วันจันทร์ที่ 17 กันยายน พ.ศ. 2555

อาร์เอส ฟลิปฟลอป

                อาร์เอส ฟลิปฟลอป เป็นการนำเอา อาร์เอส แล็ทช์ มาใส่สัญญาณนาฬิกา เพื่อกระตุ้นให้ฟลิปฟลอปทำงานในสภาวะต่างๆ ตามการป้อนสัญญาณเข้าที่อินพุต ดังรูปที่ 1(ก) นอกจากอินพุตอาร์เอสและคล็อกแล้ว ยังมีอินพุตโดยตรงอีกคือขาอินพุตพรีเซ็ต (Preset : PR) เพื่อทำให้เอาต์พุต Q เป็น “1”  และขาอินพุตเคลียร์ (Clear :CLR) เพื่อทำให้เอาต์พุต Q เป็น “0”  ซึ่งมีทั้งชนิดที่ทำงานที่ลอจิก “1”  และลอจิก “0”  ดังรูปที่ 1 (ข) และ (ค)
image
รูปที่ 1 อาร์เอส ฟลิปฟลอป
                    (ก) สัญลักษณ์อาร์เอส ฟลิปฟลอปชนิดที่มีการกระตุ้นคล็อก
                   (ข) สัญลักษณ์อาร์เอส ฟลิปฟลอปที่มีขาพรีเซ็ต และ ขาเคลียร์ ชนิดทำงานที่ลอจิก “1”
                    (ค) สัญลักษณ์อาร์เอส ฟลิปฟลอปที่มีขาพรีเซ็ต และ ขาเคลียร์ ชนิดทำงานที่ลอจิก “0”
การกระตุ้นด้วยสัญญาณนาฬิกา สามารถกระทำได้หลายแบบ แสดงสัญลักษณ์การกระตุ้นด้วยสัญญาณนาฬิกาดังรูปที่ 2
 
image
รูปที่ 2 แสดงสัญลักษณ์การกระตุ้นด้วยสัญญาณนาฬิกา
       (ก)   แสดงการกระตุ้นด้วยพัลส์บวก                      (ข)      แสดงการกระตุ้นด้วยคมบวก
       (ค)   แสดงการกระตุ้นด้วยพัลส์ลบ                         (ง)      แสดงการกระตุ้นด้วยคมลบ
สภาวะอินพุต และเอาต์พุต ของอาร์เอสฟลิปฟลอป แสดงเป็นตารางความจริง ได้ดังตารางที่ 15.3
image
ตารางที่ 1 ตารางความจริงของอาร์เอส ฟลิปฟลอป ชนิดที่มีขา CLK , PR และ CLR
 อินพุต

