כפכפים משמשים לאחסון נתונים ושליטה בזרימת המידע במחשבים ובמכשירי תקשורת. בניגוד לכפכף, תפס יכול לשנות את הפלט שלו כאשר קלט מסוים פעיל. גם התפס וגם הכפכף שונים. תפס רגיש לרמה, בעוד הכפכף רגיש לקצה.
אתה יכול להשוות בין תפס וכפכף על ידי התבוננות כיצד הם מגיבים לאות הקלט. תפס משנה את הפלט שלו בהתאם לרמת אות הכניסה. האות בכניסה יהיה גבוה או נמוך. כפכף משנה את הפלט שלו בהתאם למעבר של אות הכניסה. זה אומר שבמקום גבוה ונמוך, אות הקלט יהיה או עולה או יורד.
לכפכפים יש סוגים שונים כמו כפכפי SR, JK, D ו-T. מאמר זה ידון בפירוט על הכפכף מסוג D. ניתן לעצב את הכפכף מסוג D באמצעות כפכף SR. יש לחבר שער NOT בין כניסות S ו-R של הכפכף מסוג D, ושתי הכניסות הללו קשורות זו לזו. אתה יכול להשתמש בכפכפים מסוג D במקום כפכפי SR, עבור תצורה זו אתה צריך רק את המצב SET ו-RESET.
מתאר מהיר:
- מהו כפכף D מסוג D?
- מעגל כפכפים מסוג D
- תרשים תזמון
- טבלת אמת לכפכפים מסוג D
- תצורת Master-Slave של כפכף D מסוג D
- מעגל כפכפים מסוג Master-Slave D
- כפכף D לחלוקת תדרים
- D כפכפים כתפסי נתונים
- תפס נתונים שקוף
- כפכפים מסוג D
- סיכום
מהו כפכף D מסוג D?
כפכף D מסוג D (Delay Flip-flop) הוא רכיב מעגל דיגיטלי שעון בעל שני מצבים יציבים. סוג זה של כפכפים משתמש בהשהיית מחזור של שעון אחד בכניסה שלו. בשל כך, ניתן לחבר מספר כפכפים מסוג D במפל כדי ליצור מעגלי השהיה. לכפכפים מסוג D יש יישומים שונים, במיוחד במערכות טלוויזיה דיגיטליות.
מעגל כפכפים מסוג D
Flip-Flop פשוט מסוג D מכיל ארבע כניסות ושתי יציאות. כניסות אלו הן:
1. נתונים
2. שעון
3. הגדר
4. איפוס
שתי היציאות של כפכפים מסוג D הפוכים זה לזה באופן לוגי. נתוני הקלט יכולים להיות או לוגי 0 (מתח נמוך) או לוגי 1 (מתח גבוה). אות כניסת השעון יסנכרן את הכפכף עם אות חיצוני. שתי הכניסות המוגדרות והאיפוס נשמרות ברמות לוגיות נמוכות. לכפכפי D מסוג D יש שני מצבים אפשריים. כאשר קלט הנתונים (D) של הכפכף הוא 0, זה יאפס את הכפכף ויביא לפלט של 0. כאשר קלט הנתונים (D) הוא 1, הוא יקבע את הכפכף ויביא ל- פלט של 1.
חשוב לציין שהכפכף מסוג D שונה מבריח מסוג D. תפס מסוג D אינו מצריך אות שעון, אך כפכף D מסוג D דורש אות שעון כדי לשנות את מצבו.
אתה יכול לבנות כפכף D מסוג D עם זוג תפסי SR. יש צורך בחיבור הפוך גם עבור קלט נתונים בודד בין כניסות S ו-R. כניסות S ו-R אינן יכולות להיות גבוהות או נמוכות בו זמנית. גולת הכותרת אחת של כפכפים מסוג D היא שהוא יכול ליצור תפס, שיכול לאחסן ולשמור מידע נתונים. אתה יכול להשתמש במאפיין תפס זה של כפכפים מסוג D כדי ליצור מעגל השהייה ולעבד את הנתונים כאשר יש צורך בכך. כפכפים מסוג D משמשים בעיקר במחלקי תדרים ותפסי נתונים.
תרשים תזמון
בואו נפרק את דיאגרמת התזמון משמאל לימין:
- בתחילת דיאגרמת התזמון, ה ש הוא בהתחלה LOW. כאשר ה-SET עולה ל-HIGH לזמן קצר, ש הופך HIGH ונשאר HIGH. מצד שני, כאשר האיפוס עובר לזמן קצר גבוה, ש הופך לנמוך ונשאר נמוך.
- שינויים ב-DATA מ-LOW ל-HIGH אינם משפיעים על ש . הפלט אינו מגיב לשינויי DATA. בקצה העולה של דופק השעון הראשון, מכיוון ש-DATA הוא HIGH, ש הופך לHIGH. למרות שה-DATA משתנה לרגע בחזרה ל-LOW ואז חזרה ל-HIGH. כל זה לא משפיע על ש . בקצה העולה של דופק השעון השני, ה-DATA עדיין גבוה, וה- ש גם נשאר גבוה.
- מעבר לקצה העולה של דופק השעון השלישי, כאשר DATA נמוך, ש הופך לנמוך. בפולסי השעון הרביעי והחמישי, שבהם ה-DATA נשאר נמוך, ש גם נשאר נמוך בכל קצה עולה. לבסוף, כאשר מגיע הקצה העולה, ה-DATA הוא HIGH, ו ש גם הולך ל-HIGH.
שימו לב שה- ש הוא תמיד ההפך מ ש . כניסת ה-SET יכולה להפוך את הפלט ל-HIGH בכל עת. באופן דומה, אתה יכול להשתמש בכניסת RESET כדי להפוך את הפלט לנמוך מתי שתרצה.
טבלת אמת לכפכפים מסוג D
ניתן לכתוב מאפיינים של כפכפים מסוג D באמצעות טבלת האמת של כפכפי D. בתוך טבלת האמת, אנו יכולים לראות שיש לנו קלט אחד שהוא D. באופן דומה, יש לנו רק פלט אחד שהוא Q(n+1).
| CLK | ד | Q(n+1) | מדינה |
| – | 0 | 0 | אִתחוּל |
| – | 1 | 1 | מַעֲרֶכֶת |
בטבלת המאפיינים של כפכפים מסוג D, יש לנו שתי כניסות, D ו-Qn. לטבלת המאפיינים יש פלט אחד Q(n+1).
מהדיאגרמת הלוגיקה מסוג D, אנו יכולים להסיק שה-Qn וה-Qn' הם שני פלטים משלימים. שתי היציאות הללו פועלות גם ככניסות עבור שער 3 ושער 4. כך שה-Qn שהוא המצב הנוכחי של הכפכף ייחשב כקלט וה-Q(n+1) שהוא המצב הבא של הכפכף. ייחשב כפלט.
| ד | Qn | Q(n+1) |
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 |
באמצעות הטבלה האופיינית של כפכפים מסוג D, נוכל לכתוב את הביטוי הבולאני של K-map ממפת K עם 2 משתנים.
תצורת Master-Slave של כפכף D מסוג D
כדי לשפר את ההתנהגות של כפכפי D מסוג D, אנו יכולים להוסיף כפכף SR שני בסוף פלט כפכף D מסוג D. זה יביא להפעלת אות שעון משלים מהפלט של כפכף D מסוג D. כתוצאה מכך, יווצר כפכף D מסוג Master-Slave. כאשר מגיע הקצה המוביל (נמוך-גבוה) של אות השעון, מצב הקלט בכפכף הראשי יינעל. בעוד שהפלט של הכפכף הראשי מסוג D יושבת.
באופן דומה, כאשר מגיע הקצה האחורי או הנופל (גבוה לנמוך) של אות השעון, יופעל עבד השלב השני. כאשר דופק השעון עובר מגבוה לנמוך (במהלך דופק שלילי), הפלט משתנה. אתה יכול לעצב את הכפכפים מסוג Master-Slave D על ידי שילוב של שני התפסים, כאשר לשניהם שלבי שעון מנוגדים.
מעגל כפכפים מסוג Master-Slave D
אז, ממעגל ה-Master-Slave מסוג D, אתה יכול לראות כיצד הכפכף הראשי טוען נתונים מכניסת D כאשר דופק השעון עולה במעגל Master-Slave מסוג D. זה גורם למאסטר להתהפך. בקצה השני (קצה נופל) של דופק השעון, הכפכף העבד יטען כעת את הנתונים ויפעיל את העבד.
בסך הכל, תצורה זו תגרום לכך שכפכף אחד יהיה תמיד מופעל בזמן שהשני כבוי. שימו לב שהפלט Q של תצורת כפכפי מאסטר-עבד זה יתפוס את הערך של D רק כאשר מופעל מחזור פולס שעון שלם. מחזור שלם זה צריך להכיל יתרון מוביל וגם יורד בתצורה של 0-1-0.
כפכף D לחלוקת תדרים
אתה יכול גם להשתמש בכפכף מסוג D כמעגל מחלק תדרים. חבר ישירות את פלט כפכפי D D עם קלט D. זה יצור מערכת משוב בלולאה סגורה. עבור כל שני מחזורים של פעימות שעון, ה-Bistable יופעל.
תפס הנתונים יכול לתפקד גם כמחלק בינארי או מחלק תדרים. זה יביא ליצירת מעגל מונה לחלק ב-2. המשמעות היא שתדר המוצא מצטמצם בחצי בהשוואה לתדר דופק השעון.
כולל מערכת לולאת משוב סביב הכפכפים מסוג D, ניתן גם ליצור סוגים שונים של מעגלי כפכפים כגון כפכפים מסוג T הידועים גם ככפכפים ביסטיים מסוג T. הכפכף הזה מסוג T במונים בינאריים יכול לעבוד כמו מעגל חלוקה לשניים, כפי שמוצג להלן.
מצורת הגל לעיל, אנו יכולים להסיק שכאשר הפלט Q ניתן כמשוב למסוף הכניסה D, התדירות של פעימות המוצא ב-Q תהיה שווה בדיוק לחצי (ƒ/2) מתדר שעון הכניסה (ƒ IN ). במילים אחרות, מעגל זה משיג את חלוקת התדרים על ידי חלוקת תדר הקלט בפקטור של שניים. Q עובר ל-1 פעם בכל שני מחזורי שעון.
D כפכפים כתפסי נתונים
כפכפי D יחד עם חלוקת התדר יכולים לשמש גם כ-Data Latches. תפס נתונים הוא מכשיר שפועל כדי לשמור או לאחזר את הנתונים הקיימים בקלט שלו. הוא פועל למעשה כהתקן זיכרון של סיביות בודדות. אתה יכול בקלות למצוא ICs כמו TTL 74LS74 או ה CMOS 4042 בפורמט Quad. ICs אלה מתוכננים במיוחד למטרת נעילת נתונים.
כדי לבנות תפס נתונים של 4 סיביות, חבר את ארבעת תפסי הנתונים של 1 סיביות יחד. כמו כן, ודא שכניסות השעון של כל תפסי הנתונים של 1 סיביות אלה מחוברות ומסונכרנות. להלן מעגל נתון של 4 סיביות נתון.
תפס נתונים שקוף
באלקטרוניקה ובמעגלים דיגיטליים, תוכלו למצוא את היישומים הרבים של Data Latch. באמצעות Data Lach אתה יכול לנהל חציצה, ניהול יציאות I/O, נהיגת אוטובוס דו-כיוונית ונהיגה בתצוגה. זה מעוצב בצורה כזו שהוא נותן לך עכבת פלט גבוהה מאוד בשניהם ש והפלט המשלים שלו ש . זה יביא למזעור השפעות העכבה על מעגלים מחוברים.
לרוב, תגלו שלא נעשה שימוש נפוץ בתפסי נתונים בודדים של סיביות 1. ה-ICs הזמינים מסחרית משלבים מספר תפסי נתונים בודדים (4, 8, 10, 16 או 32) בחבילה אחת. דוגמה לכך היא 74LS373 תפס שקוף מסוג D Octal.
אתה יכול לחשוב על 74LS373 כמכשיר שיש לו שמונה כפכפים מסוג D בתוך זה. לכל כפכף יש קלט נתונים ד ופלט ש . כאשר כניסת השעון (CLK) היא HIGH, הפלט של כל כפכף יתאים לקלט הנתונים. המשמעות היא שקלט הנתונים שקוף, או גלוי, לפלט. במצב פתוח זה, הדרך מ ד קלט ל ש הפלט שקוף. זה מאפשר לנתונים לזרום ללא הפרעה, וזו הסיבה שניתן השם תפס שקוף.
מצד שני, כאשר אות השעון נמוך, התפס נסגר. הפלט ב ש ננעל לערך האחרון של הנתונים הקיימים לפני שינוי אות השעון. בנקודה זו, ש אינו משתנה עוד בתגובה ד .
כפכפים מסוג D
ישנם סוגים שונים של כפכפי D IC זמינים הן בחבילות TTL והן בחבילות CMOS. ה-74LS74 היא אחת האפשרויות הנפוצות שאתה יכול לשקול. זהו ה-Dual D flip-flop IC המכיל שני ביסטיים בודדים מסוג D בתוך שבב בודד. באמצעות זה, אתה יכול ליצור כפכפי חילוף יחיד או מאסטר-עבד.
ישנם גם כמה מעגלי כפכף IC אחרים מסוג D זמינים, כמו הכפכף 74LS174 HEX D עם קלט ישיר ברור. IC נוסף של כפכפי D הוא הכפכף 74LS175 Quad D עם יציאות משלימות. לכפכפי 74LS273 Octal D מסוג D יש בסך הכל 8 כפכפים מסוג D. לכל שמונת הכפכפים הללו יש קלט ברור. כל הכניסות הללו מחוברות בחבילה אחת.
סיכום
ניתן לעצב את הכפכף מסוג D באמצעות שני תפסי SR גב אל גב. מהפך משמש גם בין כניסות S ו-R. זה יוציא קלט D (נתונים) יחיד. אתה יכול להוסיף כפכף SR שני לכפכף בסיסי מסוג D. זה ישפר את עבודת הכפכף מסוג D. אתה יכול לחבר את הכפכף SR הזה לפלט של הכפכף מסוג D. זה יעבוד רק כאשר אות השעון מנוגד לזה המקורי. תצורה זו ידועה גם בשם הכפכף Master-Slave D.
גם התפס מסוג D וגם כפכף D מסוג D שונים. ל-Latch אין אות שעון, ואילו הכפכף מסוג D מכיל אות שעון. הכפכף D הוא מכשיר מופעל קצה. העברת נתוני הקלט נשלטת באמצעות קצה השעון העולה או היורד. בצד השני, תפסי נתונים, כמו תפס הנתונים והתפס השקוף, הם המכשירים הרגישים לרמה.