Låskretsar och Vippor

Låskretsar och Vippor Låskretsar (latch) och vippor (flip-flop) är kretsar med minnesfunktion. De ingår i datorns minnen och i processorns register. • D-låskretsen är i princip datorns minnescell • D-vippan används för att synkronisera signal-flödet mellan datorns olika delar. William Sandqvist william@kth.se

NOR och NAND ”låsande insignal” Regel … NAND. Om någon ingång är ”0”, så är utgången ”1” oavsett värdet på den andra ingången! NOR. Om någon ingång är ”1”, så är utgången ”0” oavsett värdet på den andra ingången! William Sandqvist william@kth.se

SR låskrets med två NOR-grindar Q=1 Om S=1 och R=0 låses den övre grinden till "0". Den undre grindens ingångar får då 00 vilket ger utgången Q=1. Eftersom den övre grinden nu får "1" från två håll, gör det inget om blir S=0 nu. Q förblir låst till att vara "1". Om R=1 och S=0 låses den nedre grinden till "0". Utgången blir Q=0. Den övre grindens ingångar får 00 vilket ger "1" på utgången och "1" på ingången till den nedre grinden. Eftersom den nedre grinden nu får "1" från två håll, gör det inget om nu R=0. Q fortsätter att vara upplåst till "0". Q=0 William Sandqvist william@kth.se

SR-låskretsens sanningstabell En kort "puls" S=1 "ettställer" låskretsen och en kort "puls" R=1 "återställer" den. Så länge S=0 och R=0 behåller låskretsen sitt värde. I sanningstabellen anges insignalkombinationen S=1 och R=1 som förbjuden!. För den insignalskombinationen skulle båda grindarnas utgångar bli "0" på samma gång. För de övriga insignalkombinationerna gäller att de båda utgångarna är varandras inverser. Det är för att garantera att den ”andra” utgången alltid är inverterad som man ”förbjuder” en av insignalskombination-erna. William Sandqvist william@kth.se

Låskrets med NAND-grindar William Sandqvist william@kth.se

Kontaktstuds-eliminering William Sandqvist william@kth.se

Grindad låskrets, D-låskrets Genom att komplettera SR-låskretsen med två AND-grindar och en inverterare, får man en så kallad D-låskrets. C är en styringång och D ( Data ) är den styrda ingången. När C=1 följer låskretsen insignalen D . När C blir "0" låses utgången Q till det senaste D-värdet, och så länge som C=0 förblir utsignalen Q opåverkad av D. William Sandqvist william@kth.se

SR-låskrets? Repdatorn hade SR-låskretsar som minne … Det är den styrda låskretsen som är minnescellen i SRAM! William Sandqvist william@kth.se

Klockad vippa Inom digitaltekniken brukar man skilja på enkla låskretsar ( latch ) och klockade vippor ( flip-flop ). De enkla låskretsarnas begränsning ligger i att man inte kan mata in ett nytt värde till ingången samtidigt som man läser av utgångsvärdet. De elektroniska kretsarnas snabbhet har gjort det nödvändigt att utveckla mer sofistikerade kretsar. Flanktriggad D-vippa. D-ingången är dataingång, C-ingången är klockpulsingång, därav beteckningen CP. Styringången C har ett flanktriggningstecken, en triangel. När C-ingången nås av en positiv flank, det vill säga under den korta tid då C går från "0" till "1”, kopieras D-ingångens värde till utgången Q. Utgångsvärdet är sedan låst tills det inkommer en ny flank på klockpulsingången. William Sandqvist william@kth.se

Varannan gång med D-vippan William Sandqvist william@kth.se

Varannan gång med Impulsrelä On-Off-On-Off … ImpulsreläPris: 300:- 7474 (2st D-vippor)Pris: 10:- William Sandqvist william@kth.se

Skillnaden mellan låskrets och vippa Som exempel väljer vi ett antal D-vippor i serie bildar ett så kallat skift-register. Tanken är att värdet på vippornas utgångar, Q, ska "förflyttas" ett steg per klockpuls. Överst visas tre D-låskretsar i serie. Från början när C=0 är låskretsarna låsta och innehåller "1" "0" "1". När C=1 följer låskretsarna sina insignaler. Den första låskretsen har insignalen D=0 och denna signal "rusar" genom låskretsarna och noll-ställer dessa, "0" "0" "0". Nederst tre D-vippor. Från början har D-vipporna värdet "1" "0" "1". När klockpulsen har sin positiva flank, kopieras innehållet från vippa till vippa, med resultatet "0" "1" "0". Skiftregistret med D-vippor fungerar som avsett. William Sandqvist william@kth.se

Digital volymratt Gray-kod – den som Karnaughdiagrammet bygger på. … 00 01 11 10 … Kan en D-vippa märka om Du vrider upp eller ner volymen? William Sandqvist william@kth.se

Kombinationskrets, D-vippa och låskrets Eftersom en D-vippa i sig innehåller flera låskretsar, så kan man till samma kostnad förse den med låskretsingångar av SR-typ. Klockpulsflankerna och D-ingången styr vippan, men bara om SR-ingångarna "tillåter" det. SR-ingångarna är Asynkrona, direktverkande, oberoende av klockan, medan D-ingången är synkron, och beroende av klockpulserna. Sådana R-ingångar brukar ofta användas till nollställning av kretsarna vid systemstart. ( PR står för Preset och CLR för Clear ) William Sandqvist william@kth.se

Inuti D-vippan William Sandqvist william@kth.se

JK-vippan, universalvippan SR-låskretsens motsvarighet bland vipporna är en "förbättrad SR-vippa" den så kallade JK-vippan. J motsvarar S och K motsvarar R. Två AND-grindar i JK-vippan förhindrar att någon otillåten insignalkombination påverkar vippan. Om J=1 och K=1 kommer AND-grindarna bara att släppa fram den av J eller K som förändrar vippans värde. Vippan kommer således att byta värde för varje klockpuls så länge denna insignalkombination består. Man säger att vippan togglar ( eng. toggle, kasta om ). William Sandqvist william@kth.se

JK-vippan, universalvippan Sanningstabellen kan delas upp i två delar som svarar mot två olika sätt att koppla vippan. Om J och K är sammanbundna, dvs J=K, brukar man kalla insignalen för T och den resulterande vippan för T-vippa. Med T=1 togglar vippan, och med T=0 ligger värdet fast. T-vippor används ofta till räknare. Det finns inga T-vippor att köpa, utan detta är bara ett ritsätt för den här kopplingen. Om J och K är sammanbundna, men med en inverterare mellan ingångarna så att J är K:s invers, kallar man den resulterande ingången för D. Detta är JK-vippan kopplad som D-vippa. JK-vippan är således den universalvippa som enkelt kan "förvandlas" till de övriga vipp-typerna. Vill man göra ett skiftregister med JK-vippor, behöver man ingen inverterare mellan J och K. Eftersom vipporna har både utgången Q och dess invers så kopplar man bara JK-vipporna i serie. De uppför sig då som D-vippor. William Sandqvist william@kth.se

Ex. - JK-vippans tidsdiagram William Sandqvist william@kth.se

PIC-processorernas datablad PIC-processorernas datablad innehåller mängder av bilder på låskretsar, klockade vippor, räknare mm. William Sandqvist william@kth.se

Låskretsar och Vippor