Elektronika

Elektronika

wykład 7 – TECHNIKI CYFROWE

wykład 7 – TECHNIKI CYFROWE

Lublin, listopad 2008

Lublin, listopad 2008

Instytut Elektrotechniki i Informatyki

Instytut Elektrotechniki i Informatyki

Politechnika Lubelska

Politechnika Lubelska

George Boole, logik i matematyk

George Boole, logik i matematyk

angielski, opracowuje algebrę

angielski, opracowuje algebrę

dla zbioru dwuelementowego,

dla zbioru dwuelementowego,

zwaną algebrą Boole'a.

zwaną algebrą Boole'a.

1854 r

1854 r

Tak (Yes)

Nie (No)

Wysoki poziom napięcia

(High)

Niski poziom

napięcia (Low )

Przełącznik zamknięty

Włączony (On)

Przełącznik otwarty

Wyłączony (Off)

Prawda (True)

Fałsz (False)

Logiczna 1

Logiczna 1

Logiczne 0

Logiczne 0

Algebra Boole'a różni się od zwykłej algebry tym, że

Algebra Boole'a różni się od zwykłej algebry tym, że

zmienne w definicji określone jako wyróżnione

zmienne w definicji określone jako wyróżnione

elementy mogą przybierać tylko dwie możliwe

elementy mogą przybierać tylko dwie możliwe

wartości

wartości

0

0

lub

lub 1

1

.

.

Zmienne logiczne 0 i 1 mogą reprezentować

Zmienne logiczne 0 i 1 mogą reprezentować

Zmienne logiczne

Zmienne logiczne

4

Tezeusz, mądra mysz

Tezeusz, mądra mysz

elektromechaniczna,

elektromechaniczna,

Claude’a Shannona.

Claude’a Shannona.

Jeden z pierwszych

Jeden z pierwszych

eksperymentów w dziedzinie

eksperymentów w dziedzinie

sztucznej inteligencji.

sztucznej inteligencji.

„

„

A Mathematical Theory of

A Mathematical Theory of

Communication” (1948)

Communication” (1948)

Jako jeden z pierwszych Shannon twierdził, że ciągami

Jako jeden z pierwszych Shannon twierdził, że ciągami

zer i jedynek (bitów) da się opisać tekst, obraz i dźwięk.

zer i jedynek (bitów) da się opisać tekst, obraz i dźwięk.

Claude Shannon

Claude Shannon

Układy logiczne

Układy logiczne

wejścia

wejścia

Dowolny układ logiczny może mieć

Dowolny układ logiczny może mieć n wejść

n wejść

i co

i co

najmniej

najmniej jedno wyjście

jedno wyjście

.

.

Może realizować podstawowe, czy też bardziej złożone

Może realizować podstawowe, czy też bardziej złożone

funkcje algebry Boole’a.

funkcje algebry Boole’a.

Niezależnie od konstrukcji wewnętrznej układu

Niezależnie od konstrukcji wewnętrznej układu

zależność pomiędzy stanem wyjścia układu, a stanami

zależność pomiędzy stanem wyjścia układu, a stanami

wejść można opisać za pomocą

wejść można opisać za pomocą

tablicy prawdy

tablicy prawdy

lub

lub

analitycznie za pomocą wyrażenia algebraicznego

analitycznie za pomocą wyrażenia algebraicznego

wyjście

wyjście

Układ logiczny

Układ logiczny

Element konstrukcyjny maszyn i mechanizmów (dziś

Element konstrukcyjny maszyn i mechanizmów (dziś

zazwyczaj: układ scalony, choć podobne funkcje można

zazwyczaj: układ scalony, choć podobne funkcje można

zrealizować

również

za

pomocą

innych

rozwiązań

zrealizować

również

za

pomocą

innych

rozwiązań

technicznych, np. hydrauliki czy pneumatyki), realizujący

technicznych, np. hydrauliki czy pneumatyki), realizujący

fizycznie pewną prostą funkcję logiczną, której argumenty

fizycznie pewną prostą funkcję logiczną, której argumenty

(zmienne logiczne) oraz sama funkcja mogą przybierać jedną z

(zmienne logiczne) oraz sama funkcja mogą przybierać jedną z

dwóch wartości, np. 0 lub 1.

dwóch wartości, np. 0 lub 1.

