Transcript Document
فصل پنجم
مدارهاي ترتيبي همزمان
مدارهاي ترتيبي همزمان
يک سيستم ديجيتالي شامل مدارهاي ترکيبي و ترتيبي است .قسمت ترتيبي
شامل المانهاي ذخيره سازي (حافظه) است.
feedback path
اطالعات باينري ذخيره شده در المانهاي حافظه نشان دهنده حالت مدار
در هر لحظه از زمان هستند.
مقدار خروجيها و حالت بعدي مدار از روي مقدار وروديها و حالت
فعلي مدار تعيين مي گردند.
مدارهاي ترتيبي همزمان
مدارهاي ترتيبي همزمان از سيگنال مخصوصي استفاده مي کند که مقدار
المانهاي حافظه را در فواصل گسسته اي از زمان تغيير مي دهد.
براي حصول همزماني ،از يک دستگاه زماني به اسم توليد کننده کالک
استفاده مي شود که دنباله اي از پالسهاي کالک را توليد مي کند.
در مدارهاي ترتيبي که از کالک استفاده مي کنند به المانهاي حافظه
فليپ فالپ ميگويند.
فليپ فالپ يک دستگاه ذحيره سازي دودويي است که قادر به ذخيره يک
بيت اطالعات است.
مدارهاي ترتيبي (خروجی و ورودی ها)
خروجيها مي توانند از قسمت ترکيبي مدار يا از فليپ فالپها و يا از هر دو
قسمت گرفته شوند.
فليپ فالپها ورودي خود را از قسمت ترکيبي مدار و کالک دريافت مي کنند.
حالت فليپ فالپها فقط در لبه هاي کالک (باالرونده يا پايين رونده) و يا سطوح
کالک ( 1يا )0تغيير مي کند.
لچ ها Latches
لچ ها از انواع اصلي فليپ فالپها هستند و با سطوح کالک کار مي کنند .لچ ها
عنصر اصلي تشکيل دهنده انواع فليپ فالپها هستند.
undefined state
در شرايط عادي ،هر دو ورودي لچ 0هستند و لچ حالت خود را حفظ مي کند.
اگر S=1,R=0بشود لچ به حالت setخواهد رفت يعني Q=1خواهد شد.
اگر S=0,R=1بشود لچ به حالت resetخواهد رفت يعني Q=0خواهد شد.
خروجي ’ Qهميشه معکوس Qاست.
RS-Latch as Cross-Coupled NOR Gates
R
S
•
•
•
•
If R = 1, Q resets to 0
If S = 1, Q sets to 1
If RS = 00, no change
RS = 11 is not allowed
because leads to
oscillation
Q
Q
Truth table
SR
Q
00
No change
01
0
10
1
11
Undefined
RS-Latch as Cross-Coupled NOR Gates
• If RS = 00, no change
a) Q = 1
R
Q
Q
S
0
1
NOR Truth table
RS Truth table
AB
A NOR B
SR
Q
00
1
00
No change
01
0
01
0
10
0
10
1
11
0
11
Undefined
RS-Latch as Cross-Coupled NOR Gates
• If RS = 00, no change
a) Q = 1
b) Q = 0
R
Q
Q
S
0
1
NOR Truth table
RS Truth table
AB
A NOR B
SR
Q
00
1
00
No change
01
0
01
0
10
0
10
1
11
0
11
Undefined
RS-Latch as Cross-Coupled NOR Gates
• If RS = 01, Q sets to 1
a) Q = 0
b) Q = 1
R
Q
Q
S
0
1
NOR Truth table
RS Truth table
AB
A NOR B
SR
Q
00
1
00
No change
01
0
01
0
10
0
10
1
11
0
11
Undefined
RS-Latch as Cross-Coupled NOR Gates
• If RS = 10, Q sets to 0
a) Q = 0
b) Q = 1
R
Q
Q
S
0
1
NOR Truth table
RS Truth table
AB
A NOR B
SR
Q
00
1
00
No change
01
0
01
0
10
0
10
1
11
0
11
Undefined
لچ
NANDبا گيت ِ SR
undefined state
• لچ SRبا گيت NANDوقتي تغيير حالت مي دهد که سيگنال صفر را روي
ورودي ببيند.
