Serwis Edukacyjny
w I-LO w Tarnowie
obrazek

Materiały dla uczniów liceum

  Wyjście       Spis treści       Wstecz       Dalej  

Autor artykułu: mgr Jerzy Wałaszek

©2020 mgr Jerzy Wałaszek
I LO w Tarnowie

Bity w elektronice

Przerzutnik RS

SPIS TREŚCI
Podrozdziały

Opis

Przerzutnik RS (od ang. RS flip flop lub SR flip flop - Set Reset - Ustaw, Zeruj) jest najprostszym rodzajem przerzutnika, który można zbudować z dwóch dwu wejściowych bramek NOR lub NAND. Przerzutnik powstaje dzięki sprzężeniu zwrotnemu (ang. feed back) wyjść z wejściami. Sprzężenie zwrotne powoduje, iż przerzutnik utrzymuje ostatni stan wyjść Qn-1 po przejściu stanów logicznych na wejściach w stan neutralny. Poniżej przedstawiamy symulację przerzutnika RS z bramek NAND i NOR.

Przerzutnik SR z bramek NAND   Przerzutnik RS z bramek NOR
S R Q Q
0 1 1 0
1 0 0 1
1 1 Qn-1 Qn-1
0 0 1 1
     
R S Q Q
0 1 1 0
1 0 0 1
0 0 Qn-1 Qn-1
1 1 0 0

W przerzutniku SR zbudowanym z bramek NAND wejścia S i R są aktywne przy stanie 0. Stan 1 jest dla nich stanem neutralnym. Jeśli wejście S przejdzie w stan 0, to wymusi ono stan 1 na wyjściu Q. Przejście wejścia R w stan 0 wymusi stan 0 na wyjściu Q. Powrót wejść S i R do stanu neutralnego nie zmienia stanu logicznego wyjścia Q - przerzutnik zapamiętuje ustawiony stan logiczny. Jeśli oba wejścia S i R znajdą się w stanie niskim 0, będziemy mieli do czynienia ze stanem zabronionym - oba wyjścia Q i Q znajdą się w stanie wysokim 1, co jest sprzeczne z ich definicją. Powrót jednego z wejść S lub R do stanu neutralnego 1 wymusi odpowiedni stan przerzutnika. Problem jednakże pojawi się, jeśli oba wejścia S i R jednocześnie przejdą ze stanu 0 do stanu 1. W takim przypadku stan przerzutnika będzie zależał od wewnętrznych hazardów i wynik jest nieokreślony, tzn. na wyjściu Q może pojawić się zarówno stan 0 jak i stan 1 - nie da się przewidzieć, który z tych stanów ustali się w przerzutniku.

W przerzutniku RS zbudowanym z bramek NOR wejścia R i S są aktywne przy stanie logicznym 1. Stanem neutralnym jest dla nich stan 0. Jeśli wejście S przejdzie w stan 1, to wymusi ono stan 1 na wyjściu Q. Podobnie stan 1 na wejściu R wymusza stan 0 na wyjściu Q. Stanem zabronionym jest stan 1 na obu wejściach R i S przerzutnika. W takim przypadku oba wyjścia Q i Q przechodzą w stan 0. Jeśli teraz wejścia S i R przejdą jednocześnie w stan neutralny 0, to wynikowy stan wyjścia Q jest nieokreślony - może być równy 1 lub 0 w zależności od wewnętrznych hazardów w sieci logicznej przerzutnika, nie daje się przewidzieć.

Przerzutniki RS często są stosowane do odczytu stanu przełączników mechanicznych. Przełączniki te mają taką własność, iż w momencie przełączenia styki często wykonują drgania sprężyste, co powoduje powstawanie serii krótkich impulsów napięciowych, które mogą być szkodliwe dla układów cyfrowych:

obrazek

Rozwiązaniem jest zastosowanie przerzutnika SR z bramek NAND.

obrazek

Drgania styków nie przeniosą się na wyjście, ponieważ sygnał wejściowy S lub R ustawi odpowiednio stan Y i ewentualne zmiany tego sygnału nie spowodują już zmiany poziomu logicznego wyjścia Y.

Na początek:  podrozdziału   strony 

Synchroniczny przerzutnik RS

Jednym ze sposobów zapobiegania hazardom w sieciach cyfrowych jest zastosowanie taktowania. Polega ono na tym, iż funkcje przełączające są sterowane dodatkowym sygnałem cyfrowym, zwanym sygnałem zegarowym lub taktem (ang. clock signal) . Sygnał taktowania dociera jednocześnie do poszczególnych elementów sieci cyfrowej i umożliwia ich synchronizację - czyli jednoczesne, skoordynowane działanie.

Poniżej prezentujemy synchroniczny przerzutnik RS wyposażony w dodatkowe wejście zegarowe C (ang. Clock).

Jeśli na wejściu zegarowym panuje stan niski, to wejścia R i S są odseparowane od przerzutnika. Zatem wszelkie zmiany ich stanów nie wpływają na stan wyjść przerzutnika. Pojawienie się stanu wysokiego na wejściu C odblokowuje wejścia R i S. Teraz stan wyjściowy przerzutnika może się zmieniać zgodnie z funkcjami sygnałów wejściowych R i S.

Synchroniczny przerzutnik RS z bramek NAND
obrazek
S R C Q Q
X X 0 Qn-1 Qn-1
0 0 X Qn-1 Qn-1
1 0 1 1 0
0 1 1 0 1
1 1 1 1 1

Przeanalizujmy działanie przedstawionego układu.

Na początek:  podrozdziału   strony 

Przerzutnik RS wyzwalany zboczem sygnału zegarowego

Zwróć uwagę, iż w poprzednim rozwiązaniu wejścia S i R mogły oddziaływać na stan przerzutnika przez cały czas, gdy sygnał zegarowy był w stanie wysokim. Czasami jest to niepożądane. W takich przypadkach stosuje się przerzutniki wyzwalane zboczem sygnału zegarowego. Oznacza to, iż stan wyjść przerzutnika zmienia się zgodnie z jego definicją sygnałów sterujących tylko w krótkiej chwili, gdy sygnał zegarowy zmienia swój poziom, np. z 0 na 1 lub z 1 na 0. Unika się w ten sposób zakłóceń w pracy układów cyfrowych, które mogą wystąpić ze względu na hazardy pomiędzy zboczami sygnału zegarowego.

Aby uzyskać taki sposób działania stosujemy dwa synchroniczne przerzutniki SR połączone następująco:

Synchroniczny przerzutnik RS Master-Slave
obrazek
S R C Q Q
X X 0 Qn-1 Qn-1
X X 1 Qn-1 Qn-1
0 0 X Qn-1 Qn-1
1 0 1→0 1 0
0 1 1→0 0 1
1 1 1→0 ? ?

Pierwszy przerzutnik nazwano Master (ang. pan, władca). Jego zadaniem jest sterowanie drugim przerzutnikiem zwanym Slave (ang. niewolnik, sługa). Zwróć uwagę, iż do przerzutnika Slave dociera zanegowany sygnał zegarowy poprzez bramkę NOT. Dzięki temu w danym momencie zawsze aktywny jest tylko jeden z przerzutników:

Przeanalizujmy pracę tego układu.

Na początek:  podrozdziału   strony 

Oznaczenia wejść zegarowych przerzutników

Przerzutniki mogą być wyzwalane (zmieniać swój stan w zależności od stanu wejść sterujących) na dwa podstawowe sposoby:

Ponieważ informacja o sposobie wyzwalania przerzutnika jest bardzo istotna dla projektanta układów cyfrowych, na schematach stosuje się następujące oznaczenia wejść zegarowych:

obrazek wyzwalanie poziomem 1
obrazek wyzwalanie poziomem 0
obrazek wyzwalanie zboczem dodatnim: 0 → 1
obrazek wyzwalanie zboczem ujemnym: 1 → 0

Kółeczko na wejściu oznacza reagowanie wejścia na stan niski. Znak kąta oznacza, iż wejście reaguje na zbocze sygnału zegarowego. Brak tego oznaczenia sugeruje, iż przerzutnik jest wyzwalany poziomem logicznym na wejściu zegarowym.

Na początek:  podrozdziału   strony 

Zespół Przedmiotowy
Chemii-Fizyki-Informatyki

w I Liceum Ogólnokształcącym
im. Kazimierza Brodzińskiego
w Tarnowie
ul. Piłsudskiego 4
©2020 mgr Jerzy Wałaszek

Materiały tylko do użytku dydaktycznego. Ich kopiowanie i powielanie jest dozwolone
pod warunkiem podania źródła oraz niepobierania za to pieniędzy.

Pytania proszę przesyłać na adres email: i-lo@eduinf.waw.pl

Serwis wykorzystuje pliki cookies. Jeśli nie chcesz ich otrzymywać, zablokuj je w swojej przeglądarce.
Informacje dodatkowe.