Podstawowymi

elementami

logicznymi,

stosowanymi

Podstawowymi

elementami

logicznymi,

stosowanymi

powszechnie w budowie układów logicznych, są elementy

powszechnie w budowie układów logicznych, są elementy

realizujące funkcje logiczne: sumy (alternatywy), iloczynu

realizujące funkcje logiczne: sumy (alternatywy), iloczynu

(koniunkcji) i negacji. Są to odpowiednio bramki OR, AND i

(koniunkcji) i negacji. Są to odpowiednio bramki OR, AND i

NOT. Za pomocą dwóch takich bramek (np. OR i NOT lub AND i

NOT. Za pomocą dwóch takich bramek (np. OR i NOT lub AND i

NOT) można zbudować układ, realizujący dowolną funkcję

NOT) można zbudować układ, realizujący dowolną funkcję

logiczną.

logiczną.

Elementy logiczne

Elementy logiczne

Fizyczną realizacją podstawowych operacji logicznych są

Fizyczną realizacją podstawowych operacji logicznych są

układy nazywane

układy nazywane bramkami

bramkami

. Są to układy scalone

. Są to układy scalone

wykonane

w

technologii

półprzewodnikowej.

wykonane

w

technologii

półprzewodnikowej.

Produkowany jest bardzo szeroki asortyment układów od

Produkowany jest bardzo szeroki asortyment układów od

najprostszych do bardzo skomplikowanych.

najprostszych do bardzo skomplikowanych.

Stanom logicznym 0 oraz 1 przyporządkowano napięcia

Stanom logicznym 0 oraz 1 przyporządkowano napięcia

elektryczne:

elektryczne:

0

0

logiczne – napięcia < 0,8 V (LOW)

logiczne – napięcia < 0,8 V (LOW)

1

1

logiczna - napięcia > 2,4 V (HIGH)

logiczna - napięcia > 2,4 V (HIGH)

Fizyczna realizacja w elektronice

Fizyczna realizacja w elektronice

W algebrze Boole'a, dozwolone są trzy

W algebrze Boole'a, dozwolone są trzy

podstawowe operacje:

podstawowe operacje:

OR

OR

(suma logiczna, suma boolowska

(suma logiczna, suma boolowska

dysjunkcja

dysjunkcja

);

);

AND

AND

(

(

iloczyn logiczny, iloczyn boolowski,

iloczyn logiczny, iloczyn boolowski,

koniunkcja

koniunkcja

);

);

NOT

NOT

(

(

negacja, inwersja

negacja, inwersja

);

);

Operacje logiczne

Operacje logiczne

x

x

x
y

x y

x

y

x + y

Operacje złożone:

Operacje złożone:

XOR - różnica symetryczna, suma rozłączna

XOR - różnica symetryczna, suma rozłączna

NAND – zaprzeczenie iloczynu

NAND – zaprzeczenie iloczynu

NOR – zaprzeczenie sumy

NOR – zaprzeczenie sumy

XNOR – zaprzeczenie różnicy symetrycznej

XNOR – zaprzeczenie różnicy symetrycznej

Operacje logiczne

Operacje logiczne

x

y

x y

x

y

x + y

x

y

x + y

x

y

x + y

NAND

NOR

XOR

XNOR

f(x1,x2,x3,x4) = Σ[2,3,6,7,8,10,11,15,(0,13)]

f(x1,x2,x3,x4) = Σ[2,3,6,7,8,10,11,15,(0,13)]

Tablica prawdy

Tablica prawdy

Tablica Karnaugha

Tablica Karnaugha

_ _ _

_ _ _

x

x

2

2

x

x

4

4

+ x

+ x

3

3

x

x

4

4

+ x

+ x

1

1

x

x

3

3

nieoptymalne

nieoptymalne

optymalne

optymalne

dokładność przetwarzania może być dowolnie duża i zależy

dokładność przetwarzania może być dowolnie duża i zależy

wyłącznie od dokładności informacji wejściowych,

wyłącznie od dokładności informacji wejściowych,

znacznie większa odporność na zakłócenia i ogólna niezawodność

znacznie większa odporność na zakłócenia i ogólna niezawodność

urządzeń,

urządzeń,

informacja może być łatwo zapamiętana i magazynowana przez

informacja może być łatwo zapamiętana i magazynowana przez

dowolnie długi czas,

dowolnie długi czas,

istnieje możliwość dokładnego, cyfrowego przedstawiania

istnieje możliwość dokładnego, cyfrowego przedstawiania

informacji, przetwarzania jej i komunikacji bezpośredniej oraz

informacji, przetwarzania jej i komunikacji bezpośredniej oraz

pośredniej pomiędzy systemami, systemami a użytkownikiem, a

pośredniej pomiędzy systemami, systemami a użytkownikiem, a

także pomiędzy użytkownikami

także pomiędzy użytkownikami

Zalety stosowania techniki cyfrowej

Zalety stosowania techniki cyfrowej

Podstawowe parametry

Podstawowe parametry

elementów logicznych

elementów logicznych

Obciążalność:

Obciążalność:

maksymalny prąd, jaki może wypływać

maksymalny prąd, jaki może wypływać

(wpływać) z wyjścia układu przy jego prawidłowej pracy.

(wpływać) z wyjścia układu przy jego prawidłowej pracy.

Średni czas propagacji:

Średni czas propagacji:

średnia arytmetyczna czasów

średnia arytmetyczna czasów

opóźnienia przedniego i tylnego zbocza impulsu

opóźnienia przedniego i tylnego zbocza impulsu

wyjściowego w stosunku do odpowiednich zboczy impulsu

wyjściowego w stosunku do odpowiednich zboczy impulsu

wejściowego.

wejściowego.

Podstawowe parametry

Podstawowe parametry

elementów logicznych

elementów logicznych

Częstotliwość maksymalna:

Częstotliwość maksymalna:

największa dopuszczalna

największa dopuszczalna

częstotliwość zmian sygnału wejściowego, przy której układ

częstotliwość zmian sygnału wejściowego, przy której układ

pracuje poprawnie.

pracuje poprawnie.

Margines

zakłóceń:

Margines

zakłóceń:

taka

wartość

sygnału

taka

wartość

sygnału

zakłócającego, która dodana do sygnału wejściowego nie

zakłócającego, która dodana do sygnału wejściowego nie

powoduje jeszcze zmiany wartości logicznej sygnału.

powoduje jeszcze zmiany wartości logicznej sygnału.

Moc strat:

Moc strat:

różnica między mocą dostarczaną a odbieraną

różnica między mocą dostarczaną a odbieraną

(wydzielana w postaci ciepła)

(wydzielana w postaci ciepła)

Układy logiczne

Układy logiczne

UKŁADY

KOMBINACYJNE

–

składają

się

z

UKŁADY

KOMBINACYJNE

–

składają

się

z

elementarnych układów logicznych (bramek).

elementarnych układów logicznych (bramek).

UKŁADY SEKWENCYJNE – stan logiczny nie zależy

UKŁADY SEKWENCYJNE – stan logiczny nie zależy

tylko od sygnałów doprowadzanych w danej chwili do

tylko od sygnałów doprowadzanych w danej chwili do

wejść układu, lecz także od sekwencji (kolejności)

wejść układu, lecz także od sekwencji (kolejności)

sygnałów doprowadzanych w chwilach poprzednich.

sygnałów doprowadzanych w chwilach poprzednich.

Zawierają elementy logiczne z pamięcią.

Zawierają elementy logiczne z pamięcią.

Przerzutniki – podstawowe układy techniki impulsowej. Służą do

Przerzutniki – podstawowe układy techniki impulsowej. Służą do

wytwarzania drgań o przebiegu zbliżonym do prostokątnego oraz

wytwarzania drgań o przebiegu zbliżonym do prostokątnego oraz

sterują pracą innych układów impulsowych.

sterują pracą innych układów impulsowych.

Przerzutniki

Przerzutniki

Zależność napięcia wyjściowego od

Zależność napięcia wyjściowego od

wejściowego dla wzmacniacza z

wejściowego dla wzmacniacza z

dodatnim sprzężeniem zwrotnym:

dodatnim sprzężeniem zwrotnym:

1.

1.

k

k

β = 0

β = 0

2.

2.

0 < k

0 < k

β < 1

β < 1

3.

3.

k

k

β = 1

β = 1

4.

4.

k

k

β > 1

β > 1

Przerzutnik

Przerzutnik

jest

podstawowym

elementem

układów

jest

podstawowym

elementem

układów

sekwencyjnych. Jego funkcja polega na pamiętaniu jednego

sekwencyjnych. Jego funkcja polega na pamiętaniu jednego

bitu informacji.

bitu informacji.

