รองเท้าแตะใช้เพื่อเก็บข้อมูลและควบคุมการไหลของข้อมูลในคอมพิวเตอร์และอุปกรณ์สื่อสาร ไม่เหมือนฟลิปฟล็อป สลักสามารถเปลี่ยนเอาต์พุตได้เมื่อมีอินพุตบางตัวทำงานอยู่ ทั้งสลักและฟลิปฟล็อปต่างกัน สลักนั้นไวต่อระดับ ในขณะที่ฟลิปฟล็อปนั้นไวต่อขอบ
คุณสามารถเปรียบเทียบสลักและฟลิปฟล็อปได้โดยการดูว่าพวกมันตอบสนองต่อสัญญาณอินพุตอย่างไร สลักจะเปลี่ยนเอาต์พุตตามระดับของสัญญาณอินพุต สัญญาณที่อินพุตจะสูงหรือต่ำ ฟลิปฟล็อปจะเปลี่ยนเอาต์พุตตามการเปลี่ยนแปลงของสัญญาณอินพุต ซึ่งหมายความว่าแทนที่จะสูงและต่ำ สัญญาณอินพุตจะเป็นขาขึ้นหรือขาลง
รองเท้าแตะมีหลายประเภท เช่น SR, JK, D และ T Flip-Flop บทความนี้จะกล่าวถึงรายละเอียดเกี่ยวกับฟลิปฟล็อปประเภท D คุณสามารถออกแบบฟลิปฟล็อปประเภท D ได้โดยใช้ฟลิปฟล็อป SR เกต NOT จะต้องเชื่อมต่อระหว่างอินพุต S และ R ของฟลิปฟล็อปประเภท D และอินพุตทั้งสองนี้จะเชื่อมโยงเข้าด้วยกัน คุณสามารถใช้ฟลิปฟล็อปประเภท D แทนฟลิปฟล็อป SR ได้ สำหรับการกำหนดค่านี้ คุณเพียงต้องการสถานะ SET และ RESET เท่านั้น
โครงร่างด่วน:
- Flip-Flop ชนิด D คืออะไร?
- วงจร Flip-Flop ชนิด D
- แผนภาพเวลา
- ตารางความจริงสำหรับ Flip-Flop ชนิด D
- การกำหนดค่า Master-Slave ของ Flip Flop ชนิด D
- วงจร Flip-Flop ชนิด D ของ Master-Slave
- Flip Flop ชนิด D สำหรับการแบ่งความถี่
- D Flip Flops เป็นสลักข้อมูล
- สลักข้อมูลที่โปร่งใส
- ไอซี Flip-Flop ชนิด D
- บทสรุป
Flip-Flop ชนิด D คืออะไร?
ฟลิปฟล็อปประเภท D (ดีเลย์ฟลิปฟล็อป) เป็นองค์ประกอบวงจรดิจิทัลที่โอเวอร์คล็อกซึ่งมีสถานะเสถียรสองสถานะ ฟลิปฟล็อปประเภทนี้ใช้การหน่วงเวลาหนึ่งรอบนาฬิกาที่อินพุต ด้วยเหตุนี้ คุณจึงสามารถเชื่อมต่อฟลิปฟล็อปประเภท D หลายตัวในคาสเคดเพื่อสร้างวงจรดีเลย์ได้ รองเท้าแตะชนิด D มีการใช้งานที่แตกต่างกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระบบโทรทัศน์ระบบดิจิทัล
วงจร Flip-Flop ชนิด D
Flip-Flop ชนิด D ธรรมดาประกอบด้วยอินพุตสี่ช่องและเอาต์พุตสองช่อง อินพุตเหล่านี้คือ:
1. ข้อมูล
2. นาฬิกา
3. ตั้ง
4. รีเซ็ต
เอาต์พุตทั้งสองของฟลิปฟล็อปประเภท D นั้นมีตรรกะผกผันซึ่งกันและกัน ข้อมูลอินพุตอาจเป็นลอจิก 0 (แรงดันไฟฟ้าต่ำ) หรือลอจิก 1 (ไฟฟ้าแรงสูง) สัญญาณนาฬิกาจะซิงโครไนซ์ฟลิปฟล็อปกับสัญญาณภายนอก อินพุตทั้งสองที่ตั้งค่าและการรีเซ็ตจะถูกเก็บไว้ที่ระดับลอจิกต่ำ ฟลิปฟล็อปประเภท D มีสองสถานะที่เป็นไปได้ เมื่ออินพุตข้อมูล (D) ของฟลิปฟล็อปเป็น 0 มันจะรีเซ็ตฟลิปฟล็อปและส่งผลให้เอาต์พุตเป็น 0 เมื่ออินพุตข้อมูล (D) เป็น 1 มันจะตั้งค่าฟลิปฟล็อปและส่งผลให้ เอาท์พุตของ 1