Qn
เอาต์พุต

สภาวะเอาต์พุต
PR
CLR
CLK
R
S
Qn + 1
n+1
1
0
X
X
X
0
1
0

Preset : PR
1
1
0
0
1
X
X
X
0
0
1

Clear : CLR
1
0
1
0
0
 
0
0
0
0
1

NoChange : NC
1
1
0
0
0
 
0
1
0
1
0

Set : S
1
1
0
0
0
 
1
0
0
0
1

Reset : R
1
0
1
0
0
 
1
1
0
0
0

Not Allow : NA
1
0
0
 
 
ตัวอย่างที่ จากรูปที่ 2  จงเขียนสัญญาณที่เอาต์พุต Q  เมื่อกำหนดสัญญาณอินพุต ให้ดังต่อไปนี้
image
รูปที่ 2 สัญลักษณ์ของ อาร์เอส ฟลิปฟลอป ของตัวอย่างที่ 1
image
รูปที่ 3 ไดอะแกรมเวลาของ อาร์เอส ฟลิปฟลอป ของตัวอย่างที่ 1
1.1.    เจเค ฟลิปฟลอป (J-K Flip Flop)
                  เนื่องจากอาร์เอส ฟลิปฟลอป มีคุณสมบัติที่ไม่ยอมให้เอาต์พุตเกิดขึ้นอยู่สภาวะหนึ่ง คือ สภาวะที่อินพุตอาร์และเอสเป็นลอจิก “1” ทั้งคู่ เอาต์พุต Q และ จะมีสภาวะลอจิกที่เหมือนกัน ซึ่งสภาวะนี้ไม่  สามารถนำไปใช้งานได้ ดังนั้นจึงมีการแก้ไขคุณสมบัติข้อนี้ โดยสร้างเป็นเจเค ฟลิปฟลอป ซึ่งเมื่อเทียบกับ อาร์เอสฟลิปฟลอปแล้ว อินพุต เจ เสมือนกับ อินพุต เอส และอินพุต เค เสมือนกับอินพุต อาร์ นั่นเอง แต่ เจเค ฟลิปฟลอปมีข้อดีกว่าอาร์เอส ฟลิปฟลอป ตรงที่ ถ้าอินพุตเจและเค เป็น “1” ทั้งคู่ เจเค ฟลิปฟลอปจะอยู่ในสภาวะทอกเกิ้ล (Toggle) ซึ่งในสภาวะนี้เอาต์พุต Q จะเปลี่ยนสภาวะเป็นตรงกันข้ามทุกครั้งเมื่อมีสัญญาณล็อกเข้ามากระตุ้น แสดงสัญลักษณ์ ดังรูปที่ 4
image
รูปที่ 4 สัญลักษณ์ เจเค ฟลิปฟลอปที่กระตุ้นคล๊อกที่ขอบขาลง
ตารางที่ 2  ตารางความจริงของ เจเค ฟลิปฟลอป
 
อินพุต

Qn
เอาต์พุต

สภาวะเอาต์พุต
J
K
CLK
Qn + 1
n+1
0
0
 
0
0
1

No Change
1
1
0
0
1
 
0
0
1

Reset
1
0
1
1
0
 
0
1
0

Set
1
1
0
1
1
 
0
1
0

Toggle
1
0
1
 
 
หมายเหตุ       Qn คือเอาต์พุต Q ก่อนที่จะป้อนสัญญาณคล๊อก
                     Qn+1 คือเอาต์พุต Q หลังจากป้อนสัญญาณคล๊อกเข้าไป 1 ลูก
ตัวอย่างที่ 2 จงเขียนสัญญาณที่เอาต์พุต Q ของ เจเค ฟลิปฟลอปที่กำหนดให้ดังรูปที่ 5  เมื่อกำหนดสัญญาณอินพุต ให้ดังต่อไปนี้ (ในสภาวะเริ่มต้น กำหนดให้เอาต์พุต Q  เป็นลอจิก “0”)
image
รูปที่ 5 สัญลักษณ์ของ เจเค ฟลิปฟลอป ตัวอย่างที่ 2
image
รูปที่ 6 ไดอะแกรมเวลาของ เจเค ฟลิปฟลอป ของตัวอย่างที่ 2
 
1.2 ดี ฟลิปฟลอป (D Flip Flop)
                   ดี ฟลิปฟลอป หรือดาต้า (Data) ฟลิปฟลอป เป็นฟลิปฟลอปที่ใช้ในการเก็บ หรือจดจำสภาวะลอจิกที่ป้อนเข้ามาที่อินพุต ให้คงอยู่ที่เอาต์พุตจนกว่าจะปิดไฟเลี้ยง หรือจนกว่าจะป้อนอินพุตตัวใหม่เข้ามาซึ่ง ฟลิปฟลอปนี้ เป็นโครงสร้างเบื้องต้นของหน่วยความจำแบบสแตติกแรมนั่นเอง สัญลักษณ์ของดีฟลิปฟลอป แสดงดังรูปที่ 7

image


(ก)
image


(ข)
รูปที่ 7 สัญลักษณ์ ดี ฟลิปฟลอป
  (ก) ชนิดกระตุ้นคล็อกที่ขอบขาขึ้น
(ข) ชนิดกระตุ้นคล็อกที่ขอบขาลง

แสดงการทำงานของสภาวะอินพุต และเอาต์พุต ของดีฟลิปฟลอปชนิดกระตุ้นที่ขอบขาขึ้นเป็นตารางความจริงได้ดังตารางที่ 3

 อินพุต

Qn
เอาต์พุต

สภาวะเอาต์พุต
CLK
D
Qn + 1
n+1
0
0
0
1

Reset
1
0
1
1
0
1
0

Set
1
1
0
0
X
0
0
1

No change
1
1
0
ตารางที่ 3 ตารางความจริงของดี ฟลิปฟลอป ชนิดกระตุ้นที่คล็อกขอบขาขึ้น
ตัวอย่างที่ 3  จากสัญลักษณ์ของ ดีฟลิปฟลอป ที่กำหนดให้ในรูปที่ 7 จงเขียนสัญญาณที่เอาต์พุต Q ของ ดี ฟลิปฟลอปเมื่อกำหนดสัญญาณอินพุตให้ดังต่อไปนี้ (ในสภาวะเริ่มต้น กำหนดให้เอาต์พุตเป็นลอจิก “0” )
image
รูปที่ 7  สัญลักษณ์ของ ดี ฟลิปฟลอป ตัวอย่างที่ 3
image
รูปที่ 8  ไดอะแกรมเวลาของ ดี ฟลิปฟลอป ตัวอย่างที่ 3
 
2. การดัดแปลงอาร์เอสฟลิปฟลอปและเจเค ฟลิปฟลอป เป็นดีฟลิปฟลอป
                การดัดแปลงฟลิปฟลอปชนิดอื่น เช่น อาร์เอสฟลิปฟลอป และเจเค ฟลิปฟลอป ให้มีสภาวะเอาต์พุตเหมือนกับดี ฟลิปฟลอป สามารถดัดแปลงได้ดังรูปที่ 9 (ก) เป็นการดัดแปลงอาร์เอส ฟลิปฟลอปเป็น ดี ฟลิปฟลอป (ข) เป็นการดัดแปลง เจเค ฟลิปฟลอป เป็น ดี ฟลิปฟลอป
image
(ก)
image
(ข)
รูปที่ 9   การดัดแปลงให้เป็น ดี ฟลิปฟลอป
                                         (ก) ดัดแปลงมาจาก อาร์เอส ฟลิปฟลอป
                                   (ข) ดัดแปลงมาจาก เจเค ฟลิปฟลอป
 

3  ที ฟลิปฟลอป (T  Flip  Flop)
ที ฟลิปฟลอป หรือทอกเกิ้ล (Toggle) ฟลิปฟลอป เป็นฟลิปฟลอปที่มีสภาวะเอาต์พุตเปลี่ยนแปลงเป็นตรงกันข้ามทุกครั้งที่มีสัญญาณคล๊อกเข้าไปกระตุ้นที่อินพุต ที ดังรูปที่ 10 แสดงสัญลักษณ์ของที         ฟลิปฟลอป
image
(ก)
image
(ข)
รูปที่ 10  สัญลักษณ์ ที ฟลิปฟลอป
                                    (ก) ชนิดกระตุ้นคล๊อกที่ขอบขาขึ้น
                                   (ข) ชนิดกระตุ้นคล๊อกที่ขอบขาลง
แสดงการทำงานของสภาวะอินพุต และเอาต์พุต เป็นตารางความจริง ได้ดังตารางที่ 4

CLK
Qn
Qn+1
หรือ
0
1

1
0


ตารางที่ 4 ตารางความจริงของที ฟลิปฟลอป
 
 
 
ตัวอย่างที่ 6  จากรูปที่ 11  จงเขียนสัญญาณที่เอาต์พุต Q ของ ที ฟลิปฟลอป เมื่อกำหนดสัญญาณอินพุต ให้ดังต่อไปนี้
image
รูปที่ 11 สัญลักษณ์ของ ที ฟลิปฟลอป ตัวอย่างที่ 6

image
รูปที่ 12 ไดอะแกรมเวลาของ ที ฟลิปฟลอป ตัวอย่างที่ 6
 
3.1  การดัดแปลงฟลิปฟลอปชนิดอื่นเป็น ที ฟลิปฟลอป
ที ฟลิปฟลอป สามารถใช้ฟลิปฟลอปอื่น มาดัดแปลง ให้ทำงาน มีสภาวะเอาต์พุตเหมือนกับ ที ฟลิปฟลอป เช่น อาร์เอสฟลิปฟลอป เจเค ฟลิปฟลอป และ ดี ฟลิปฟลอป แสดงดังรูปที่ 13
image
image

