Przerzutniki teoria.pdf

PRZERZUTNIKI

Konspekt do ćwiczeń laboratoryjnych

z przedmiotu „TECHNIKA CYFROWA”

http://layer.uci.agh.edu.pl/maglay/wrona

SPIS TREŚCI

1. Charakterystyka ogólna, klasyfikacja i parametry przerzutników ..................................... 3

1.2. Parametry Przerzutników......................................................................................... 4

1.2.1 Parametry dynamiczne ........................................................................................ 4

1.2.2 Parametry statyczne ............................................................................................ 7

2. Rodzaje przerzutników............................................................................................................. 8

2.1 Sposoby opisywania przerzutników.......................................................................... 8

2.2 Przerzutnik RS............................................................................................................ 8

2.3 Przerzutniki typu D .................................................................................................. 10

2.4 Przerzutnik JK.......................................................................................................... 12

2.4.1 Przerzutnik JK wyzwalany zboczem ................................................................ 12

2.5.2 Dwuzboczowy przerzutnik JK Master - Slave.................................................. 13

2.6 Przerzutnik T ............................................................................................................ 14

3. Konwersje przerzutników ......................................................................................................15

3.1 Konwersje przerzutników w dwójkę liczącą.......................................................... 15

3.2 Inne konwersje przerzutników................................................................................ 15

4. Tłumienie drgań zestyków...................................................................................................... 16

5. Problemy statyczne i dynamiczne .......................................................................................... 18

5.1 Problemy statyczne ................................................................................................... 18

5.2 Problemy dynamiczne .............................................................................................. 19

5.2.1 Wyścigi logiczne............................................................................................... 19

5.2.2 Stany metastabilne ............................................................................................ 19

5.2.3 Nachylenie zboczy impulsów zegara ................................................................ 19

6. Budowa i parametry scalonych przerzutników 7472, 7474, 7475....................................... 20

6.1. Układ 7472 - przerzutnik JK Master ..................................................................... 20

6.2 Układ 7474 – dwukrotny przerzutnik typu D ........................................................ 21

6.3 Układ 7475 – przerzutnik D „latch” (zatrzask) ..................................................... 22

7. Sposoby pomiaru parametrów dynamicznych przerzutników ........................................... 24

7.1 Pomiar czasu propagacji od wejść synchronicznych (zegarowego) ..................... 25

7.2 Pomiar czasu propagacji od wejść asynchronicznych Si R ............................... 25

7.3 Pomiary czasów ustalenia i utrzymania ................................................................. 26

8. Literatura ................................................................................................................................. 27

http://layer.uci.agh.edu.pl/maglay/wrona

1. CHARAKTERYSTYKA OGÓLNA, KLASYFIKACJA I PARAMETRY

PRZERZUTNIKÓW

Przerzutnik to układ elektroniczny generujący przebiegi elektryczne w wyniku

przełączania między stanami: 1 zwanym wysokim (lub po prostu jedynką) oraz 0 zwanym

niskim (albo zerem). Jego podstawową cechą jest zdolność do zapamiętywania, innymi słowy

posiada pamięć. W postaci monolitycznej przerzutniki najczęściej są budowane z bramek

logicznych. Ze względu na rodzaje wejść przerzutniki możemy podzielić na: synchroniczne i

asynchroniczne. O ile w asynchronicznych zmiana wartości informacji wejściowej powoduje

bezpośrednio zmianę stanu na wyjściu o tyle w synchronicznych zmiana stanu wyjściowego

następuje w takt zegara. Brak impulsu zegarowego oznacza, że przerzutnik nie będzie

reagował na zmiany stanu na wejściu (tzn. na jego wyjściu stan się nie zmieni). Na rys. 1.1

przedstawiono ogólny schemat przerzutnika.

Wejście

programujące

(asynchroniczne)

Wejście informacyjne

(synchroniczne)

Wejście zegarowe

(synchronizujące)

Wejście informacyjne

(synchroniczne)

Wyjście

Wejście

programujące

(asynchroniczne)

Rys. 1.1 Symbol graficzny przerzutnika 1

W przerzutniku takim możemy wyróżnić następujące wejścia:

∗ zegarowe (Clock) zwane inaczej synchronizującymi albo wyzwalającymi,

∗ wejścia informacyjne (synchroniczne) synchronizowane przebiegiem zegarowym,

∗ wejścia programujące (asynchroniczne).

Jeżeli przerzutnik ma wejście synchronizujące, to jest nazywany przerzutnikiem

synchronicznym, natomiast jeśli nie ma takiego wejścia to przerzutnikiem asynchronicznym.

Przerzutnik synchroniczny reaguje na informację podawaną na wejścia informacyjne tylko w

obecności impulsu zegarowego. Przerzutnik może być wyposażony w dwa wejścia

programujące: ustawiające S (Set) i zerujące R (Reset) zwane również odpowiednio Preset

lub Clear. Należy pamiętać o tym, że wejścia asynchroniczne mają zawsze priorytet w

stosunku do innych wejść przerzutnika.

Ze względu na impuls sterujący przerzutniki synchroniczne możemy podzielić na:

∗ przerzutniki sterowane poziomem – zmiana stanu na wyjściu następuje podczas

trwania poziomu impulsu zegarowego, tzw. przerzutniki zatrzaskowe (latch),

∗ przerzutniki sterowane zboczem – zmiana stanu na wyjściu następuje podczas trwania

zbocza impulsu sterującego (edge triggered),

∗ przerzutniki dwuzboczowe (typu Master – Slave) – czytanie informacji z wejścia

następuje podczas jednego zbocza, a jej przepisanie na wyjście podczas następnego.

