Przerzutniki
- Przerzutniki oprócz bramek logicznych są podstawową grupą elementów stosowanych w technice cyfrowej jednocześnie sam przerzutnik jest najprostszym układem sekwencyjnym.
Układy sekwencyjne dzielimy na:
- synchroniczne
- asynchroniczne
Układy sekwencyjne dzielimy na synchroniczne i asynchroniczne, synchronicznych używa się układów przerzutników synchronicznych, a do budowy asynchronicznych przerzutniki asynchroniczne. Przerzutniki używa się do budowy pamięci.
W układach synchronicznych występuje pewien wyróżniony sygnał nazywany przebiegiem zegarowym, taktującym lub synchronizującym. Przebieg ten wyznacza cykl pracy układu a jego okres stanowi umowną jednostkę czasu. Sygnał zegarowy określa chwile w którą stan wejść oddziaływują na układ. Chwile te są wyznaczane przez zbocze dodatnie bądz ujemne przebiegu taktującego dlatego mówimy o synchronizacji zboczem narastającym lub opadającym. W chwilach tych stan innych wejść nie powinien się zmieniać. Odcinek czasu pomiędzy dwoma kolejnymi zboczami aktywnymi sygnału zegarowego nazywany jest taktem.
W układach asynchronicznych każda zmiana stanu wejść układu oddziaływuje na układ powodując jego reakcje.
Przebiegi czasowe: Sekwencja wejściowa zaobserwowana przez układ asynchroniczny to 0100101010. W tym samym czasie zinterpretuje ten przebieg jako sekwencje wejściową 0111100111110000.
Zauważmy że sekwencję wejściową układu synchronicznego jesteśmy w stanie określić dopiero po naniesieniu na wykres przebiegu zegarowego. Przyjęcie innej częstotliwości sygnału taktującego sprawi natychmiast że sechwencja wejśiowa sygnału synchronicznego będzi zupełnie inna chociaż dla układu asynchroniczneo nic się nie zmieni. Zwróćmy uwagę również że impulsy oznaczone gwiazdką przez układ synchroniczny nie został w ogóle zauważony.
Czy zatem układy synchroniczne gubią informację wejściową, odpowiedzi mogą być dwie:
-
jeżeli wzmiankowane impulsy ( te z *) niosą określoną informację wejściową i powinny mieć wpływ na działanie układu to oznacza że częstotliwość przebiegu zegarowego jest zbyt mała w takiej sytuacji należy zwiększyć częstotliwość przebiegu taktującego
-
jeżeli częstotliwość przebiegu synchronicznego jest właściwa to wzmiankowane impulsy są impulsami zakłócającym. Impulsy zakłócające z natury rzeczy są impulsami krótkotrwałymi i jeżeli czas ich trwania jest dużo mniejszy niż czas jedneo taktu to większośc z nich zostanie niezauważona czyli nie zakłóci pracy układu.
Więc układy asynchroniczne są bardziej wrażliwe na zakłócenia.
Działanie przerzutnika można opisać za pomocą tak zwanych:
- tablicy przejść
- tablicy wzbudzeń
- tablicy charakterystycznej
- wykresu czasowego
Przerzutnik wykorzystywany w technice cyfrowej jest układem o co najmniej dwóch wejściach i reguły dwóch wyjściach.
Wejścia mogą być:
- zegarowe - zwane synchronizującymi lub wyzwalającymi, oznacza się je literą C lub CK, CL CP, CLK
- informacyjne
- programujące
Wejście zegarowe mają wyłącznie przerzutniki synchroniczne. Przerzutniki takie reagują na informacje podawaną na wejscia informacyjne tylko w momencie impulsu zegarowego.
Przerzutnik może być wyposażony w dwa wejścia programujące. Pierwsze to wejście ustawiające w stan wysoki zwane wejściem ustawiającym oznaczane literą S (Set) oraz wejście ustawiające w stan niski, zwane wejściem zerującym oznaczane literą R (Reset). Wejścia te są wejściami asynchroniczne i nadrzędnymi w stosunku do pozostałych wejść
Przerzutnik asynchroniczny RS zbudowany jest z dwóch bramek OR. Przerzutnik ma dwa wejścia ustawiające S i zerujące R oraz dwa wyjścia Q i P.
Przy stanie wejść równym 0-0, Q może być równe 1 i wówczas P = 0, lub , a wtedy
*** W obu więc przypadakch ***
Ustawienie wejść R i S w stan 1, dla przerzutnika RS jest zabronione
Podstawowym stanem wejść przerzutnika powienien być stan 0-0. Z wykresu odczytowego przerzutnika możemy odczytać, że impuls na wejściu S przy , ustawia przerzutnik w stan 1, przy czym ponawianie impulsów wpisujących 1, nie ma już żadnego wpływu na zachowanie się przerzutnika. Podobnie działał przerzutnik przy doprowadzaniu do jego wejścia R sygnału 1, przy S równym 0. Tym razem przerzutnik jest zerowany, i kolejne impulsy zerujące nie zmieniają już stanu przerzutnika.
Przy stanie wejść 0-0, przerzutnik może być (czyli jego Q) zarówno w stanie 1, jak i w stanie 0. Ten stan nazywamy stanem pamiętania informacji wpisanych do przerzutnika.
Jednoczesne Ustawienie S i R na 1 prowadzi do tego, że i sytuację tę demonstruję ostatni fragment przebiegu oznaczony gwiazdką.
Z poniższego wynika że układ asynchroniczny nie zmienia swego stanu na długo, jak długo nie zmienia się stan jego wejść. Mówimy wówczas, że układ asynchroniczny jest w stanie stabilnym.
| R | S | a !a | stan stabilny |
|---|---|---|---|
| 1 | 1 | 0 0 | zabroniony 0 |
| 1 | 0 | 0 1 | ustawiony 1 |
| 0 | 1 | 1 0 | ustawiony 0 |
| 0 | 0 | 0 1 | pamiętania 1 |
| 1 0 | pamiętania 0 |
| R | S | a !a | stan stabilny |
|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 1 1 | zabroniony 0 |
| 0 | 1 | 0 1 | ustawiony 1 |
| 1 | 0 | 1 0 | ustawiony 0 |
| 1 | 1 | 0 1 | pamiętania 1 |
| 1 0 | pamiętania 0 |
Odmienne oznaczenie wejść w obu przerzutnikach ma określony cel, mimo że zarówno wejście S jak i wejście !S są to wejścia ustawiające, a wejście R i !R to wejścia zerujące. Dla przerzutnika RS poziomem aktywnym sygnału jest poziom wysoki H (1), natomiast poziomem aktywnym na wejściach przerzutnika !R !S, jest poziom niski L (0).
Poziomem aktywnym nazywamy poziom, który powoduje działanie układu, określone przez rodzaj wejścia, do którego jest on doprowadzony. Aby więc wyzerować przerzutnik należy na wyjściu zerującym ustawić poziom aktywny. Dla przerzutnika RS będzie to poziom H, a dla przerzutnika !R !S poziom L.