Le infradito vengono utilizzate per archiviare dati e controllare il flusso di informazioni nei computer e nei dispositivi di comunicazione. A differenza di un flip-flop, un latch può cambiare la sua uscita quando un determinato ingresso è attivo. Sia il fermo che il flip-flop sono diversi. Un latch è sensibile al livello, mentre il flip-flop è sensibile ai bordi.
Puoi confrontare un latch e un flip-flop osservando come reagiscono al segnale di ingresso. Un latch cambia la sua uscita in base al livello del segnale di ingresso. Il segnale all'ingresso sarà alto o basso. Un flip-flop cambia la sua uscita in base alla transizione del segnale di ingresso. Ciò significa che invece che alto e basso, il segnale di ingresso sarà in aumento o in diminuzione.
Le infradito hanno diversi tipi come SR, JK, D e T Flip-Flop. Questo articolo discuterà in dettaglio il flip-flop di tipo D. Puoi progettare il flip-flop di tipo D utilizzando un flip-flop SR. Tra gli ingressi S e R del flip-flop di tipo D deve essere collegata una porta NOT ed entrambi questi ingressi sono collegati insieme. È possibile utilizzare il flip-flop di tipo D al posto dei flip-flop SR, per questa configurazione è necessario solo lo stato SET e RESET.
Schema rapido:
- Cos'è un infradito di tipo D?
- Circuito flip-flop di tipo D
- Diagramma temporale
- Tabella della verità per il flip-flop di tipo D
- Configurazione Master-Slave del Flip Flop di tipo D
- Circuito flip-flop di tipo D Master-Slave
- Flip Flop di tipo D per divisione di frequenza
- D Infradito come latch di dati
- Chiusura dati trasparente
- CI flip-flop di tipo D
- Conclusione
Cos'è un infradito di tipo D?
Un flip-flop di tipo D (flip-flop con ritardo) è un elemento di circuito digitale con clock avente due stati stabili. Questo tipo di flip-flop utilizza un ritardo di un ciclo di clock al suo ingresso. Per questo motivo è possibile collegare più flip-flop di tipo D in cascata per creare circuiti di ritardo. Le infradito di tipo D hanno diverse applicazioni, soprattutto nei sistemi televisivi digitali.
Circuito flip-flop di tipo D
Un semplice flip-flop di tipo D contiene quattro ingressi e due uscite. Questi input sono:
1. Dati
2. Orologio
3. Imposta
4. Reimposta
Le due uscite di un flip-flop di tipo D sono logicamente inverse l'una dall'altra. I dati di ingresso possono essere 0 logico (bassa tensione) o 1 logico (alta tensione). Il segnale di ingresso dell'orologio sincronizzerà il flip-flop con un segnale esterno. I due ingressi impostati e ripristinati sono mantenuti a livelli logici bassi. Un flip-flop di tipo D ha due possibili stati. Quando l'ingresso dati (D) del flip-flop è 0, ripristinerà il flip-flop e risulterà in un'uscita pari a 0. Quando l'ingresso dati (D) è 1, imposterà il flip-flop e risulterà in un uscita di 1.
È importante notare che il flip-flop di tipo D è diverso da un latch di tipo D. Un latch di tipo D non richiede un segnale di clock, ma un flip-flop di tipo D richiede un segnale di clock per cambiare il suo stato.
Puoi costruire un infradito di tipo D con una coppia di chiusure SR. È necessaria anche una connessione invertita per un singolo ingresso dati tra gli ingressi S e R. Gli ingressi S e R non possono essere contemporaneamente alti o bassi. Uno dei punti di forza di un flip-flop di tipo D è che può creare un dispositivo di chiusura in grado di archiviare e conservare le informazioni sui dati. È possibile utilizzare questa proprietà latch di un flip-flop di tipo D per creare un circuito di ritardo ed elaborare i dati quando necessario. I flip-flop di tipo D vengono utilizzati principalmente nei divisori di frequenza e nei latch di dati.
Diagramma temporale
Analizziamo il diagramma temporale da sinistra a destra:
- All'inizio del diagramma temporale, il Q inizialmente è BASSO. Quando il SET diventa brevemente ALTO, Q diventa ALTO e rimane ALTO. D'altra parte, quando il RESET diventa brevemente ALTO, Q diventa BASSO e rimane BASSO.
- Le modifiche ai DATI da BASSO a ALTO non influiscono su Q . L'uscita non risponde alle modifiche dei DATI. Nel fronte di salita del primo impulso di clock, poiché DATA è ALTO, Q diventa ALTO. Sebbene i DATI stiano momentaneamente tornando a BASSO e poi di nuovo ad ALTO. Tutto ciò non influisce sul Q . Nel fronte di salita del secondo impulso di clock, i DATI sono ancora ALTI e il Q rimane anche ALTO.