Przerzutnik ma dwa stany wewnętrzne 1 i 0. Wyjście

Przerzutnik ma dwa stany wewnętrzne 1 i 0. Wyjście

przerzutnika określa jego stan, przy czym zarówno stan, jak i

przerzutnika określa jego stan, przy czym zarówno stan, jak i

wyjście przerzutnika oznaczane są przez

wyjście przerzutnika oznaczane są przez

Q

Q

.

.

Przerzutniki mają również wyjście zanegowane

Przerzutniki mają również wyjście zanegowane

.

.

Zmiana stanu

Zmiana stanu

przerzutnika następuje pod wpływem zmiany wartości

przerzutnika następuje pod wpływem zmiany wartości

sygnałów wejściowych.

sygnałów wejściowych.

Przerzutniki

Przerzutniki

Przerzutniki

Przerzutniki

Przerzutniki – realizacje sprzężenia

Przerzutniki – realizacje sprzężenia

Podstawowe struktury realizacji silnego

Podstawowe struktury realizacji silnego

sprzężenia dodatniego:

sprzężenia dodatniego:

układ Ecclessa-Jordana

układ Ecclessa-Jordana

(symetryczne)

(symetryczne)

– gałąź sprzężenia zwrotnego jest taka

– gałąź sprzężenia zwrotnego jest taka

sama jak gałąź między stopniami,

sama jak gałąź między stopniami,

układ Schmitta

układ Schmitta

(niesymetryczny) –

(niesymetryczny) –

sprzężenie realizuje się przez połączenie

sprzężenie realizuje się przez połączenie

obu stopni wzmacniających gałęzią, w

obu stopni wzmacniających gałęzią, w

której występuje sumowanie sygnałów

której występuje sumowanie sygnałów

pochodzących od obu stopni, a

pochodzących od obu stopni, a

następnie zwrotne doprowadzenie tych

następnie zwrotne doprowadzenie tych

sygnałów do wejścia.

sygnałów do wejścia.

Przerzutniki – podział

Przerzutniki – podział

W zależności od funkcji jaką realizuje przerzutnik, wyróżnia się:

W zależności od funkcji jaką realizuje przerzutnik, wyróżnia się:

Przerzutniki bistabilne

Przerzutniki bistabilne

(ang. Flip=Flop) – układy mające 2 poziomy

(ang. Flip=Flop) – układy mające 2 poziomy

stabilne.

stabilne.

Przerzutniki monostabilne

Przerzutniki monostabilne

(ang. Monoflop lub One Shot) – układy

(ang. Monoflop lub One Shot) – układy

mające 1 stan stabilny i 1 niestabilny.

mające 1 stan stabilny i 1 niestabilny.

Przerzutniki astabilne

Przerzutniki astabilne

(ang. Multiwibrator) – układy nie posiadające

(ang. Multiwibrator) – układy nie posiadające

stanów stabilnych.

stanów stabilnych.

Sygnał zewnętrzny bywa stosowany do

Sygnał zewnętrzny bywa stosowany do

synchronizacji.

synchronizacji.

Przerzutniki monostabilne

Przerzutniki monostabilne

Przerzutniki astabilne

Przerzutniki astabilne

Przerzutniki astabilne są generatorami impulsów prostokątnych.

Przerzutniki astabilne są generatorami impulsów prostokątnych.

Wyzwalanie przerzutnika

Wyzwalanie przerzutnika

– sposób oddziaływania impulsu zegarowego

– sposób oddziaływania impulsu zegarowego

na wartość zmiennych wyjściowych przerzutnika.

na wartość zmiennych wyjściowych przerzutnika.

Stosuje się:

Stosuje się:

przerzutniki wyzwalane poziomem,

przerzutniki wyzwalane poziomem,

przerzutniki wyzwalane zboczem,

przerzutniki wyzwalane zboczem,

przerzutniki dwuzboczowe.

przerzutniki dwuzboczowe.

Przerzutniki bistabilne i monostabilne stanowią wyzwalane, a astabilne

Przerzutniki bistabilne i monostabilne stanowią wyzwalane, a astabilne

– samowzbudne generatory impulsów prostokątnych

– samowzbudne generatory impulsów prostokątnych

Wyzwalanie przerzutnika

Wyzwalanie przerzutnika

Ze względu na moment zmiany, przerzutniki dzieli się na:

Ze względu na moment zmiany, przerzutniki dzieli się na:

asynchroniczne

asynchroniczne

synchroniczne

synchroniczne

Przerzutniki asynchroniczne

Przerzutniki asynchroniczne

pracują bez sygnału taktującego, a

pracują bez sygnału taktującego, a

stan przerzutnika ustala się bezpośrednio w wyniku zmiany

stan przerzutnika ustala się bezpośrednio w wyniku zmiany

stanu wejść.

stanu wejść.