Dodatkowo przerzutniki sterowane zboczem możemy podzielić na:

∗ sterowane zboczem dodatnim, czyli narastającym (zmiana stanu zegara z 0 na 1),

∗ sterowane zboczem ujemnym, czyli opadającym (zmiana stanu zegara z 1 na 0).

Poniżej przedstawiono graficzne oznaczenia wejść przerzutnika:

1 ang. flip-flop

http://layer.uci.agh.edu.pl/maglay/wrona

Symbol wejścia

Określenie wejścia

wejście statyczne z

aktywnym stanem 1

wejście statyczne z

aktywnym stanem 0

wejście dynamiczne z

aktywną zmianą stanu 0 na 1

wejście dynamiczne z

aktywną zmianą stanu 1 na 0

Tab. 1.1 Symbole graficzne wejść przerzutników

Wejście zegarowe w literaturze polskiej oznacza się symbolem T, w literaturze

angielskiej zaś symbolem Ck , Clk , lub C . Dla wyeliminowania niejasności my będziemy

używać tego ostatniego oznaczenia.

1.2. Parametry Przerzutników

Do opisu przerzutników stosuje się więcej parametrów dynamicznych niż do opisu

bramek. W niniejszym podrozdziale zostaną opisane parametry dynamiczne i statyczne.

1.2.1 Parametry dynamiczne

Parametry dynamiczne określają zależności czasowe pomiędzy sygnałami wejściowymi

a wyjściowymi. W praktyce w zależności od parametru określa się wartości minimalne,

maksymalne bądź typowe. Na rys. 1.2 przedstawiono sposoby definiowania parametrów

dynamicznych. Czasy narastania t TLH , t THL są mierzone pomiędzy 10% a 90% amplitudy

sygnału. W przypadku określania czasów pomiędzy dwoma zboczami

t TLH

t THL

90% U CC

50% U CC lub U T

10% U CC

t 2

t 3

50% U CC lub U T

t 1

t wL

Rys. 1.2 Zasady definiowania parametrów dynamicznych. t TLH , t THL – czasy narastania i opadania

sygnałów, t wL , t wH – czasy trwania sygnału niskiego i wysokiego, t 1 , t 2 , t 3 – czasy pomiędzy

zboczami sygnałów

za poziom napięcia odniesienia przyjmuje się poziom odpowiadający 50% amplitudy sygnału

(taką konwencję zastosowano w niniejszym opracowaniu), albo napięcie odpowiadające

progowi przełączania U T (np. dla układów TTL U T =1.5V). Wartość parametrów

t wH

http://layer.uci.agh.edu.pl/maglay/wrona

dynamicznych zależy od układu pomiarowego, stąd przy porównywaniu układów różnych

producentów trzeba mieć to na uwadze.

Do podstawowych parametrów dynamicznych opisujących przerzutniki należą:

1. Minimalny czas trwania aktywnego poziomu sygnału t w . Najczęściej parametr ten

podaje się dla wejść asynchronicznych oraz zegarowych reagujących na poziom

sygnału.

2. Minimalny czas trwania poziomu poprzedzającego i następującego po aktywnym

zboczu sygnału (t wL – dla poziom niskiego, t wH – dla poziomu wysokiego) - podawany

dla wejścia zegarowego.

3. Maksymalny czas trwania zbocza wyzwalającego (t TLH - dla zbocza narastającego oraz

t THL dla opadającego). Podobnie jak wyżej parametr podawany dla wejścia

zegarowego.

4. Czas ustalenia (wyprzedzenia) t s (setup time) - jest to minimalny czas, w którym

sygnał musi być obecny na wejściach informacyjnych przerzutnika przed nadejściem

wyzwalającego zbocza (lub poziomu) impulsu zegarowego (rys. 1.3)

5. Czas utrzymania (podtrzymania) t h (hold time) - jest to minimalny czas, w którym

sygnał wejściowy musi pozostać na wejściach informacyjnych po wystąpieniu

wyzwalającego zbocza (lub po wycofaniu aktywnego poziomu) sygnału zegarowego

(rys. 1.3).

Czasy t s oraz t h mogą mieć inne wartości dla sygnału niskiego (t sL , t hL ) oraz

wysokiego (t sL , t sH ). W przypadku kiedy podawana jest jedna wartość dotyczy ona

większej wartości t s , lub t h określonych dla poziomu niskiego lub wysokiego.

Rys. 1.3 Definicje czasów ustalenia i utrzymania dla sygnałów informacyjnych wyzwalanych zboczem (a)

oraz poziomem (b)

6. Maksymalna częstotliwość przebiegu zegarowego f max , przy czym częstotliwość f max

można uważać za minimalną gwarantowaną częstotliwość pracy układu.

7. Czas martwy t m . Jest to minimalny czas jaki musi upłynąć od zakończenia sygnału

programującego do chwili kiedy może pojawić się sygnał zegarowy lub inny sygnał

programujący.

8. Czasypropagacjisygnałów od wejścia zegarowego do wyjść Q i Q.

9. Czasypropagacjisygnałów od wejść programujących do wyjść Q i Q.

Zarówno w pierwszym jak i drugim przypadku można wyróżnić czasy propagacji

od stanu niskiego do wysokiego (t pLH ) oraz od stanu wysokiego do niskiego (t pHL )

na wyjściu. Średni czas propagacji t p oblicza się z zależności:

. Sposoby definicji czasów propagacji dla przypadku

pierwszego i drugiego przedstawiono na rys. 1.4. i 1.5.

pLH

pHL

)

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: