Dép xỏ ngón được sử dụng để lưu trữ dữ liệu và kiểm soát luồng thông tin trong máy tính và thiết bị liên lạc. Không giống như flip-flop, chốt có thể thay đổi đầu ra khi một đầu vào nhất định được kích hoạt. Cả chốt và flip-flop đều khác nhau. Một chốt nhạy cảm với mức độ, trong khi flip-flop nhạy cảm với cạnh.
Bạn có thể so sánh chốt và flip-flop bằng cách xem cách chúng phản ứng với tín hiệu đầu vào. Một chốt thay đổi đầu ra của nó theo mức tín hiệu đầu vào. Tín hiệu ở đầu vào sẽ cao hoặc thấp. Flip-flop thay đổi đầu ra của nó theo sự chuyển đổi của tín hiệu đầu vào. Điều này có nghĩa là thay vì cao và thấp, tín hiệu đầu vào sẽ tăng hoặc giảm.
Dép xỏ ngón có nhiều loại khác nhau như SR, JK, D và T Flip-Flop. Bài viết này sẽ thảo luận chi tiết về flip-flop loại D. Bạn có thể thiết kế flip-flop loại D bằng flip-flop SR. Cổng NOT được kết nối giữa đầu vào S và R của flip-flop loại D và cả hai đầu vào này được gắn với nhau. Bạn có thể sử dụng flip-flop loại D thay cho flip-flop SR, đối với cấu hình này, bạn chỉ cần trạng thái SET và RESET.
Phác thảo nhanh:
- Flip-Flop loại D là gì?
- Mạch Flip-Flop loại D
- Sơ đồ thời gian
- Bảng chân lý cho Flip-Flop loại D
- Cấu hình Master-Slave của Flip Flop loại D
- Mạch Flip-Flop loại D Master-Slave
- Flip Flop loại D để phân chia tần số
- D Dép xỏ ngón làm chốt dữ liệu
- Chốt dữ liệu trong suốt
- IC Flip-Flop loại D
- Phần kết luận
Flip-Flop loại D là gì?
Flip-flop loại D (Delay flip-flop) là một phần tử mạch kỹ thuật số có xung nhịp có hai trạng thái ổn định. Loại flip-flop này sử dụng độ trễ một chu kỳ đồng hồ ở đầu vào của nó. Do đó, bạn có thể kết nối nhiều flip-flop loại D theo tầng để tạo ra các mạch trễ. Dép xỏ ngón loại D có nhiều ứng dụng khác nhau, đặc biệt là trong hệ thống truyền hình kỹ thuật số.
Mạch Flip-Flop loại D
Flip-Flop loại D đơn giản chứa bốn đầu vào và hai đầu ra. Những đầu vào này là:
1. Dữ liệu
2. Đồng hồ
3. Đặt
4. Đặt lại
Hai đầu ra của flip-flop loại D nghịch đảo nhau về mặt logic. Dữ liệu đầu vào có thể là logic 0 (điện áp thấp) hoặc logic 1 (điện áp cao). Tín hiệu đầu vào đồng hồ sẽ đồng bộ hóa flip-flop với tín hiệu bên ngoài. Hai đầu vào được đặt và đặt lại được giữ ở mức logic thấp. Flip-flop loại D có hai trạng thái có thể xảy ra. Khi đầu vào dữ liệu (D) của flip-flop bằng 0, nó sẽ đặt lại flip-flop và dẫn đến đầu ra là 0. Khi dữ liệu đầu vào (D) bằng 1, nó sẽ đặt flip-flop và dẫn đến kết quả là đầu ra của 1.
Điều quan trọng cần lưu ý là flip-flop loại D khác với chốt loại D. Chốt loại D không yêu cầu tín hiệu đồng hồ, nhưng flip-flop loại D yêu cầu tín hiệu đồng hồ để thay đổi trạng thái của nó.