Przerzutniki synchroniczne

Przerzutniki synchroniczne

mają dwa rodzaje wejść:

mają dwa rodzaje wejść:

informacyjne (przygotowujące)

informacyjne (przygotowujące)

zegarowe

zegarowe

Przerzutniki – podział

Przerzutniki – podział

Przerzutniki asynchroniczne

Przerzutniki asynchroniczne

Jeśli o wartości zmiennej wyjściowej przerzutnika decydują

Jeśli o wartości zmiennej wyjściowej przerzutnika decydują

tylko wejścia asynchroniczne to mamy do czynienia z

tylko wejścia asynchroniczne to mamy do czynienia z

przerzutnikiem asynchronicznym.

przerzutnikiem asynchronicznym.

W przerzutniku tym informacja na wyjściu pojawia się w

W przerzutniku tym informacja na wyjściu pojawia się w

chwilach uzależnionych tylko od zmiany stanu na jego

chwilach uzależnionych tylko od zmiany stanu na jego

wejściach. Do tej grupy zaliczamy głównie przerzutnik RS.

wejściach. Do tej grupy zaliczamy głównie przerzutnik RS.

Przerzutniki synchroniczne

Przerzutniki synchroniczne

pracują z udziałem sygnału

pracują z udziałem sygnału

taktującego,

a

stan

wejść

informacyjnych

jest

taktującego,

a

stan

wejść

informacyjnych

jest

przekazywany na wyjście w chwilach występowania

przekazywany na wyjście w chwilach występowania

określonego poziomu, lub narastającego (opadającego)

określonego poziomu, lub narastającego (opadającego)

zbocza sygnału taktującego.

zbocza sygnału taktującego.

Podstawowymi typami przerzutników synchronicznych są:

Podstawowymi typami przerzutników synchronicznych są:

RS, JK, D, T.

RS, JK, D, T.

Przerzutniki synchroniczne

Przerzutniki synchroniczne

Pracę przerzutnika można przedstawić w różny sposób:

Pracę przerzutnika można przedstawić w różny sposób:

za pomocą tablicy przejść

za pomocą tablicy przejść

tablicy wzbudzeń

tablicy wzbudzeń

wykresu czasowego

wykresu czasowego

grafu

grafu

Najczęściej jest to tablica przejść (stanów), w której

Najczęściej jest to tablica przejść (stanów), w której

przedstawione są stany na wejściach informacyjnych układu w

przedstawione są stany na wejściach informacyjnych układu w

chwili t

chwili t

n

n

, tzn. przed nadejściem impulsu zegarowego i stany w

, tzn. przed nadejściem impulsu zegarowego i stany w

chwili t

chwili t

n+1

n+1

, tzn. po wystąpieniu impulsu zegarowego.

, tzn. po wystąpieniu impulsu zegarowego.

Opis pracy przerzutnika

Opis pracy przerzutnika

Przerzutnik RS

Przerzutnik RS

, zwany tak od angielskich słów Reset (kasuj) i

, zwany tak od angielskich słów Reset (kasuj) i

Set (ustaw), jest najprostszym układem przerzutnika

Set (ustaw), jest najprostszym układem przerzutnika

bistabilnego. W najprostszej postaci składa się z dwóch

bistabilnego. W najprostszej postaci składa się z dwóch

bramek NOR odpowiednio połączonych ze sobą w sposób

bramek NOR odpowiednio połączonych ze sobą w sposób

pokazany na rysunku:

pokazany na rysunku:

Asynchroniczny przerzutnik RS

Asynchroniczny przerzutnik RS

Normalnym stanem spoczynkowym jest stan zerowych

Normalnym stanem spoczynkowym jest stan zerowych

sygnałów wejściowych.

sygnałów wejściowych.