• مقادير خروجيها براي لچ SRبا گيت NANDنسبت به لچ SRبا گيت NOR
مکمل هستند.
RS-Latch as Cross-Coupled NAND Gates
• If RS = 11, no change
a) Q = 1
S
Q
Q
R
0
1
NAND Truth table
RS Truth table
AB
A NANDB
SR
Q
00
1
11
No change
01
1
10
0
10
1
01
1
11
0
00
Undefined
RS-Latch as Cross-Coupled NAND Gates
• If RS = 11, no change
a) Q = 1
b) Q = 0
S
Q
Q
R
0
1
NAND Truth table
RS Truth table
AB
A NANDB
SR
Q
00
1
11
No change
01
1
10
0
10
1
01
1
11
0
00
Undefined
RS-Latch as Cross-Coupled NAND Gates
• If RS = 01, Q sets to 1
a) Q = 1
b) Q = 0
S
Q
Q
R
0
1
NAND Truth table
RS Truth table
AB
A NOR B
SR
Q
00
1
11
No change
01
1
10
0
10
1
01
1
11
0
00
Undefined
RS-Latch as Debouncing
R
S
R
S
Q
Q
RS Truth table
SR
Q
11
No change
10
0
01
1
00
Undefined
Level-Sensitive RS-Latch
• “Q” only changes when CLK is high (i.e. level-sensitive)
• When CLK is high, behavior same as RS latch
S
Q
CLK
Q
R
NAND Truth table
AB
A NOR B
00
1
01
1
10
1
11
0
SR Flip Flop Truth table
CLK
SR
Q
0
XX
No change
1
00
No change
1
01
0
1
10
1
1
11
Undefined
Level-Sensitive RS-Latch
• “Q” only changes when CLK is high (i.e. level-sensitive)
• When CLK is high, behavior same as RS latch
S
Q
CLK
Q
R
NAND Truth table
AB
A NOR B
00
1
01
1
10
1
11
0
SR Flip Flop Truth table
CLK
SR
Q
0
XX
No change
1
00
No change
1
01
0
1
10
1
1
11
Undefined
Level-Sensitive D-Latch
• Make level-sensitive D-latch from level-sensitive RS-latch
by connecting S = D and R = not D
D
Q
CLK
Q
NAND Truth table
AB
A NOR B
00
1
01
1
10
1
11
0
SR Flip Flop Truth table
CLK
SR
Q
0
XX
No change
1
00
No change
1
01
0
1
10
1
1
11
Undefined
سمبلهاي لچها
فليپ فالپ
مي توان گفت که فليپ فالپ نوعي از لچ است که فقط هنگام تغيير آني
سيگنال کنترل تغيير حالت مي دهد.
به اين تغيير آني سيگنال کنترل تريگر مي گويند .اصطالحا مي گويند که
فليپ فالپ تريگر شده است.
مثال لچ Dفليپ فالپي است که وقتي سيگنال کنترل 1شود تريگر مي
گردد ،يا اصطالحا به سطح مثبت حساس است .تا وقتي که کنترل يک
باشد تغييرات ورودي روي خروجي مشاهده خواهد شد.
فليپ فالپ حساس به لبه
وقتي که کالک 0است خروجي معکوس کننده برابر 1است .لذا ،لچ تابع
فعال شده و خروجي Qبرابر با خروجي لچ رييس ) (Yاست .در اين
هنگام لچ رييس غير فعال است.
وقتي که کالک 1مي گردد ،لچ رييس فعال و لچ تابع غير فعال مي گردد.