Bạn có thể tạo một flip-flop loại D bằng một cặp chốt SR. Một kết nối đảo ngược cũng cần thiết cho một đầu vào dữ liệu duy nhất giữa đầu vào S và R. Đầu vào S và R không thể đồng thời cao hoặc thấp. Một điểm nổi bật chính của flip-flop loại D là nó có thể tạo ra một chốt, có thể lưu trữ và lưu giữ thông tin dữ liệu. Bạn có thể sử dụng thuộc tính chốt này của flip-flop loại D để tạo mạch trễ và xử lý dữ liệu khi cần. Flip-flop loại D chủ yếu được sử dụng trong các bộ chia tần số và chốt dữ liệu.
Sơ đồ thời gian
Hãy chia nhỏ sơ đồ thời gian từ trái sang phải:
- Khi bắt đầu sơ đồ thời gian, Q ban đầu là THẤP. Khi SET nhanh chóng lên CAO, Q trở nên CAO và vẫn ở mức CAO. Mặt khác, khi RESET lên mức CAO trong thời gian ngắn, Q trở thành THẤP và duy trì ở mức THẤP.
- Những thay đổi về DỮ LIỆU từ THẤP lên CAO không ảnh hưởng đến Q . Đầu ra không phản hồi với những thay đổi của DATA. Ở cạnh lên của xung đồng hồ đầu tiên, vì DATA ở mức CAO, Q trở nên CAO. Mặc dù DỮ LIỆU đang trong giây lát chuyển về THẤP và sau đó trở lại CAO. Tất cả điều này không ảnh hưởng đến Q . Ở cạnh lên của xung đồng hồ thứ hai, DỮ LIỆU vẫn ở mức CAO và Q cũng vẫn ở mức CAO.
- Di chuyển đến cạnh lên của xung đồng hồ thứ ba, khi DATA ở mức THẤP, Q trở nên THẤP. Trong xung đồng hồ thứ tư và thứ năm, trong đó DỮ LIỆU vẫn ở mức THẤP, Q cũng vẫn ở mức THẤP trên mỗi cạnh tăng. Cuối cùng, khi cạnh tăng xuất hiện, DỮ LIỆU ở mức CAO và Q cũng lên mức CAO.
Lưu ý rằng Q̅ luôn ngược lại với Q . Đầu vào SET có thể làm đầu ra CAO bất cứ lúc nào. Tương tự, bạn có thể sử dụng đầu vào RESET để chuyển đầu ra THẤP bất cứ khi nào bạn muốn.
Bảng chân lý cho Flip-Flop loại D
Các đặc tính flip-flop loại D có thể được viết bằng bảng chân lý D flip-flop. Bên trong bảng chân trị, chúng ta có thể thấy rằng chúng ta có một đầu vào là D. Tương tự, chúng ta chỉ có một đầu ra là Q(n+1).
| CLK | D | Q(n+1) | Tình trạng |
| – | 0 | 0 | CÀI LẠI |
| – | 1 | 1 | BỘ |
Trong bảng đặc tính của flip-flop loại D, chúng ta có hai đầu vào là D và Qn. Bảng đặc tính có một đầu ra Q(n+1).
Từ sơ đồ logic loại D, chúng ta có thể kết luận rằng Qn và Qn’ là hai đầu ra bổ sung cho nhau. Hai đầu ra này cũng đóng vai trò là đầu vào cho Cổng 3 và Cổng 4. Vì vậy Qn là trạng thái hiện tại của flip-flop sẽ được coi là đầu vào và Q(n+1) là trạng thái tiếp theo của flip-flop sẽ được coi là đầu ra.
| D | Qn | Q(n+1) |
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 |
Sử dụng bảng đặc tính của flip-flop loại D, chúng ta có thể viết biểu thức Boolean K-map từ bản đồ K 2 biến.
Cấu hình Master-Slave của Flip Flop loại D
Để cải thiện hoạt động của flip-flop loại D, chúng ta có thể thêm flip-flop SR thứ hai vào cuối đầu ra flip-flop loại D. Điều này sẽ dẫn đến việc kích hoạt tín hiệu đồng hồ bổ sung từ đầu ra của flip-flop loại D. Kết quả là một flip-flop loại D Master-Slave sẽ được hình thành. Khi cạnh đầu (Thấp đến Cao) của tín hiệu đồng hồ xuất hiện, điều kiện đầu vào ở flip-flop chính sẽ được chốt. Trong khi đầu ra của flip-flop loại D chính sẽ bị vô hiệu hóa.
Tương tự, khi cạnh cuối hoặc cạnh xuống (Cao xuống Thấp) của tín hiệu đồng hồ đến, nô lệ giai đoạn thứ hai sẽ được kích hoạt. Khi xung đồng hồ chuyển từ cao xuống thấp (trong xung âm), đầu ra sẽ thay đổi. Bạn có thể thiết kế dép xỏ ngón loại D Master-Slave bằng cách xếp tầng hai chốt, cả hai đều có pha xung nhịp ngược nhau.
Mạch Flip-Flop loại D Master-Slave
Vì vậy, từ mạch Master-Slave loại D, bạn có thể thấy cách flip-flop chính tải dữ liệu từ đầu vào D khi xung đồng hồ tăng trong mạch Master-Slave loại D. Điều này làm cho chủ bật lên. Ở cạnh thứ hai (cạnh xuống) của xung đồng hồ, flip-flop phụ sẽ tải dữ liệu và BẬT phụ.
Nhìn chung, cấu hình này sẽ dẫn đến một flip-flop luôn BẬT trong khi cái còn lại TẮT. Lưu ý rằng đầu ra Q của cấu hình flip-flop chủ-phụ này sẽ chỉ thu được giá trị của D khi áp dụng một chu kỳ xung đồng hồ hoàn chỉnh. Chu trình hoàn chỉnh này phải chứa cạnh đầu cũng như cạnh xuống trong cấu hình 0-1-0.
Flip Flop loại D để phân chia tần số
Bạn cũng có thể sử dụng flip-flop loại D làm mạch chia tần số. Kết nối trực tiếp đầu ra Q của flip-flop D với đầu vào D. Điều này sẽ tạo ra một hệ thống phản hồi vòng kín. Cứ sau hai chu kỳ xung đồng hồ, bộ ổn định bistable sẽ được bật.
Chốt dữ liệu cũng có thể hoạt động như Bộ chia nhị phân hoặc Bộ chia tần số. Điều này sẽ dẫn đến việc tạo ra một mạch đếm chia cho 2. Điều này có nghĩa là tần số đầu ra giảm một nửa so với tần số xung đồng hồ.
Bao gồm hệ thống vòng phản hồi xung quanh flip-flop loại D, bạn cũng có thể tạo các loại mạch flip-flop khác nhau chẳng hạn như flip-flop loại T còn được gọi là flip-flop loại T. Flip-flop loại T này trong bộ đếm nhị phân có thể hoạt động giống như mạch chia hai, như minh họa bên dưới.
Từ dạng sóng trên, chúng ta có thể kết luận rằng khi đầu ra Q được cung cấp dưới dạng phản hồi cho đầu vào D, tần số của các xung đầu ra tại Q sẽ chính xác bằng một nửa (ƒ/2) tần số xung nhịp đầu vào (ƒ) TRONG ). Nói cách khác, mạch này đạt được sự phân chia tần số bằng cách chia tần số đầu vào cho hệ số hai. Q lên 1 cứ hai chu kỳ đồng hồ một lần.
D Dép xỏ ngón làm chốt dữ liệu
D flip-flop cùng với việc phân chia tần số cũng có thể hoạt động như Chốt dữ liệu. Chốt dữ liệu là một thiết bị hoạt động để giữ lại hoặc gọi lại dữ liệu có trên đầu vào của nó. Nó thực sự hoạt động như một thiết bị bộ nhớ một bit. Bạn có thể dễ dàng tìm thấy các IC như TTL 74LS74 hoặc là CMOS 4042 ở định dạng Quad. Các IC này được thiết kế đặc biệt cho mục đích chốt dữ liệu.
Để xây dựng chốt dữ liệu 4 bit, hãy kết nối bốn chốt dữ liệu 1 bit với nhau. Ngoài ra, hãy đảm bảo đầu vào đồng hồ của tất cả các chốt dữ liệu 1 bit này được kết nối và đồng bộ hóa. Dưới đây là mạch chốt dữ liệu 4 bit nhất định.