Gdy

Gdy

S=0 i R=0

S=0 i R=0

stan przerzutnika nie zmienia się

stan przerzutnika nie zmienia się

Dla

Dla

S=0 i R=1

S=0 i R=1

przerzutnik zostaje wyzerowany

przerzutnik zostaje wyzerowany

Przy

Przy

S=1

S=1

oraz

oraz

R=0

R=0

następuje zmiana stanu przerzutnika

następuje zmiana stanu przerzutnika

Stany jednoczesnych sygnałów

Stany jednoczesnych sygnałów

1

1

na obu wejściach

na obu wejściach

przerzutnika są

przerzutnika są

niedozwolone.

niedozwolone.

Asynchroniczny przerzutnik RS

Asynchroniczny przerzutnik RS

n

n

Q

R

00

01

11

10

0

0

0

?

1

1

1

0

?

1

Q

n

S

n

R

n

=

+

1

n

Q

n

S

+

przy czym

S

S

n

n

R

R

n

n

= 0

= 0

Asynchroniczny przerzutnik RS

Asynchroniczny przerzutnik RS

Stan nieokreślony oznacza, że wartości zmiennych będą zależne od

Stan nieokreślony oznacza, że wartości zmiennych będą zależne od

dominacji wybranego wejścia przerzutnika (R lub S).

dominacji wybranego wejścia przerzutnika (R lub S).

Asynchroniczny przerzutnik RS

Asynchroniczny przerzutnik RS

Opis pracy przerzutnika za pomocą tablicy przejść,

Opis pracy przerzutnika za pomocą tablicy przejść,

która przedstawia zależność wyjścia Q przerzutnika w chwili n+1

która przedstawia zależność wyjścia Q przerzutnika w chwili n+1

od wartości R, S i Q w chwili n.

od wartości R, S i Q w chwili n.

Tabela stanów ilustrująca działanie logiczne

(?oznacza stan zabroniony)

R

S

Q

n

Q

n+1

n+1

0

0

0

0

1

0

0

1

1

0

0

1

0

1

0

0

1

1

1

0

1

0

0

0

1

1

0

1

0

1

1

1

0

0

0

1

1

1

0

0

R

S

Q

Q

?

?

Q

0

– oznacza stany zabronione

Wykres czasowy i tabela stanów dla przerzutnika RS zbudowanego z bramek NOR

Wykres czasowy i tabela stanów dla przerzutnika RS zbudowanego z bramek NOR

Asynchroniczny przerzutnik RS

Asynchroniczny przerzutnik RS

Przerzutnik synchroniczny RS

Przerzutnik synchroniczny RS

ma dodatkowe wejście C,

ma dodatkowe wejście C,

do

którego

doprowadza

się

sygnał

taktujący

do

którego

doprowadza

się

sygnał

taktujący

(synchronizujący).

Zmiana

stanu

przerzutnika

(synchronizujący).

Zmiana

stanu

przerzutnika

synchronicznego następuje w chwilach wyznaczonych

synchronicznego następuje w chwilach wyznaczonych

przez sygnał taktujący.

przez sygnał taktujący.

Synchroniczny przerzutnik RS

Synchroniczny przerzutnik RS

S

R

C

Q

Q

Wejścia informacyjne

Wejścia informacyjne J i K

J i K

,

,

odpowiadają wejściom S i R przerzutnika

odpowiadają wejściom S i R przerzutnika

RS.

RS.

Przerzutnik JK

Przerzutnik JK

nie ma stanów wej

nie ma stanów wej

ś

ś

ciowych niedozwolonych.

ciowych niedozwolonych.

W

W

przypadku jednoczesnego podania sygnałów 1 na wejścia J i K, jego

przypadku jednoczesnego podania sygnałów 1 na wejścia J i K, jego

stan następny będzie negacją stanu aktualnego. Równanie logiczne

stan następny będzie negacją stanu aktualnego. Równanie logiczne

przerzutnika JK ma postać:

przerzutnika JK ma postać:

00

01

11

10

0

0

0

1

1

1

1

0

0

1

Q

n

J

n

K

n

=

+

1

n

Q

+

n

n

Q

J

n

n

Q

K

Synchroniczny przerzutnik JK

Synchroniczny przerzutnik JK

J

K

C

Q

Q

Przerzutnik D

Przerzutnik D

(ang.

(ang.

Delay

Delay

)

)

ma

ma

jedn

jedn

o

o

wej

wej

ś

ś

ci

ci

e

e

informacyjn

informacyjn

e

e

,

,

oznaczonym liter

oznaczonym liter

ą

ą

D. Spe

D. Spe

ł

ł

nia on funkcj

nia on funkcj

ę

ę

przepisywania informacji

przepisywania informacji

z wej

z wej

ś

ś

cia D na wyj

cia D na wyj

ś

ś

cie

cie

Q

Q

z opó

z opó

ź

ź

nieniem jednego impulsu

nieniem jednego impulsu

taktuj

taktuj

ą

ą

cego.

cego.