لذا ورودي Dروي خروجي لچ رييس ) (Yظاهر مي شود .اما خروجي Q
تغييري نمي کند.
لذا اين مدار در لبه منفي کالک از ورودي Dنمونه مي گيرد و متناسب با
آن خروجي را تغيير مي دهد.
فليپ فالپ حساس به لبه
MASTER
D
Q
D
SLAVE
Q
Q
Q
CLK
Positive Pulse
Negative Pulse
Logic 1
Logic 0
Pos
Neg
Neg
POS
D
Q
D-FF
Master
Slave
فليپ فالپ حساس به لبه مثبت
• If D = 0 when CLK
R 0, Q = 0: ‘reset state’
• If D changes while CLK is high flip-flop will not respond to the change.
•When CLK
, R 1, flip-flop will be in the same state (no change in output).
•If D = 1 when CLK
, S 0, Q = 1: ‘set state’
سمبلهاي گرافيکي فليپ فالپهاي حساس به لبه
موثرترين و اقتصادي ترين فليپ فالپي که ساخته شده است
فليپ فالپ Dحساس به لبه است .زيرا گيتهاي مورد نياز براي
ساخت آن مينيمم است.
فليپ فالپ JK
فليپ فالپ JKقابليت setو resetکردن و معکوس کردن
خروجي خود را دارد.
اگر فقط ورودي J=1باشد خروجي فليپ فالپ 1خواهد شد.
اگر فقط ورودي K=1باشد خروجي فليپ فالپ 0خواهد شد.
اگر هر دو 1شوند خروجي معکوس خواهد شد.
فليپ فالپ JK
D JQ' K ' Q
اگر J = 1 , K = 0باشد D = 1،است و در لبه بعدي کالک خروجي 1خواهد شد.
اگر J = 0 , K = 1باشد D = 0 ،است و در لبه بعدي کالک خروجي 0خواهد شد.
اگر J = 1 , K = 1باشد D = Q’،است و در لبه بعدي کالک خروجي معکوس خواهد شد
اگر J = 0 , K = 0باشد D = Qاست و در لبه بعدي کالک خروجي تغييري نخواهد کرد.
فليپ فالپ T
اگر ورودي فليپ فالپ Tيک باشد ،اين فليپ فالپ خروجي
خود را در لبه بعدي کالک عوض مي کند.
اگر T = 0 D T Q Qيعني D = Qو خروجي
تغييري نمي کند.
اگر' T = 1 D T Q Qيعني ’ D = Qو خروجي در
کالک بعدي تغيير مي کند.
جدول مشخصات فليپ فالپها و معادالت آنها
حالت فعلي = )Q(t
حالت بعدي = )Q(t+1
)Q(t+1
بدون تغيير )Q(t
معکوس )Q’(t
T
0
1
Q(t 1) T Q TQ'T ' Q
)Q(t+1
بدون تغيير )Q(t
0
Reset
1
Set
معکوس )Q’(t
K
0
1
0
1
J
0
0
1
1
Q(t 1) JQ' K ' Q
)Q(t+1
0 Reset
1 Set
D
0
1
Q(t 1) D
جدول درستي JKفليپ فالپ
مشخصه هاي فليپ فالپ
جدول درستي
جدول حالت
معاله حالت
جدول تحريك
K
X
X
1
0
J
0
1
X
X
Q
No change
00
لبه
0
01
لبه
1
10
لبه
Toggle
11
لبه
جدول حالت فليپ فالپ JK
جدول تحريک فليپ فالپ JK
)Q (t +1
0
1
0
1
No change
JK
XX
CLK
سطح
) Q (t
0
0
1
1
) Q (t+1
0
1
0
0
1
1
1
0
) Q (t
0
1
0
1
0
1
0
1
K
0
0
1
1
0
0
1
1
معادله حالت فليپ فالپ JK
Q(t 1) JQ' K ' Q
J
0
0
0
0
1
1
1
1