สิ่งสำคัญคือต้องทราบว่าฟลิปฟล็อปประเภท D นั้นแตกต่างจากสลักประเภท D สลักชนิด D ไม่ต้องการสัญญาณนาฬิกา แต่ฟลิปฟล็อปชนิด D ต้องใช้สัญญาณนาฬิกาเพื่อเปลี่ยนสถานะ
คุณสามารถสร้างฟลิปฟล็อปประเภท D ได้ด้วยสลัก SR คู่หนึ่ง จำเป็นต้องมีการเชื่อมต่อแบบกลับด้านสำหรับการป้อนข้อมูลเดียวระหว่างอินพุต S และ R อินพุต S และ R ไม่สามารถสูงหรือต่ำพร้อมกันได้ จุดเด่นหลักประการหนึ่งของฟลิปฟล็อปประเภท D คือสามารถสร้างสลักซึ่งสามารถจัดเก็บและเก็บรักษาข้อมูลได้ คุณสามารถใช้คุณสมบัติสลักของฟลิปฟล็อปประเภท D เพื่อสร้างวงจรหน่วงเวลาและประมวลผลข้อมูลเมื่อจำเป็น รองเท้าแตะชนิด D ส่วนใหญ่จะใช้ในการแบ่งความถี่และสลักข้อมูล
แผนภาพเวลา
มาแจกแจงแผนภาพเวลาจากซ้ายไปขวา:
- ที่จุดเริ่มต้นของแผนภาพเวลา ถาม ในตอนแรกอยู่ในระดับต่ำ เมื่อ SET ขึ้นสูงในช่วงสั้นๆ ถาม กลายเป็นสูงและคงอยู่ในระดับสูง ในทางกลับกัน เมื่อ RESET สูงชั่วขณะหนึ่ง ถาม กลายเป็นต่ำและคงอยู่ต่ำ
- การเปลี่ยนแปลง DATA จาก LOW ไปเป็น HIGH จะไม่ส่งผลต่อ ถาม . ผลลัพธ์ไม่ตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงข้อมูล ที่ขอบขาขึ้นของพัลส์นาฬิกาแรก เนื่องจาก DATA สูง ถาม กลายเป็นสูง แม้ว่า DATA จะเปลี่ยนกลับเป็น LOW ชั่วครู่แล้วกลับเป็น HIGH ทั้งหมดนี้ไม่มีผลกระทบต่อ ถาม . ที่ขอบขาขึ้นของพัลส์นาฬิกาที่สอง DATA ยังคงอยู่ในระดับสูง และ ถาม ยังคงสูงอยู่
- ย้ายไปที่ขอบขาขึ้นของพัลส์นาฬิกาที่สาม เมื่อ DATA ต่ำ ถาม กลายเป็นต่ำ ในพัลส์นาฬิกาที่สี่และห้า โดยที่ DATA อยู่ในระดับต่ำ ถาม ยังคงต่ำในแต่ละขอบขาขึ้น ในที่สุด เมื่อขอบที่เพิ่มขึ้นมา ข้อมูลก็สูงและ ถาม ก็ไปที่สูงเช่นกัน
โปรดทราบว่า ถาม เป็นสิ่งที่ตรงกันข้ามกับเสมอ ถาม . อินพุต SET สามารถทำให้เอาต์พุตสูงได้ตลอดเวลา ในทำนองเดียวกัน คุณสามารถใช้อินพุต RESET เพื่อเปลี่ยนเอาต์พุตเป็น LOW ได้ทุกเมื่อที่คุณต้องการ
ตารางความจริงสำหรับ Flip-Flop ชนิด D
คุณลักษณะฟลิปฟล็อปชนิด D สามารถเขียนได้โดยใช้ตารางความจริงฟลิปฟล็อป D ภายในตารางความจริง เราจะเห็นว่าเรามีอินพุตหนึ่งตัวคือ D เช่นเดียวกัน เรามีเอาต์พุตเพียงตัวเดียวคือ Q(n+1)
| ซีแอลเค | ดี | ถาม(n+1) | สถานะ |
| – | 0 | 0 | รีเซ็ต |
| – | 1 | 1 | ชุด |
ในตารางคุณลักษณะของฟลิปฟล็อปประเภท D เรามีอินพุตสองตัวคือ D และ Qn ตารางคุณลักษณะมีหนึ่งเอาต์พุต Q(n+1)
จากแผนภาพลอจิกประเภท D เราสามารถสรุปได้ว่า Qn และ Qn 'เป็นเอาต์พุตเสริมสองตัว เอาต์พุตทั้งสองนี้ยังทำหน้าที่เป็นอินพุตสำหรับเกต 3 และเกต 4 ดังนั้น Qn ซึ่งเป็นสถานะปัจจุบันของฟลิปฟล็อปจะถือเป็นอินพุตและ Q(n+1) ซึ่งเป็นสถานะถัดไปของฟลิปฟล็อป จะถือเป็นผลผลิต
| ดี | Qn | ถาม(n+1) |
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 |
การใช้ตารางคุณลักษณะของฟลิปฟล็อปประเภท D เราสามารถเขียนนิพจน์บูลีน K-map จาก K-map 2 ตัวแปรได้
การกำหนดค่า Master-Slave ของ Flip Flop ชนิด D
เพื่อปรับปรุงพฤติกรรมของฟลิปฟล็อปประเภท D เราสามารถเพิ่มฟลิปฟล็อป SR ตัวที่สองที่ส่วนท้ายของเอาต์พุตฟลิปฟล็อปประเภท D ซึ่งจะส่งผลให้มีการเปิดใช้งานสัญญาณนาฬิกาเสริมจากเอาต์พุตของฟลิปฟล็อปประเภท D เป็นผลให้เกิดฟลิปฟล็อปประเภท Master-Slave D เมื่อขอบนำ (ต่ำไปสูง) ของสัญญาณนาฬิกามาถึง เงื่อนไขอินพุตที่มาสเตอร์ฟลิปฟล็อปจะถูกล็อค ในขณะที่เอาต์พุตของฟลิปฟล็อปประเภท D หลักจะถูกปิดใช้งาน
ในทำนองเดียวกัน เมื่อขอบต่อท้ายหรือตก (สูงไปต่ำ) ของสัญญาณนาฬิกามาถึง สลาฟขั้นที่สองจะถูกเปิดใช้งาน เมื่อพัลส์นาฬิกาเปลี่ยนจากสูงไปต่ำ (ระหว่างพัลส์ลบ) เอาต์พุตจะเปลี่ยนไป คุณสามารถออกแบบฟลิปฟล็อปประเภท Master-Slave D ได้โดยการต่อสลักสองตัวเข้าด้วยกัน โดยทั้งคู่มีเฟสสัญญาณนาฬิกาที่ตรงกันข้าม
วงจร Flip-Flop ชนิด D ของ Master-Slave
ดังนั้น จากวงจร D-type Master-Slave คุณจะเห็นว่ามาสเตอร์ฟลิปฟล็อปโหลดข้อมูลจากอินพุต D อย่างไรเมื่อพัลส์นาฬิกาเพิ่มขึ้นในวงจร D-type Master-Slave สิ่งนี้ทำให้อาจารย์พลิกตัว บนขอบที่สอง (ขอบตก) ของพัลส์นาฬิกา สเลฟฟลิปฟล็อปจะโหลดข้อมูลและเปิดสเลฟ
โดยรวมแล้ว การกำหนดค่านี้จะส่งผลให้ฟลิปฟล็อปตัวหนึ่งเปิดอยู่เสมอในขณะที่อีกฟลิปฟล็อปปิดอยู่ โปรดทราบว่าเอาต์พุต Q ของการกำหนดค่าฟลิปฟล็อปมาสเตอร์สเลฟนี้จะจับค่าของ D เมื่อใช้รอบพัลส์นาฬิกาที่สมบูรณ์เท่านั้น วงจรที่สมบูรณ์นี้ควรมีทั้งขอบนำและขอบตกในการกำหนดค่า 0-1-0
Flip Flop ชนิด D สำหรับการแบ่งความถี่
คุณยังสามารถใช้ฟลิปฟล็อปประเภท D เป็นวงจรแบ่งความถี่ได้ เชื่อมต่อเอาต์พุต D flip-flop Q กับอินพุต D โดยตรง ซึ่งจะสร้างระบบป้อนกลับแบบวงปิด สำหรับทุก ๆ สองรอบของพัลส์นาฬิกา บิสเทเบิลจะถูกสลับ
Data Latch ยังทำหน้าที่เป็นตัวแบ่งไบนารีหรือตัวแบ่งความถี่ได้อีกด้วย ซึ่งจะส่งผลให้เกิดการสร้างวงจรตัวนับหารด้วย 2 ซึ่งหมายความว่าความถี่เอาต์พุตจะลดลงครึ่งหนึ่งเมื่อเทียบกับความถี่พัลส์นาฬิกา
รวมถึงระบบฟีดแบ็คลูปรอบๆ ฟลิปฟล็อปประเภท D คุณยังสามารถสร้างวงจรฟลิปฟล็อปประเภทต่างๆ ได้ เช่น ฟลิปฟล็อปชนิด T หรือที่เรียกว่าฟลิปฟล็อป bistable ชนิด T ฟลิปฟล็อปชนิด T นี้ในตัวนับไบนารีสามารถทำงานได้เหมือนวงจรหารด้วยสองดังที่แสดงด้านล่าง
จากรูปคลื่นข้างต้น เราสามารถสรุปได้ว่าเมื่อเอาท์พุต Q ได้รับการป้อนกลับไปยังเทอร์มินัลอินพุต D ความถี่ของพัลส์เอาท์พุตที่ Q จะเท่ากับครึ่งหนึ่ง (ƒ/2) ของความถี่สัญญาณนาฬิกาอินพุต (ƒ ใน ). กล่าวอีกนัยหนึ่ง วงจรนี้บรรลุการแบ่งความถี่โดยการหารความถี่อินพุตด้วยปัจจัยสอง Q ไปที่ 1 ทุกๆ สองรอบสัญญาณนาฬิกา
D Flip Flops เป็นสลักข้อมูล
D flip-flop พร้อมกับการแบ่งความถี่สามารถทำหน้าที่เป็น Data Latches ได้เช่นกัน Data Latch คืออุปกรณ์ที่ทำงานเพื่อเก็บรักษาหรือเรียกคืนข้อมูลที่มีอยู่ในอินพุต จริงๆ แล้วมันทำงานเป็นอุปกรณ์หน่วยความจำบิตเดียว คุณสามารถค้นหาไอซีได้อย่างง่ายดายเช่น ทีทีแอล 74LS74 หรือ ซีมอส 4042 ในรูปแบบรูปสี่เหลี่ยม ไอซีเหล่านี้ได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อจุดประสงค์ในการล็อคข้อมูล
หากต้องการสร้างสลักข้อมูล 4 บิต ให้เชื่อมต่อสลักข้อมูล 1 บิตทั้งสี่ตัวเข้าด้วยกัน นอกจากนี้ ตรวจสอบให้แน่ใจว่าอินพุตนาฬิกาของสลักข้อมูล 1 บิตเหล่านี้เชื่อมต่อและซิงโครไนซ์กัน ด้านล่างนี้เป็นวงจรสลักข้อมูล 4 บิตที่กำหนด
สลักข้อมูลที่โปร่งใส
ในวงจรอิเล็กทรอนิกส์และวงจรดิจิทัล คุณจะพบกับการใช้งาน Data Latch มากมาย การใช้ Data Latch คุณสามารถจัดการการบัฟเฟอร์ การจัดการพอร์ต I/O การขับบัสแบบสองทิศทาง และการขับจอแสดงผล ได้รับการออกแบบในลักษณะที่ให้ความต้านทานเอาท์พุตที่สูงมากทั้งสองอย่าง ถาม และเอาต์พุตเสริมของมัน ถาม . ซึ่งจะส่งผลให้ลดผลกระทบของอิมพีแดนซ์ในวงจรที่เชื่อมต่ออยู่ให้เหลือน้อยที่สุด
โดยส่วนใหญ่ คุณจะพบว่าสลักข้อมูลขนาด 1 บิตเดียวไม่ได้ใช้กันทั่วไป ไอซีที่มีจำหน่ายในท้องตลาดจะรวมสลักข้อมูลเดี่ยวหลายอัน (4, 8, 10, 16 หรือ 32) ไว้ในแพ็คเกจเดียว ตัวอย่างก็คือ 74LS373 กลอนล็อค โปร่งใส ชนิด D แปดเหลี่ยม
คุณสามารถนึกถึง 74LS373 เป็นอุปกรณ์ที่มีแปด รองเท้าแตะแบบ D-type ข้างในนั้น ฟลิปฟล็อปแต่ละตัวมีการป้อนข้อมูล ดี และเอาต์พุต ถาม . เมื่ออินพุตนาฬิกา (CLK) อยู่ในระดับสูง เอาท์พุตของฟลิปฟล็อปแต่ละตัวจะตรงกับอินพุตข้อมูล ซึ่งหมายความว่าอินพุตข้อมูลมีความโปร่งใสหรือมองเห็นได้กับเอาต์พุต ในสถานะเปิดนี้ เส้นทางจาก ด̅ ป้อนข้อมูลไปที่ ถาม เอาต์พุตมีความโปร่งใส ซึ่งช่วยให้ข้อมูลไหลผ่านได้โดยไม่มีอุปสรรค ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงตั้งชื่อสลักแบบโปร่งใส
ในทางกลับกัน เมื่อสัญญาณนาฬิกาต่ำ สลักจะปิดลง เอาท์พุทที่ ถาม ถูกล็อคไว้ที่ค่าสุดท้ายของข้อมูลที่มีอยู่ก่อนที่สัญญาณนาฬิกาจะเปลี่ยนไป ณ จุดนี้, ถาม จะไม่เปลี่ยนแปลงเพื่อตอบสนองอีกต่อไป ด̅ .
ไอซี Flip-Flop ชนิด D
มี D flip-flop IC หลายประเภทให้เลือกทั้งในแพ็คเกจ TTL และ CMOS 74LS74 เป็นหนึ่งในตัวเลือกที่ใช้กันทั่วไปที่คุณสามารถพิจารณาได้ นี่คือ Dual D flip-flop IC ที่มีบิสเทเบิลประเภท D สองตัวอยู่ภายในชิปตัวเดียว การใช้สิ่งนี้ คุณสามารถสร้างฟลิปฟล็อปสลับแบบเดี่ยวหรือมาสเตอร์สเลฟได้
นอกจากนี้ยังมีวงจร IC ฟลิปฟล็อปประเภท D อื่นๆ ด้วย เช่น 74LS174 HEX D ฟลิปฟล็อปที่มีอินพุตที่ชัดเจนโดยตรง IC ฟลิปฟล็อป D อีกตัวคือฟลิปฟล็อป 74LS175 Quad D พร้อมเอาต์พุตเสริม ฟลิปฟล็อปประเภท 74LS273 Octal D-type มีฟลิปฟล็อปประเภท D ทั้งหมด 8 ตัว รองเท้าแตะทั้งแปดตัวนี้มีอินพุตที่ชัดเจน อินพุตทั้งหมดเหล่านี้เชื่อมต่ออยู่ในแพ็คเกจเดียว
บทสรุป
Flip-Flop ชนิด D สามารถออกแบบได้โดยใช้สลัก SR ทั้งสองแบบจากด้านหลังไปด้านหลัง อินเวอร์เตอร์ยังใช้ระหว่างอินพุต S และ R อีกด้วย สิ่งนี้จะส่งออกอินพุต D (ข้อมูล) เดียว คุณสามารถเพิ่ม SR flip-flop ตัวที่สองให้กับ flip-flop ประเภท D พื้นฐานได้ สิ่งนี้จะปรับปรุงการทำงานของฟลิปฟล็อปประเภท D คุณสามารถเชื่อมต่อฟลิปฟล็อป SR นี้เข้ากับเอาต์พุตของฟลิปฟล็อปประเภท D ได้ โดยจะทำงานเฉพาะเมื่อสัญญาณนาฬิกาอยู่ตรงข้ามกับสัญญาณนาฬิกาเดิมเท่านั้น การกำหนดค่านี้เรียกอีกอย่างว่า Master-Slave D flip-flop
ทั้งสลักแบบ D และฟลิปฟล็อปแบบ D นั้นแตกต่างกัน Latch ไม่มีสัญญาณนาฬิกา ในขณะที่ D-type flip-flop มีสัญญาณนาฬิกา D flip-flop เป็นอุปกรณ์ที่กระตุ้นด้วยขอบ การถ่ายโอนข้อมูลอินพุตถูกควบคุมโดยใช้ขอบนาฬิกาที่เพิ่มขึ้นหรือลดลง ในอีกด้านหนึ่ง Data Latches เช่น data latch และ transparent latch เป็นอุปกรณ์ที่ไวต่อระดับ