Równanie logiczne przerzutnika D ma postać:

Równanie logiczne przerzutnika D ma postać:

n

D

0

1

0

0

1

1

0

1

Q

n

D

n

=

+

1

n

Q

Synchroniczny przerzutnik D

Synchroniczny przerzutnik D

D

C

Q

Q

Przerzutnik T (ang. Toggle) jest przerzutnikiem synchronicznym

Przerzutnik T (ang. Toggle) jest przerzutnikiem synchronicznym

maj

maj

ą

ą

cym jedno wej

cym jedno wej

śc

śc

ie informacyjne T.

ie informacyjne T.

Równanie logiczne

Równanie logiczne

przerzutnika T ma postać:

przerzutnika T ma postać:

n

n

Q

T

⊕

=

0

1

0

0

1

1

1

0

Q

n

T

n

=

+

1

n

Q

+

n

n

Q

T

n

n

Q

T

T

C

Q

Q

Synchroniczny przerzutnik T

Synchroniczny przerzutnik T

Jeżeli na wejściu T jest przygotowany stan 1, to po każdym

Jeżeli na wejściu T jest przygotowany stan 1, to po każdym

impulsie taktującym, doprowadzonym do wejścia C, stan

impulsie taktującym, doprowadzonym do wejścia C, stan

przerzutnika zmienia się na przeciwny. Przy T = 0 Przerzutnik

przerzutnika zmienia się na przeciwny. Przy T = 0 Przerzutnik

T nie zmienia stanu, innymi słowy, występuje wówczas

T nie zmienia stanu, innymi słowy, występuje wówczas

blokada stanów wyjściowych.

blokada stanów wyjściowych.

Przerzutniki T są najczęściej stosowane w układach

Przerzutniki T są najczęściej stosowane w układach

liczących, w których wykorzystuje się ich zdolność do

liczących, w których wykorzystuje się ich zdolność do

dzielenia przez 2 (dwukrotnego zmniejszania) częstotliwości

dzielenia przez 2 (dwukrotnego zmniejszania) częstotliwości

sygnału taktującego.

sygnału taktującego.

Synchroniczny przerzutnik T

Synchroniczny przerzutnik T

0

1

0

0

1

1

1

0

Q

n

T

n

Zastosowania przerzutników są bardzo szerokie:

Zastosowania przerzutników są bardzo szerokie:

wykorzystuje się do budowy rejestrów przesuwających,

wykorzystuje się do budowy rejestrów przesuwających,

liczników,

liczników,

układów sterowania wskaźników alfanumerycznych

układów sterowania wskaźników alfanumerycznych

inne układy sekwencyjne.

inne układy sekwencyjne.

Zastosowania przerzutników

Zastosowania przerzutników

Liczniki

Liczniki

Liczniki stosuje się do zmiany impulsów. Najprostszy można

Liczniki stosuje się do zmiany impulsów. Najprostszy można

zbudować

z

szeregowo

połączonych,

synchronicznych

zbudować

z

szeregowo

połączonych,

synchronicznych

przerzutników bistabilnych, z których każdy pod wpływem impulsu

przerzutników bistabilnych, z których każdy pod wpływem impulsu

zegara, zmienia swój stan na przeciwny do poprzedniego.

zegara, zmienia swój stan na przeciwny do poprzedniego.

Liczniki

Liczniki

Rejestry

Rejestry

Przełączanie tranzystora NMOS

Przełączanie tranzystora NMOS

CMOS - czas przełączania

CMOS - czas przełączania

S

G

Wejście

D

+ V

DD

D

S

G

Wyjście

pMOSFET

nMOSFET

- V

SS

Inwerter CMOS - schemat

Inwerter CMOS - schemat

GND

V

DD

Out

In

Poly

n

+

n

+

n

+

p

+

p

+

SiO

2

n-well

SiO

2

Metal

D

Gate oxide

N-channel transistor

P-channel transistor

D

S

S

p

+

Si (p)

p

+

In

GND

V

DD

Out

Inwerter CMOS - technologia

Inwerter CMOS - technologia

Bramki CMOS

Bramki CMOS

NAND

NOR