Chốt dữ liệu minh bạch
Trong mạch điện tử và kỹ thuật số, bạn sẽ tìm thấy vô số ứng dụng của Data Latch. Bằng cách sử dụng Data Latch, bạn có thể quản lý bộ nhớ đệm, quản lý cổng I/O, điều khiển bus hai chiều và điều khiển màn hình. Nó được thiết kế theo cách mang lại cho bạn trở kháng đầu ra rất cao ở cả hai yếu tố Q và đầu ra bổ sung của nó Q̅ . Điều này sẽ giúp giảm thiểu hiệu ứng trở kháng trên các mạch được kết nối.
Trong hầu hết các trường hợp, bạn sẽ thấy rằng các chốt dữ liệu 1 bit không được sử dụng phổ biến. Các IC có bán trên thị trường tích hợp nhiều chốt dữ liệu riêng lẻ (4, 8, 10, 16 hoặc 32) vào một gói duy nhất. Một ví dụ là 74LS373 Chốt trong suốt loại D hình bát phân.
Bạn có thể nghĩ về 74LS373 như một thiết bị có tám Dép xỏ ngón loại D bên trong nó. Mỗi flip-flop có một đầu vào dữ liệu D và một đầu ra Q . Khi đầu vào đồng hồ (CLK) ở mức CAO, đầu ra của mỗi flip-flop sẽ khớp với đầu vào dữ liệu. Điều này có nghĩa là dữ liệu đầu vào trong suốt hoặc hiển thị với đầu ra. Ở trạng thái mở này, đường đi từ D̅ nhập vào Q̅ đầu ra là minh bạch. Điều này cho phép dữ liệu truyền qua không bị cản trở, đó là lý do tại sao có tên là chốt trong suốt.
Mặt khác, khi tín hiệu đồng hồ ở mức THẤP, chốt sẽ đóng lại. Đầu ra tại Q̅ được chốt ở giá trị cuối cùng của dữ liệu hiện tại trước khi tín hiệu đồng hồ thay đổi. Tại thời điểm này, Q̅ không còn thay đổi để đáp ứng với D̅ .
IC Flip-Flop loại D
Có nhiều loại IC flip-flop D khác nhau có sẵn trong cả gói TTL và CMOS. 74LS74 là một trong những lựa chọn được sử dụng phổ biến mà bạn có thể cân nhắc. Đây là IC flip-flop Dual D chứa hai bộ ổn định loại D riêng lẻ trong một chip đơn. Bằng cách sử dụng điều này, bạn có thể tạo một flip-flop chuyển đổi đơn hoặc master-slave.
Ngoài ra còn có một số mạch IC flip-flop loại D khác, như flip-flop 74LS174 HEX D với đầu vào rõ ràng trực tiếp. Một IC flip-flop D khác là flip-flop 74LS175 Quad D với các đầu ra bổ sung. Flip-flop loại D 74LS273 Octal có tổng cộng 8 flip-flop loại D. Tất cả tám flip-flop này đều có đầu vào rõ ràng. Tất cả các đầu vào này được kết nối trong một gói duy nhất.
Phần kết luận
Flip-Flop loại D có thể được thiết kế bằng cách sử dụng hai chốt SR tựa lưng. Một biến tần cũng được sử dụng giữa đầu vào S và R. Điều này sẽ xuất ra một đầu vào D (dữ liệu). Bạn có thể thêm flip-flop SR thứ hai vào flip-flop loại D cơ bản. Điều này sẽ cải thiện hoạt động của flip-flop loại D. Bạn có thể kết nối flip-flop SR này với đầu ra của flip-flop loại D. Nó sẽ chỉ hoạt động khi tín hiệu đồng hồ ngược với tín hiệu ban đầu. Cấu hình này còn được gọi là flip-flop Master-Slave D.
Cả chốt loại D và flip-flop loại D đều khác nhau. Latch không có tín hiệu đồng hồ, trong khi flip-flop loại D chứa tín hiệu đồng hồ. Flip-flop D là một thiết bị kích hoạt cạnh. Việc truyền dữ liệu đầu vào được điều khiển bằng cách sử dụng cạnh đồng hồ tăng hoặc giảm. Mặt khác, Chốt dữ liệu, giống như chốt dữ liệu và chốt trong suốt, là những thiết bị nhạy cảm với mức độ.