- Passando al fronte di salita del terzo impulso di clock, quando DATA è BASSO, Q diventa BASSO. Nel quarto e quinto impulso di clock, dove i DATI rimangono BASSI, Q rimane inoltre BASSO su ogni fronte di salita. Infine, quando arriva il fronte di salita, i DATI sono ALTI e Q va anche su ALTO.
Si noti che il Q è sempre il contrario di Q . L'ingresso SET può rendere l'uscita ALTA in qualsiasi momento. Allo stesso modo, puoi utilizzare l'ingresso RESET per impostare l'uscita su BASSO quando vuoi.
Tabella della verità per il flip-flop di tipo D
Le caratteristiche del flip-flop di tipo D possono essere scritte utilizzando la tabella di verità del flip-flop D. All'interno della tabella della verità, possiamo vedere che abbiamo un input che è D. Allo stesso modo, abbiamo un solo output che è Q(n+1).
| CLK | D | Q(n+1) | Stato |
| – | 0 | 0 | RIPRISTINA |
| – | 1 | 1 | IMPOSTATO |
Nella tabella delle caratteristiche di un flip-flop di tipo D abbiamo due ingressi, D e Qn. La tabella delle caratteristiche ha un'uscita Q(n+1).
Dal diagramma logico di tipo D possiamo concludere che Qn e Qn’ sono due uscite complementari. Queste due uscite fungono anche da ingressi per Gate 3 e Gate 4. Quindi Qn che è lo stato attuale del flip-flop sarà considerato come input e Q(n+1) che è lo stato successivo del flip-flop saranno considerati come output.
| D | Qn | Q(n+1) |
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 |
Utilizzando la tabella caratteristica delle infradito di tipo D, possiamo scrivere l'espressione booleana della K-map da una K-map a 2 variabili.
Configurazione Master-Slave del Flip Flop di tipo D
Per migliorare il comportamento di un flip-flop di tipo D, possiamo aggiungere un secondo flip-flop SR alla fine dell'uscita del flip-flop di tipo D. Ciò comporterà l'attivazione di un segnale di clock complementare dall'uscita di un flip-flop di tipo D. Di conseguenza, si formerà un flip-flop di tipo D Master-Slave. Quando arriva il fronte ascendente (da basso ad alto) del segnale di clock, la condizione di ingresso sul flip-flop master verrà bloccata. Mentre l'uscita del flip-flop master di tipo D verrà disattivata.
Allo stesso modo, quando arriva il fronte di discesa o di discesa (da alto a basso) del segnale di clock, verrà attivato il secondo stadio slave. Quando l'impulso di clock passa da alto a basso (durante un impulso negativo), l'uscita cambia. È possibile progettare le infradito di tipo D Master-Slave collegando in cascata i due fermi, entrambi con fasi di clock opposte.
Circuito flip-flop di tipo D Master-Slave
Quindi, dal circuito Master-Slave di tipo D, puoi vedere come il flip-flop master carica i dati dall'ingresso D quando l'impulso di clock aumenta nel circuito Master-Slave di tipo D. Questo fa girare il master. Sul secondo fronte (fronte di discesa) dell'impulso di clock, il flip-flop dello slave ora caricherà i dati e accenderà lo slave.
Nel complesso, questa configurazione farà sì che un flip-flop sia sempre ON mentre l'altro sia OFF. Si noti che l'uscita Q di questa configurazione flip-flop master-slave catturerà il valore di D solo quando viene applicato un ciclo di impulsi di clock completo. Questo ciclo completo dovrebbe contenere un fronte di salita e uno di discesa nella configurazione di 0-1-0.
Flip Flop di tipo D per divisione di frequenza
È inoltre possibile utilizzare il flip-flop di tipo D come circuito divisore di frequenza. Collegare direttamente l'uscita Q del flip-flop D con l'ingresso D. Ciò creerà un sistema di feedback ad anello chiuso. Per ogni due cicli di impulsi di clock, il bistabile verrà commutato.
Il Data Latch può anche funzionare come divisore binario o divisore di frequenza. Ciò si tradurrà nella creazione di un circuito contatore di divisione per 2. Ciò significa che la frequenza di uscita è dimezzata rispetto alla frequenza dell'impulso di clock.
Includendo un sistema di loop di feedback attorno al flip-flop di tipo D, è anche possibile creare diversi tipi di circuiti flip-flop come i flip-flop di tipo T noti anche come flip-flop bistabili di tipo T. Questo flip-flop di tipo T nei contatori binari può funzionare come un circuito di divisione per due, come illustrato di seguito.
Dalla forma d'onda sopra, possiamo concludere che quando l'uscita Q viene fornita come feedback al terminale di ingresso D, la frequenza degli impulsi di uscita su Q sarà esattamente uguale alla metà (ƒ/2) di quella della frequenza di clock di ingresso (ƒ IN ). In altre parole, questo circuito realizza la divisione di frequenza dividendo la frequenza di ingresso per un fattore due. Q va a 1 una volta ogni due cicli di clock.
D Infradito come latch di dati
I flip-flop D insieme alla divisione di frequenza possono anche fungere da Data Latch. Un Data Latch è un dispositivo che funziona per conservare o richiamare i dati presenti sul suo ingresso. In realtà funziona come un dispositivo di memoria a bit singolo. Puoi facilmente trovare circuiti integrati come il TTL 74LS74 o il CMOS 4042 in formato Quad. Questi circuiti integrati sono progettati specificamente per lo scopo di blocco dei dati.
Per costruire un latch dati a 4 bit, collegare insieme i quattro latch dati a 1 bit. Inoltre, assicurarsi che gli ingressi di clock di tutti questi latch di dati a 1 bit siano interconnessi e sincronizzati. Di seguito è riportato un dato circuito di latch dei dati a 4 bit.
Chiusura dati trasparente
Nell'elettronica e nei circuiti digitali troverete le numerose applicazioni di Data Latch. Utilizzando Data Latch è possibile gestire il buffering, la gestione delle porte I/O, il pilotaggio del bus bidirezionale e il pilotaggio del display. È progettato in modo tale da fornire un'impedenza di uscita molto elevata su entrambi Q e il suo output in complemento Q . Ciò comporterà la riduzione al minimo degli effetti di impedenza sui circuiti collegati.
Nella maggior parte dei casi, scoprirai che i latch dati singoli a 1 bit non sono comunemente utilizzati. I circuiti integrati disponibili in commercio integrano più latch dati individuali (4, 8, 10, 16 o 32) in un unico pacchetto. Un esempio è il 74LS373 Chiusura trasparente di tipo D ottale.
Puoi pensare a 74LS373 come un dispositivo che ne ha otto Infradito di tipo D dentro. Ogni flip-flop ha un ingresso dati D e un'uscita Q . Quando l'ingresso del clock (CLK) è ALTO, l'uscita di ciascun flip-flop corrisponderà all'ingresso dei dati. Ciò significa che l'input dei dati è trasparente o visibile all'output. In questo stato aperto, il percorso da D ingresso a Q l'output è trasparente. Ciò consente ai dati di fluire senza ostacoli, motivo per cui viene dato il nome di latch trasparente.
D'altra parte, quando il segnale dell'orologio è BASSO, il dispositivo di chiusura si chiude. L'uscita a Q è bloccato sull'ultimo valore dei dati presenti prima che il segnale di clock cambi. A questo punto, Q non cambia più in risposta a D .
Circuiti integrati flip-flop di tipo D
Sono disponibili diversi tipi di circuiti integrati flip-flop D in contenitori TTL e CMOS. Il 74LS74 è una delle opzioni comunemente usate che puoi prendere in considerazione. Questo è il circuito integrato flip-flop Dual D che contiene due singoli bistabili di tipo D all'interno di un singolo chip. Usando questo, puoi creare un'infradito con interruttore singolo o master-slave.
Sono disponibili anche altri circuiti CI flip-flop di tipo D, come il flip-flop 74LS174 HEX D con un ingresso di cancellazione diretta. Un altro circuito integrato flip-flop D è il flip-flop Quad D 74LS175 con uscite complementari. Il flip-flop ottale di tipo D 74LS273 ha un totale di 8 flip-flop di tipo D. Tutti questi otto flip-flop hanno un input chiaro. Tutti questi ingressi sono collegati in un unico pacchetto.
Conclusione
Il Flip-Flop di tipo D può essere progettato utilizzando le due chiusure SR back-to-back. Viene utilizzato anche un inverter tra gli ingressi S e R. Ciò produrrà un singolo input D (dati). Puoi aggiungere un secondo infradito SR a un infradito base di tipo D. Ciò migliorerà il funzionamento del flip-flop di tipo D. È possibile collegare questo flip-flop SR all'uscita del flip-flop di tipo D. Funzionerà solo quando il segnale dell'orologio è opposto a quello originale. Questa configurazione è anche conosciuta come flip-flop Master-Slave D.
Sia il latch di tipo D che il flip-flop di tipo D sono diversi. Il Latch non ha un segnale di clock, mentre il flip-flop di tipo D contiene un segnale di clock. Il flip-flop D è un dispositivo con trigger sul fronte. Il trasferimento dei dati in ingresso è controllato utilizzando il fronte del clock di salita o di discesa. D'altro canto, i Data Latch, come il data latch e il latch trasparente, sono i dispositivi sensibili al livello.