imageimage

รูปที่ 13  ที ฟลิปฟลอป
                                   (ก) ดัดแปลงมาจาก อาร์เอส ฟลิปฟลอป
                              (ข) ดัดแปลงมาจาก เจเค ฟลิปฟลอป
                              (ค) ดัดแปลงมาจาก เจเค ฟลิปฟลอป
                         (ง) ดัดแปลงมาจาก ดี ฟลิปฟลอป
 
 4  ไอซี ฟลิปฟลอป
เนื่องจากฟลิปฟลอป เป็นวงจรที่มีความสำคัญ และมีใช้ทั่วไปในระบบงานดิจิตอล ดังนั้นจึงมีการผลิตไอซีฟลิปฟลอป ออกมาเป็นไอซีสำเร็จรูป เช่นไอซีตระกูลทีทีแอล ที่ผลิตออกมาใช้งานอย่างแพร่หลาย คือ เบอร์ 7476  และ 7474 ซึ่งเป็นไอซีเจเคฟลิปฟลอป และ ดีฟลิปฟลอป
4.1   ไอซีเบอร์ 7476 และ 74LS76 (Dual Master-Slave J-K Flip Flop)
ไอซี 7476 เป็นไอซี มาสเตอร์-สเลฟ เจเค ฟลิบฟลอบชนิดกระตุ้นคล็อกที่พัลส์บวก (Positive pulse–triggered master-slave Flip Flop) ส่วนไอซี 74LS76 เป็นไอซี เจเคฟลิบฟลอบชนิดที่กระตุ้นคล๊อกที่ขอบขาลง (Negative-edge) แสดงโครงสร้างในรูปที่ 14  และตารางความจริงในตารางที่ 5
image
รูปที่ 14  โครงสร้างของไอซี เจเค ฟลิปฟลอป
(ก) โครงสร้างของไอซีเบอร์ 7476 
ตารางที่ 7 ตารางความจริงของไอซีเบอร์ 74LS76
อินพุต

Qn
เอาต์พุต

สภาวะเอาต์พุต
PR
CLR
CLK
J
K
Qn+1
  n+1
0
1
X
X
X
0
1
0

Preset

1
1
0
1
0
X
X
X
0
0
1

Clear

1
0
1
0
0
X
X
X
0
1*
1*

ไม่แน่นอน

1
1*
1*
1
1
 

0
0
0
0
1

No change

1
1
0
1
1
 

1

0
0
1
0

Set

1
1
0
1
1
 

0
1
0
0
1

Reset

1
0
1
1
1
 

1
1
0
1
0

Toggle

1
0
1
1
1

-
X
X
0
0
1

No change

 
 
* มีสภาวะที่ไม่แน่นอน
4.2  ไอซี 7474 (Dual D Flip Flop)
ไอซี 7474 เป็นไอซี ดี ฟลิบฟลอบ ชนิดกระตุ้นคล๊อกที่ขอบขาขึ้น ดังแสดงโครงสร้างใน รูปที่ 15 และตารางความจริงในตารางที่ 5
image
รูปที่ 15 โครงสร้างของไอซีเบอร์ 7474
ตารางที่ 5 ตารางความจริงของไอซีเบอร์ 7474
 

อินพุต

Qn
เอาต์พุต
สภาวะเอาต์พุต

PR
CLR
D
CLK
Qn+1
n+1
0
1
X


X
0
1
0

Preset

1
1
0
1
0
X

X
0
0
1

Clear

1
0
1
0
0
X

X
0
1*
1*

ไม่แน่นอน

1
1*
1*
1
1
1



0
1
0

Set

1
1
0
1
11
0



0
0
1

Reset

1
0
1
1
1
X

-

0
0
1

No change
1
1
0
  * มีสภาวะที่ไม่แน่นอน

2 ความคิดเห็น: