Λύσεις — Άσκηση 13η · Flip-flops (D, J-K, T) (σελ. 37-39) – ΨΗΦΙΑΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ – ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ

ΨΗΦΙΑΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ – ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ Β’ ΕΠΑΛ ΨΗΦΙΑΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ – ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ – ΛΥΣΕΙΣ – ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ Ασκήσεων Σχολικού Βιβλίου Λύσεις — Άσκηση 13η · Flip-flops (D, J-K, T) (σελ. 37-39) – ΨΗΦΙΑΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ – ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ

Λύσεις — Άσκηση 13η · Flip-flops (D, J-K, T) (σελ. 37-39)

D flip-flop (Q=D) και J-K flip-flop (HOLD/RESET/SET/TOGGLE) με τους χαρακτηριστικούς πίνακες, ασύγχρονες είσοδοι PRESET/CLEAR και κατασκευή T flip-flop από J-K.

D flip-flop — χαρακτηριστικός πίνακας

Ζητούμενο: 6. Να δώσετε διαδοχικά όλες τις δυνατές λογικές καταστάσεις στην είσοδο D. Εφαρμόζοντας παλμούς στην είσοδο CLK να διατυπώσετε το συμπέρασμά σας για τη συμπεριφορά της εξόδου Q παρατηρώντας το LED (αναμμένο=«1» ή σβηστό=«0»). Να συμπληρώσετε τον Πίνακα Ε.13.1 που είναι ο Χαρακτηριστικός Πίνακας του D flip-flop.

Πώς σκεφτόμαστε: Το D flip-flop αντιγράφει την είσοδο D στην έξοδο Q στην ακμή του ρολογιού: Q=D.

Λύση:

D=0 (με παλμό CLK) → Q=0.
D=1 (με παλμό CLK) → Q=1.
Συμπέρασμα: η έξοδος Q ακολουθεί (αντιγράφει) την είσοδο D κάθε φορά που έρχεται παλμός ρολογιού.

Απάντηση: D flip-flop: D=0→Q=0, D=1→Q=1 (Q=D). Αποθηκεύει το bit της D στην ακμή του ρολογιού.

Πρόσεξε:

Το D-FF είναι το απλούστερο «κελί μνήμης» — κρατά ένα bit.
Η αλλαγή γίνεται ΜΟΝΟ στην ακμή του CLK (σύγχρονο).

J-K flip-flop — χαρακτηριστικός πίνακας

Ζητούμενο: 6. Να δώσετε διαδοχικά όλες τις δυνατές λογικές καταστάσεις στις εισόδους J και Κ. Εφαρμόζοντας παλμούς στην είσοδο CLK να διατυπώσετε το συμπέρασμά σας για τη συμπεριφορά της εξόδου Q παρατηρώντας το LED (αναμμένο=«1» ή σβηστό=«0»). Να συμπληρώσετε τον Πίνακα Ε.13.2 που είναι ο Χαρακτηριστικός Πίνακας του J-K flip flop.

Πώς σκεφτόμαστε: Το J-K καλύπτει όλες τις λειτουργίες: HOLD, RESET, SET, TOGGLE, ανάλογα με τα J,K, στην ακμή του ρολογιού.

Λύση:

J=0,K=0 → Q=Q₀ (HOLD, αμετάβλητο).
J=0,K=1 → Q=0 (RESET).
J=1,K=0 → Q=1 (SET).
J=1,K=1 → Q=Q̄₀ (TOGGLE — αντιστρέφεται σε κάθε παλμό).

Απάντηση: J-K: 00→HOLD, 01→Q=0, 10→Q=1, 11→TOGGLE (αντιστροφή). Το πιο ευέλικτο flip-flop.

Πρόσεξε:

Η TOGGLE (J=K=1) είναι μοναδική του J-K — βασική για απαριθμητές.
Το J-K δεν έχει «απαγορευμένη» κατάσταση (σε αντίθεση με το SR).

Ασύγχρονες είσοδοι PRESET ΚΑΙ CLEAR

Ζητούμενο: 7. Εφαρμόζοντας παλμούς στην είσοδο CLK να παρατηρήσετε αν μεταβάλλεται η κατάσταση της εξόδου Q στις ακόλουθες περιπτώσεις: – η είσοδος PR (PRESET) είναι ενεργοποιημένη και η είσοδος CLR (CLEAR) είναι απενεργοποιημένη – η είσοδος CLR (CLEAR) είναι ενεργοποιημένη και η είσοδος PR (PRESET) είναι απενεργοποιημένη. Ποια είναι η λειτουργία των ασύγχρονων εισόδων PRESET και CLEAR του flip-flop;

Πώς σκεφτόμαστε: Οι PRESET/CLEAR είναι ασύγχρονες: επενεργούν αμέσως και υπερισχύουν του ρολογιού.

Λύση:

α) PR ενεργό → Q=1 αμέσως, ανεξάρτητα από το CLK (οι παλμοί δεν αλλάζουν την Q).
β) CLR ενεργό → Q=0 αμέσως, ανεξάρτητα από το CLK.
Λειτουργία: οι PR/CLR θέτουν/μηδενίζουν την έξοδο άμεσα (ασύγχρονα), παρακάμπτοντας το ρολόι και τις σύγχρονες εισόδους.

Απάντηση: PR ενεργό → Q=1, CLR ενεργό → Q=0, αμέσως (ασύγχρονα), ανεξάρτητα από το ρολόι. Υπερισχύουν των σύγχρονων εισόδων.

Πρόσεξε:

Ασύγχρονο = δρα ΑΜΕΣΩΣ, όχι στην ακμή του ρολογιού.
PR και CLR δεν πρέπει να είναι ταυτόχρονα ενεργά.
Είναι ενεργές-LOW (κυκλάκι στο pin).

Κατασκευή T flip-flop από J-K

Ζητούμενο: 8. Να κατασκευάσετε ένα Τ flip-flop χρησιμοποιώντας ένα J-K flip-flop και να ελέγξετε τη λειτουργία του.

Πώς σκεφτόμαστε: Ενώνουμε J=K=T. Τότε T=0 δίνει HOLD και T=1 δίνει TOGGLE.

Λύση:

Συνδέουμε J=K=T (κοινή είσοδος T).
T=0 → J=K=0 → HOLD (Q αμετάβλητο).
T=1 → J=K=1 → TOGGLE (Q αντιστρέφεται σε κάθε παλμό).
Έλεγχος: με T=1 και συνεχείς παλμούς, η Q εναλλάσσεται 0→1→0→1 — αλλάζει σε κάθε παλμό, άρα ολοκληρώνει μία περίοδο ανά δύο παλμούς (διαίρεση συχνότητας ÷2).

Απάντηση: T flip-flop: J=K=T. T=0→HOLD, T=1→TOGGLE. Διαιρεί τη συχνότητα του ρολογιού διά 2.

Πρόσεξε: