Learning journal week5

Flip-Flop

sequential circuits & combinational logic

ลักษณะการทำงานของlogicแบ่งได้เป็น 2 ประเภท คือsequential circuits และ combinational logic

combinational logic คือ วงจรลอจิกเชิงจัดหมู่ซึ่งเป็นวงจรที่ให้ค่าทางเอาท์พุตแปรตามค่าทางอินพุตอย่างคงที่ เช่น logic gate แบบต่างๆ
sequential circuits คือ วงจรลอจิกเชิงลําดับการทํางาน จะแตกต่างจากแบบแรก คือค่าทางเอาท์พุตจะแปรตามค่าทางอินพุต และค่าสถานะของวงจรก่อนหน้านั้นด้วยค่าสถานะของวงจรก่อนหน้าจะถูกเก็บไว้ด้วยวงจรที่ทําหน้าที่เป็นหน่วยความจําแล้วป้อนกลับเข้าไปใหม่

combinational logic

sequential circuit

Flip-Flop

Flip-Flopคือ อุปกรณ์พื้นฐานทาง sequential logic ที่จะให้ output ออกมา 2 ค่า คือ ${\displaystyle Q}$ และ ${\displaystyle {\overline {Q}}}$ ซึ่งมีค่าทางลอจิกตรงข้ามกันและฟลิปฟล็อปยังเป็นอุปกรณ์ทางลอจิกซึ่งมีหน่วยความจำขนาดหนึ่งบิต นั่นหมายความว่า flip-flop หนึ่งตัวสามารถเก็บ ค่า 0 หรือ 1 ได้ ซึ่ง flip-flopจะทำงานก็ต่อเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงสัญญานนาฬิกาเข้ามาที่ขา clk สำหรับช่วงเวลาอื่น flip-flop จะคงค่าเดิมไว้

ชนิดของ flip-flop 

SR flip-flop

SR flip-flop เป็น flip-flopสมมุติ ซึ่งจะมีอินพุตสามตัว คือ S (set), R (reset) และ C (clock)

S ใช้ในการ set ค่าของฟลิปฟล็อป คือทำให้ฟลิปฟล็อปมีค่าเป็น 1 ดังนั้นถ้า

S=1 และ R=0 แล้ว Q จะเท่ากับ 1

R ใช้ในการ reset ค่าของฟลิปฟล็อป คือทำให้ฟลิปฟล็อปมีค่าเป็น 0 ดังนั้นถ้า

R=1 และ S=0 แล้ว Q จะเท่ากับ 0

ถ้า S และ R เป็น 0 ทั้งคู่ ฟลิปฟล็อปจะคงค่าเดิมไว้

ถ้า S และ R เป็น 1 ทั้งคู่ ถือเป็นกรณีที่ผิดปรกติ เพราะว่าเอาต์พุตของฟลิปฟล็อปไม่ได้ถูกกำหนดไว้ในกรณีนี้

JK flip-flop

JK flip-flop เป็นที่นิยมใช้กันมาก เนื่องจาก JK สามารถสร้างทดแทน flip-flop ชนิดอื่นๆ ได้ทั้งหมด ซึ่งจะมีด้วยกัน 3 input คือ J,K และ clock(clk)

สภาวะการทำงานของ JK เป็นดังตาราง แบ่งออกเป็น 4 สภาวะ

1. สภาวะคงที่ หรือ เก็บข้อมูลไม่เปลี่ยนแปลง และ ${\displaystyle {\overline {Q}}}$ จะมี output เหมือนกับ input

2. สภาวะ reset เกิดเมื่อมี ค่า J เป็น 0 และ K เป็น 1 ค่า Q มีค่า เป็น 0

3. สภาวะ set เกิดเมื่อ J เป็น 1 และ K เป็น 0 ค่าของ Q มีค่าเป็น 1

4. สภาวะ toggle (กลับค่า) หมายความว่า เมื่อลอจิก input ของ J และ K เป็น 1 ผลของ output Q จะมีค่าตรงข้ามจากเดิม เช่นถ้าเดิม Q เป็น 0 หลังจาก อยู่ในการทำงานแบบ Toggle แล้ว ค่า Q จะเปลี่ยนเป็น 1

 

*โดยการเปลี่ยนสภาวะ JK FlipFlop จะต้องได้รับสัญญาณ CLK ก่อนเสมอ

D flip-flop

D flip-flop ประกอบด้วย input 2 ขาคือ D และ clock(clk) output 2 ขาคือ  และ ${\displaystyle {\overline {Q}}}$

จะทำงานเมื่อมี clock เข้ามาจะทำให้ flip-flop ชนิดนี้ให้ output ออกมาโดย เป็นไปตามข้อมูลที่ถูกป้อนเข้าที่ขา D (Data input) ในขณะนั้น

D flip-flop อีกประเภทหนึ่งจะมี ขาสำหรับควบคุมการทำงานของ D flipflop นั่นคือ ขา Set กับ Clear จะเรียกการทำงานนี้ว่าการทำงานแบบ อะซิงโครนัส(Asynchronous) คือเมื่อ ขา ps หรือ ขา clr มีค่าลอจิกที่ไม่เหมือนกัน จะทำให้เป็น อะซิงโครนัส ทันที และเมื่อ  ขา ps และ ขา clr มีค่าลอจิกเหมือนกันทั้งคู่จึงสามารถทำงานแบบ

ซิงโครนัสได้ ซึ่งการต่อในโหมดต่างๆจะได้ output ดังตาราง

pinout ของ D flip-flop

T flip-flop

ลักษณะการทำงานของ T flip-flop คือจะเปลี่ยนสภาวะเป็นตรงกันข้ามทุกครั้งที่มีสัญญาณนาฬิกา ป้อนเข้ามาที่ Toggle Input (T) หมายความว่า ถ้า T flip-flop อยู่ในสภาวะ "0" เมื่อมี clock ป้อนเข้าไม่ว่าจะเป็นขอบขาขึ้นหรือขอบขาลง มันจะเปลี่ยนสภาวะเป็น "1" และจะ กลับไปเป็น "0" อีกครั้ง เมื่อมีสัญญาณลูกใหม่ป้อนเข้ามา
T flip-flop มี 2 แบบตามลักษณะของ สัญญาณนาฬิกา คือแบบขอบขาขึ้นและแบบขอบขาลง ซึ่งมีสัญลักษณ์แสดง ดังรูป

สภาวะที่เป็นขอบขาขึ้น

สภาวะที่เป็นขอบขาลง

 สภาวะของ output  และ ${\displaystyle {\overline {Q}}}$ นั้นจะเปลี่ยนตรงตามขอบ สัญญาณ ขาขึ้น และขอบสัญญาณ ขาลง

สัญญาณนาฬิกา

เป็นสัญญาณที่เป็นตัวกระตุ้น (Trigger) ให้ flip-flop มีการเปลี่ยนสภาวะทางด้าน output ส่วนมากแล้วสัญญาณนาฬิกามักเป็นสัญญาณรูปสี่เหลี่ยม (Square Wave)

สัญญาณนาฬิกาขอบขาขึ้น คือ เปลี่ยนจาก ลอจิก 0 ไปเป็น ลอจิก 1 ซึ่งจะเป็นการกระตุ้นให้ flip-flop ทำงานในช่วงที่เปลี่ยน จาก ลอจิก 0 ไปเป็น ลอจิก 1

สัญญาณนาฬิกาขอบขาลง คือ เปลี่ยนจาก ลอจิก 1 ไปเป็น ลอจิก 0 ซึ่งจะเป็นการกระตุ้นให้ flip-flop ทำงานในช่วงที่เปลี่ยน จาก ลอจิก 1 ไปเป็น ลอจิก 0