X reset
0
1
X X
Zakázaný stav
synchronní vstup, vstupní proměnná, datový vstup
taktovací (hodinový) vstup
asynchronní vstup, reset, nulovaní (mazací) pulz
asynchronní vstup, set, zápisový (nahazovací) pulz, jednotkování
Nadřazenost: R převládá nad S, oba potom převládají nad D i C (viz pravdivostní tabulka)
IO 7474 využívá vzorkovacího principu, tzn., že nereaguje na statickou úroveň taktovacího pulzu, nýbrž je
řízen pouze změnou logické úrovně taktovacího pulzu. Informace na vstupu D se přesouvá na výstup Q
s náběžnou hranou (s čelem) taktovacího pulzu.
Má-li vstup C statickou (pevnou) logickou úroveň (0 nebo 1), informace se nepřenese, zůstává na vstupu D.
Asynchronními vstupy R a S lze ovládat stav výstupu „natvrdo“,
bez ohledu na taktovací pulzy (viz pravdivostní tabulka). Pokud
přivedeme na R a S současně log. 0 nezachováme jednoznačnost
funkce KO. Na výstupech Q a Q budou přechodně log.1, ale po
současném odpojení vstupních úrovní bude stav výstupu neurčitý.
S
0
0
1
1
R
0
1
0
1
Q
1
1
0
Q
Následným zapojením D ko získáme základní zapojení jako počítací ko, dělička 2
Ke změně stavu dochází s čelem hodinového impulzu
6
Rutar Jaromír, Digitální (číslicová) technika – logické bistabilní klopné obvody (BKO)
Q
1
0
1
Q
Význam
Neurčitý stav
Set (jednotkování)
Resetování (nulování)
Stav KO se nemění
Rutar Jaromír, Digitální (číslicová) technika – logické bistabilní klopné obvody (BKO)
7
Synchronní BKO s mezipamětí
Aby mohl být klopný obvod překlápěn každým následujícím taktovacím pulzem přiváděným na jedinou svorku
do opačného stavu, musí být vybaven vnitřní pamětí.
V době náběžné hrany (tedy změny z log.0 na log.1) taktovacího pulzu, stav prvního ko RST odpovídá
okamžitým úrovním na vstupech R, S. Druhý ko RST se nemůže měnit, neboť na jeho vstupu T je log.0 přes
invertot I. Či-li informace zůstává zatím „v paměti“ na výstupech prvního ko RST.
V době sestupné hrany (tedy změny z log.1 na log.0) téhož taktovacího pulzu se vstupní hradla prvního ko
RST uzavřou a jeho stav se již nemůže nyní měnit. Přes invertor I se ale na vstup T druhého ko RST dostane
log.1 a tento ko RST se otevře a nastaví do stavu, ve kterém je první ko RST.
Tzn., že tento ko RST s mezipamětí náběžnou hranou taktovacího pulzu zapíše stav do mezipaměti a sestupnou
hranou téhož taktovacího pulzu přepíše tento stav z mezipaměti na výstup Q celého obvodu.
Rutar Jaromír, Digitální (číslicová) technika – logické bistabilní klopné obvody (BKO)
7
8
Rutar Jaromír, Digitální (číslicová) technika – logické bistabilní klopné obvody (BKO)
Synchronní BKO typu JK
Zavedením zpětné vazby RQ (KQ) a S Q (J Q ) změníme chování RST ko s mezipamětí tak, že nemůže dojít
k nedefinovatelnému stavu na výstupech. Tzn., že stav výstupu nebude za žádné kombinace synchronních
vstupů neurčitý.
Přidáme-li ještě vstupy J a K, vznikne klopný obvod typu JK, master-sleve
Informace ze vstupů J, K se opět přenáší s čelem taktovacího pulzu do části „master“. Teprve se sestupnou
hranou téhož taktovacího pulzu se přenese do části „slave“ a na výstupy Q. Stejně jako o ko RST s mezipamětí.
Stav výstupu závisí na stavu synchronních vstupů J a K a na stavu výstupu před příchodem taktovacího pulzu.
Je-li např. Q = 1, potom zpětnou vazbou S Q je vstupní hradlo A1 uzavřeno výstupem Q = 0. Potom stav
prvního ko ovlivňuje pouze signál na vstupu K
Analogicky Q = 1
Jsou-li oba vstupy současně na stejné log. úrovni – viz pravdivostní tabulka
Je třeba zajistit, aby logické úrovně na synchronních vstupech byly již ustáleny před příchodem taktovacího
pulzu (neboť příchodem dochází k zapsání do části „master“). V průběhu taktovacího pulzu nelze již pomocí
vstupů J a K stav prvního ko měnit, protože vstup J je zablokován funkcí Q = 1, nebo K je blokován Q = 1
8
Rutar Jaromír, Digitální (číslicová) technika – logické bistabilní klopné obvody (BKO)
Rutar Jaromír, Digitální (číslicová) technika – logické bistabilní klopné obvody (BKO)
9
Integrovaný synchronní BKO typu JK – MH 7472
J, K
C
R
S
S
R
J
K
C
Q
1
1
1
1
1
1
0
1
0
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
X
X
X
X
X
0
Stav KO se nemění
Q
1
0
0
1
1
Stav se mění na opačný Q
X 0
Stav KO se nemění
X 1
Stav KO se nemění
X X Set
1
X X Reset
0
X X
Zakázaný stav
Q
Q
1
0
Q
0
1
synchronní vstupy vstupních proměnných, datové vstupy (J = J1.J2.J3, K = K1.K2.K3)
taktovací (hodinový) vstup
asynchronní vstup, reset, nulovaní (mazací) pulz
asynchronní vstup, set, zápisový (nahazovací) pulz, jednotkování
Nadřazenost: R převládá nad S, oba potom převládají nad J, K i C (viz pravdivostní tabulka)
IO 7472 označujeme jako dvojčinný (master-slave), což se vztahuje ke způsobu řízení klopného obvodu
taktovacím pulzem. Informace se ze synchronních vstupů přenáší s čelem (náběžnou hranou) taktovacího pulzu
do první řídící části klopného obvodu (části „master“).
Týlem (sestupnou hranou) téhož taktovacího pulzu se přenáší do druhé řízené části („slave“) klopného obvodu
a na výstupy Q.
Má-li vstup C statickou (pevnou) logickou úroveň (0 nebo 1), informace se nepřenese, zůstává na vstupech J,K
Asynchronními vstupy R a S lze ovládat stav výstupu „natvrdo“,
bez ohledu na taktovací pulzy (viz pravdivostní tabulka). Pokud
přivedeme na R a S současně log. 0 nezachováme jednoznačnost
funkce KO. Na výstupech Q a Q budou přechodně log.1, ale po
současném odpojení vstupních úrovní bude stav výstupu neurčitý.
S
0
0
1
1
R
0
1
0
1
Q
1
1
0
Q
Q
1
0
1
Q
Význam
Neurčitý stav
Set (jednotkování)
Resetování (nulování)
Stav KO se nemění
Rutar Jaromír, Digitální (číslicová) technika – logické bistabilní klopné obvody (BKO)
9
10
Rutar Jaromír, Digitální (číslicová) technika – logické bistabilní klopné obvody (BKO)
Klopný obvod typu T
T Q
Q
0
Q
1
Q
Q stav KO se nemění
Q stav KO se mění na opačný,
dle hodinového vstupu
(T = trigger = spouštět)
Používá se velmi málo. Tento obvod je paměťovým prvkem s jedním vstupem. Mění svůj stav v závislosti na
taktovacím pulsu.
Je-li na vstupu T log.1, mění svůj stav v rytmu synchronizačního, taktovacího, hodinového pulzu
Je-li na vstupu T log.0, zůstává výstup nezměněn
Klopný obvod typu T z JK ko – dělička 2
-spojíme-li oba vstupy JK ko a tento vstup označíme za T, získáme ko typu T z JK ko
-bude-li J = K = 1, bude se stav obvodu měnit s ukončením každého hodinového pulzu (viz časové průběhy)
-délka periody výstupního signálu je 2x perioda vstupního signálu
-tím jsme vytvořili JK ko jako počítací ko
-ke změně stavu dochází s týlem hodinového impulzu
-spojíme-li pak více těchto obvodů, získáme různá zapojení čítačů (děličů)
10
Rutar Jaromír, Digitální (číslicová) technika – logické bistabilní klopné obvody (BKO)
Download

2 - Rutar