.oldal 4. TÁOLÓK A sorredi, szekveciális feladaok megvalósíásához elemi ároló áramkörök szükségesek. A fejezebe ismerejük a leggyakrabba alkalmazo ároló-elemek (flip-flop) felépíésé, működésé. 4.. Tároló alapáramkörök A ároló alapáramkörök - flip-flop -ok - ké sabil állapoú áramköri kapcsolások. A ké sabil állapo bi iformáció árolására eszi alkalmassá a flip-flop -o. A kéállapoú elem ké kereszbecsaol iverer -ből alakíhaó ki. (.ábra) I 2 I. ábra A ké iverer kereszbe csaolása bizosíja a felve állapo arásá. Az ábra szeri elredezésbe a ápfeszülség bekapcsolása uá a ké iverer kapcsolási sebességéek külöbözősége mia - véleleszerűe alakul ki a sabil helyze. Ha az I jelű iverer kimeeé szi lesz, az az I 2 bemeeére juva bizosíja eek a kimeeé a 0 szie. A kereszbecsaolás révé ez a vezérlés fe arja az I kimeeé az szie. A feiekbe rövide elemze áramkörek ics állapoválozás vezérlő bemeee. A kívá állapoválozás a vezérlő bemeeek és billeési módok külöböző válozaaival lehe megoldai. A megoldási módozaok alapjá csoporosíjuk a flip-flop -ka. 4... Flip-flop ípusok A flip-flop -ok ké agy csoporba sorolhaók aak alapjá, hogy az iformáció közlés és a billeés- ugyaaz, vagy ké külöböző jel lája-e el. Eek megfelelőe: - közvele, és - kapuzo vezérlésű árolóka külöbözük meg. A leggyakrabba alkalmazo ípusok az -, - JK, - T és - ípusú flip-flop -ok. Az egyes flip-flop -ok billeési módja szeri leheek: - saikus és - diamikus billeésűek.
2.oldal A kapuzo vezérlésű ároló elemek közö - elsődlegese az iegrál áramköri kialakíásba - ovábbi ké agy csopor léezik, a - együemű, és - kéüemű vezérlésű áramköri váloza. A kéüemű vezérlés közbeső ároló alkalmazásával valósíják meg. Az álaláos csoporosíás uá a vezérlő bemeeek alapjá megkülöbözee ípusoka elemezzük működés és áramköri kialakíás alapjá. Az flip-flop ak ké vezérlőbemeee va, amelyek közül az jelű (se) a beíró és az jelű (rese) a örlő bemee. Ezek szeri a árol iformáció, ha a beíró bemeere () érkezik akív logikai sziű vezérlő jel, és 0, ha a örlő () bemee kap ilye vezérlés. A helyes működés feléele, hogy a ké vezérlőbemee együese em kapha akív vezérlés. A JK flip-flop ugyacsak ké vezérlőbemeeel redelkezik. A J jelű bemee beírásra, míg a K jelű a örlésre szolgál. Az flip-flop -ól az külöbözei meg, hogy egedélyeze a J és K együes akív vezérlése is. Ebbe az esebe a flip-flop a árol állapo ellekezőjére (komplemes -ére) vál á. A T flip-flop egyele vezérlőbemeeel redelkező ároló elem. A T bemeere juó akív vezérlés a ároló állapoá ellekezőjére válozaja. A flip-flop ak ugyacsak egyele vezérlőbemeee va. A ároló midekor a bemee logikai éréké árolja, vagy is 0 eseé örlődik, míg érékél beíródik. A leír működés alapjá a ároló ada flip-flop -ak is evezik. 4.. 2. aikus billeésű flip-flop -ok aikusak evezzük az a billeési módo, melyél a vezérlőjel logikai szije a haásos. A flip-flop midaddig vezérel állapoba va, míg a bemeee az akív logikai szi érvéyes. Akív lehe a logikai és a logikai 0 szi is. A kívá akív vezérlés kiválaszása uá a megvalósíadó flip-flop működési áblázaából (állapoábláza) felírhaók az állapo-egyeleek. Ezek alapjá a szükséges vezérlési megoldás áramköri válozaa kialakíhaó. + 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 * *
3.oldal. ábláza A saikus billeésű - logikai sziel vezérel - flip-flop állapoáblázaa az.ábláza szerii. A ábláza oszlopai közö a mi bemeő válozó szerepel (vezérlés elői állapo). A vezérlés uái új állapoo ( + ) a vezérlés (, ) melle az előző állapo ( ) is befolyásolja. A *-al jelöl vezérlési kombiációk iloak. A áblázaból felírhaó állapofüggvéyek az alábbiak: + = = 0 + (Az összefüggésbe és a ovábbiakba is az idex a vezérlés időpojára ual.) Ezek a logikai függvéyek az flip-flop működésé írják le. Az összefüggés szeri az új állapo ( + ) sziű lesz - az előző állapoól függeleül - ha a beíró () bemee sziű. Ugyacsak sziű lesz a kimee, ha már a vezérlés elői állapoba is = és az bemeee 0 szi va. A második összefüggés a ilo T a. b. 2. ábra vezérlés írja le. Eszeri a ké vezérlőbemeee együese em lehe szi. A feiek szeri működő flip-flop ké NO kapuból alakíhaó ki a 2.a.ábra szerii kapcsolásba. Az sziel vezérelheő flip-flop szimbolikus jele a b. ábra szerii. A kapcsolás működéséek elemzése alapjá köye beláhaó, hogy azér kell ilai az együes akív vezérlés, mer ekkor midké kapu kimeee 0 sziű lesz. Az új állapo pedig a vezérlőjelek megszűéséek sorredjéől függ, ezér előre meghaározhaala. A 0 akív vezérlési szire billeő flip-flop működésé az állapoegyeleek írják le. + + = ( = + Az összefüggés szeri az új állapo lesz, ha a örlő bemee () és a beíró bemee () 0 sziű, vagy vezérlés elő is = állapo vol. A második összefüggés írja le a ilás, miszeri a ké bemee legalább egyiké sziek kell lei. Áramkörileg NAN kapukkal valósíhaó meg saikus billeésű - 0 sziel vezérelheő - flip-flop (3.ábra) )
4.oldal T a. b. 3. ábra Az ismeree ké flip-flop közvele vezérlésű. A ároladó iformáció hordozó beíró vagy örlő jel egyúal a billeés is vezérli. A beíradó adao hordozó jele, és a billeő jele kapuzással lehe fizikailag széválaszai. aikus sziel vezérel flip-flop vezérlőbemeeei billeő jellel kapuzva (4.ábra) kapjuk a kapuzo ( szikroozo) vezérlés. Eél a flip-flop ípusál az és együes akív vezérlése csak a billeő () jel szijéél ilo. Az és iformációs bemeeeke az előkészíés és a jel haására a éyleges beírás vagy örlés, vagyis az ada (iformáció) beviel kövekezik be. a. 4.ábra A saikus billeésű 0 sziel vezérel flip-flop kapuzása VAGY kapukkal oldhaó meg, miuá az akív szi 0 mid a billeő, mid pedig az iformációs bemeeekél. A kapuzo flip-flop -ból alakíhaó ki a flip-flop. Az iverer bizosíja a beíró és örlő bemeeek elleées sziű vezérlésé (5.ábra). A = sziél az előkészíő bemeee, míg az bemeee 0 szi lesz. A (szikroozó) bemeere érkező szi a flip-flop o -be billei, vagyis -e fog ároli. b. T
5.oldal T a. b. 5.ábra = 0 eseébe a örlés előkészíése, és a jel haására a 0 beírása kövekezik. A flip-flop ké szikroozó jel közöi időaramra árolja az iformáció. Ez muaja a 3.58.b.ábra szerii idő-diaáram. A ároló egyik legfoosabb fel-haszálási erülee az iformáció szikrooz s a jel álal meghaározo üemezésbe. Az eddigiekbe elemze ké flip-flop ípus ( és ) fő jellemzője, hogy kimeeé az új iformáció a vezérlőjel haására - a billeési idő elelével - azoal megjeleik. A digiális módo megvalósío jelfeldolgozásokba jeleős helye foglalak el azok a feladaok, melyekbe az alkalmazo flip-flop -ok vezérlőbemeeére kimeeük éréké is vissza kell vezei. Ilye eseekbe csak olya flip-flop -ok alkalmazhaók, melyek kimeeé csak akkor jeleik meg az új állapo éréke, amikor a bemeei vezérlés már haásala. Ez az igéy közbeső-árolással vagy élvezérel billeéssel oldhaó meg. 4.. 3. Közbeső árolós (ms) flip-fiop A közbeső árolós ms (maser-slave) flip-flop legegyszerűbb elvi válozaa a 6.ábra szerii ké kapuzo flip-flop -ból áll. Amíg a billeő jel szije 0, addig a külső () bemeeek szijéől függeleül az első flip-flop (maser) és bemeeei is 0 szi va. A ké flip-flop -o elválaszó kapukra juó = sziű jel haására a maser állapoa áíródik a második (slave) flip-flop ba. maser slave TT a. b. 6.ábra
6.oldal Amikor a jel logikai sziű, akkor a bemeei vezérlés haározza meg az első flipflop állapoá, és leilódik a ké ároló közöi csaolás. A második flip-flop válozalaul árolja az előző iformáció, és ezér a kimee logikai éréke is válozala. Az új iformáció a kimeee csak = 0 sziél jeleik meg, amikor már a bemeei vezérlés az első árolóra haásala. Az elemze megoldás csak elvileg ad helyes működés. Ha az elleüemű vezérlés bizosíó iverer késleleése agyobb, mi a flip-flop billeési ideje, akkor a maser még a slave vezérléséek ilása elő felvehei az új állapoo. Ez hibás működés eredméyez. A éyleges áramköri megoldásokál ezér a ké flip-flop közöi csaolás leilása hamarabb kell bekövekezze, mi a bemeei kapuzás egedélyezése. Ez a ké komparálási sziű kapuzás bizosíja. maser közbeső csaolás slave P T P T2 7.ábra A 7.ábra a TTL redszerű iegrál áramköri készlebe alkalmazo ké komparálási sziű ms flip-flop logikai felépíésé muaja. A maser NO kapukból kialakío saikus - sziel billeheő (poál) flip-flop. A slave NAN kapukból kialakío - 0 sziel billeheő (egál) - flip-flop. A ké É kapu és raziszoro (T-T2) kereszül csaolódik a slave flip-flop a maser flip-flop -hoz. A billeő jel 0 szijéél a csaoló raziszorok (T, T2) emierei 0 szie vaak, így az a raziszor veze, amelyek a bázisa sziű. Ez a maser flip-flop kimeee vezérli a É kapuk egyiké kereszül. A vezeő raziszor 0 sziel állíja be a slave flip-flop -o a maser álal meghaározo állapoba. Például, ha a P kimeee va szi, akkor T raziszor bázisára ju szi s a vezeésbe kerülő raziszor 0 szie kapcsol a slave felső kapujára. Eek haására a kimeee szi lesz. A P = 0 szije mia a T2 raziszor zár, ehá a slave -ak csak egyik bemeeére ju 0. Ugyaakkor a jel lezárja a bemeei É kapuka kapuka, amivel függeleíi a maser a bemeeekől. A leír állapoválozás és a keős komparálás fogalmá a billeő-jel időbeli válozása alapjá elemezzük. A 8.ábra a p bemeere juó billeő impulzus időbeli válozásá muaja.
7.oldal U U k U kc 2 3 4 5 8.ábra A időpoba kezdődik a billeő-jel felfuó éle, és ezzel együ övekszik a raziszorok emier feszülsége is. A T kollekor feszülsége kövei ez a válozás, de abszolú-érékbe legalább U m kollekor - emier maradékfeszülséggel poziívabb (0,6 V). Jelöljük a TTL kapuk komparálási szijé U k - val. A feiekből adódik, hogy amikor a billeő jel feszülsége a 2 idő-pillaaba eléri az U kc = U k - U m éréke, ekkor a slave flip-flop bemeeeire szi ju, és megszűik a ké flip-flop közöi csaolás. Ugyaekkor a bemei kapuk még zárak, mivel a feszülsége kisebb U k -ál. A bemeei miavéelezés csak az U c > U k feszülségaromáyhoz arozó 3-4 = m idő ala öréik. A billeő-jel lefuó éléél is hamarabb kövekezik be a bemeei kapuk lezárása (4), mi a csaoló kapuk yiása (5). Az újoa beir iformáció a kimeee a 5 időpillaao köveőe jeleik meg. A csaoló-kapuk egy bemeeéek a raziszor kollekorokkal való kereszbecsaolása a slave flip-flop együes vezérlésé akadályozza meg abba az esebe, ha a bemeee jelreflexióból adódóa egaív hullám jelee meg. Az ms flip-flop feiekbe elemze működése elvileg függele a billeő-jel meredekségéől. Viszo lassú jelválozóskor az U k komparálási szi köryezeébe agyo zavarérzékey a kapu és a legkisebb ápáram-zaj is em kívá ábilleés eredméyez. Ezér a jelválozás idejéek 400 s - ál kisebbek kell leie. 4.. 3.. Közbeső árolós JK flip-flop A JK ípusú flip-flop - amelyek működési feléelé a korábbiakba már elemezük - csak szikroizál vezérlőbemeeekkel alakíhaó ki. A flip-flop állapo egyelee az alábbi: = J + K + A JK flip-flop - közbeső árolós flip-flop -ból a 9.ábra szeri épül fel. A bemeei vezérlő jelek kapuzása a kimeei jelekkel bizosíja a kívá működés. Amikor a flipflop - árol ( = ) akkor csak a K bemeere juó vezérlés eredméyez állapoválozás, ill. 0 árolásá köveőe ( = 0) a J bemeere juó vezérlés haásos.ez
8.oldal a kapuzás egyúal egedélyezi a J és K bemeeek együes vezérlésé is. Ekkor ugyais a flip-flop előző állapoa haározza meg a billeő-jel haására bekövekező állapoválozás. J TT K p 9.ábra Az előzőekbe elemze JK flip-flop ból T ípusú ároló olya módo alakíhaó ki, hogy a ké vezérlő bemeee ( J és K) összeköjük s ez lesz a T vezérlő bemee. Az állapoegyele - sziű akív vezérlésél - a kövekező: = T + T + A árolóba iformáció csak a T vezérlő bemee szijéél lehe beíri. Az állapoválozás a T = 0 vezérlés leilja. A T flip-flop -o elsősorba számláló áramkörök kialakíására haszálják. Iegrál áramköri kialakíásba ez a flip-flop válozao öállóa em gyárják, miuá a JK ípusból külső köéssel kialakíhaó. A 0.ábra a T flip-flop logikai felépíésé és szimbolikus jelé ábrázolja. T J TT p K 0.ábra 4.. 3. 2. Közbeső árolós flip-flopok aszikro billeése Az iegrál áramköri közbeső árolós - maser-slave - flip-flopokak aszikro örlő és beíró bemeeei is vaak. Az aszikro saikus vezérlés együemű. Ez az jelei, hogy a vezérlőjel - a flip-flop midké árolójá - egyidejűleg billei a kívá állapoba. A TTL redszerű I-s árolókál az aszikro vezérlés akív szije - redszeri - a 0 szi. A.ábra közbeső árolós - TTL redszerű iegrál áramköri - JK prese flip-flop szimbolikus jelé muaja. Az aszikro vezérlő bemeeek, a l (lear) örlő és a Pr (Prese) beíró bemee.
9.oldal Pr J p K l TT 0.ábra A jelölésbe a bemeei mező középső részéhez csalakozak a kéüemű vezérlésű ms flip-flop bemeei jelei. A p billeő bemeee lévő iveráló jel (karika) az jelzi, hogy az új érék a kimeeeke a billeő jel 0 szijéél jeleik meg. A Pr aszikro beíró, illeve l örlő bemeeek akív szije 0. A ké uóbbi bemee szeri a ároló ípusú együemű flip-flop. 4.. 4. iamikus billeésű flip-flopok Az eddigiekbe elemze flip-flopok közös jellemzője a saikus billeés. A árolók másik agy csoporjá alkoják a diamikus billeésű (élvezérel) áramköri megoldások. A ovábbiakba külö elemezzük a diamikus billeés diszkré ill. iegrál áramköri megoldásai. Az élvezérlés diszkré elemekkel u rigger - áramkörrel alakíhaó ki. A rigger áramkör kimeeé csak akkor jeleik meg jel, ha bemeeé logikai sziválás va. A rigger áramkör vagy más éve diamikus csaolókapu egyik legegyszerűbb válozaa a.ábra szerii. U be U c U ki U be a. U c U ki b..ábra Az a. ábrá a kapcsolási vázla, míg a b. ábrá a jellegzees feszülségalakoka szemlélei. Ha a kapu bemeeére kapcsol U be feszülség égyszöghullám, akkor a belső poo csak a bemeei sziváláskor mérheő feszülségugrás, mégpedig a sziválás iráyáak megfelelő polariású. A diódá csak a poziív feszülség-válozás haj á áramo, ezér a kimeei poo a felfuó élekkor lesz jel. A diódá fordíva köve, a egaív élekél lesz a kimeee jelválás.
0.oldal Az iegrál áramköri árolók diamikus billeésű válozaai az ú. élvezérel flipflopok. Ezekbe az áramkörökbe - echológiai és áramköri méreek mia - kapaciív csaolókapu em valósíhaó meg. Az élvezérlés léyege, hogy az áramkörbe alkalmazo logikai kapuk késleleési idői eredméyezik a kis időaramú billeő jele a bemeei vezérlés sziválozásakor. Az álladósul jelek időarama ala a flip-flop leválaszódik a vezérlő bemeeekről. A leír elvi megoldásra példa a 2.ábra szerii logikai felépíésű flip-flop. A ároló a K5-K6 jelű NAN kapukból álló saikus - 0 sziel billeheő - flip-flop. A billeő jel 0 szijekor a flip-flop em kap vezérlés, mivel a K2 és K3 kapuk kimeee (,) - a vezérlőbemee érékéől függeleül - sziű. Ez az időszak az előkészíő fázis. Ekkor az áramkör A és B belső pojaiak logikai szijei a bemee logikai éréke haározza meg, az összefüggések szeri. A= B= K B p K5 K2 K3 K6 A K4 2.ábra A belső pook eze érékeke a válozósa uá, a kapuk késleleésé köveőe veszik fel. Mégpedig az A pd, a B pedig a 2 pd idő elelével. A billeő jel csak a válozásá köveő 2 pd idő múlva érkezhe. Ez evezik előkészíési su (se-up ime) időek. A billeő jel poziív jelválozásakor a K és K2 kapuk kimeei szijé az A, ill. a B pook logikai szije haározza meg. Eek megfelelőe a flip-flop vezérlő bemeeei az = B= = A=
.oldal logikai érékeke veszik fel. Az és bemeeek együes 0 éréké a K2 és K3 kapuk közöi kereszcsaolás ilja. A billeő-jel 0 - jelválozósá köveő pd idő elelével a újbóli válozósa már em válozaja meg az és logikai éréké, ehá még eyi ideig kell a billeés köveőe a vezérlés a bemeee arai. Ez a kaalógusokba ado arási idő h (hold ime). Újabb állapoválozás, csak a jel isméel 0 - élválozásakor kövekezhe be. A leírak szeri működő TTL redszerű élvezérel flipflop helyes működéséek feléele, hogy a jel felfuási ideje kisebb legye 250 s - ál. Az élvezérlés egy másik megoldásáál a billeő impulzus felfuó éléél meserségese lérehozo hazárd vezérli az állapoválozás. Eek elve, hogy ha a logikai É kapu ké bemeeé a jelek ellekező érelembe válozóak és az - 0 ámee késlelee, akkor a kimeee a késleleéssel megegyező idejű ű-impulzus (hazárd) jö lére. A kapcsolás és az időviszoyoka a 3.ábra szemlélei. A jelű elem késleleési ideje haározza meg a ű-impulzus szélességé. A B K A B K 4.. 5. MO flip-flop -ok 3.ábra Az ipari vezérlésekbe egyre ikább elerjedő MO iegrál áramköri családokba a flip-flopok egy sajáos áramköri válozaa alálhaó. Ez a megoldás szemlélei a 4.ábra szerii felépíésű flip-flop. A I 2 és I 3 MO ivererek alkoják a flip-flopo, az eddigiekől ayiba érek el, hogy az egyik csaolás az K 2 jelű vezérel kapcsoló ( W ávivő kapu) kereszül jö lére. Az K kapcsoló és I iverer a bemeei vezérlő áramkörök. Az ávivő kapuka a jel vezérli oly módo, hogy a = 0 érékél az K 2 a kis impedaciájú és az K a agy impedaciájú. Ezálal a flip-flop midké csaolása bizosío és árolja a beir iformáció. A billeő-jel érékéél az K 2 lesz agy-, és az K kis impedaciájú. Ezálal a flip-flop öaró belső csaolása megszűik és a jel közveleül a I iverer bemeeére ju. A kimee a keős iverálás révé megegyezik -vel. A = 0 érékél a kapcsolók állapoa ismé ellekezőjére vál és a flip-flop a beir iformáció árolja az újabb billeésig.
2.oldal p I I 2 K K 2 W W I 3 4.ábra A MO echológiával kialakío JK ms flip-flop is hasoló felépíésű. Midké ároló-rész - az előzőekbe elemze - vezérel elekroikus kapcsolós megoldásba épül fel. Az egyes ípusok felépíésé részleese a kaalógusokból lehe megismeri, ill. elemezi.
3.oldal. TÁOLÓK..... TÁOLÓ ALAPÁAMKÖÖK...... Flip-flop ípusok.....2. aikus billeésű flip-flop -ok...2..3. Közbeső árolós (ms) flip-fiop...5..3..közbeső árolós JK flip-flop...7..3.2.közbeső árolós flip-flopok aszikro billeése...8..4. iamikus billeésű flip-flopok...9..5. MO flip-flop -ok...