NAND-Gate-S-R-Flip-Flop

TEILE UND MATERIALIEN

• 4011 Quad-NAND-Gatter (Radio Shack Katalog Nr. 276-2411)
• 4001 Quad-NOR-Gatter (Radio Shack Katalog # 276-2401)
• DIP-Schalter mit acht Positionen (Radio Shack Katalog # 275-1301)
• Zehn-Segment-Balkendiagramm-LED (Radio Shack Katalog # 276-081)
• Eine 6-Volt-Batterie
• Drei 10 kΩ Widerstände
• Zwei 470--Widerstände

Achtung! Der 4011 IC ist CMOS und daher empfindlich gegenüber statischer Elektrizität! Obwohl die Stückliste eine Zehn-Segment-LED-Einheit fordert, zeigt die Abbildung stattdessen zwei einzelne LEDs. Dies liegt an fehlendem Platz auf meinem Steckbrett, um die Schalterbaugruppe, zwei integrierte Schaltkreise und das Balkendiagramm zu montieren.

Wenn Sie Platz auf Ihrem Steckbrett haben, können Sie das Balkendiagramm wie in der Stückliste gefordert und in früheren Verriegelungsschaltungen gezeigt verwenden.

QUERVERWEISE

Lektionen in Stromkreisen , Band 4, Kapitel 3:„Logische Gatter“

Lektionen in Stromkreisen , Band 4, Kapitel 10:„Multivibratoren“

LERNZIELE

• Der Unterschied zwischen einem Gate-Latch und einem Flip-Flop
• Wie man eine „Impulsdetektor“-Schaltung baut
• Lernen Sie die Auswirkungen des „Abprallens“ von Schaltkontakten auf digitale Schaltkreise

SCHEMATISCHES DIAGRAMM

ILLUSTRATION

ANLEITUNG

Der einzige Unterschied zwischen einem gated (oder aktiviert ) Latch und ein Flip-Flop ist, dass ein Flip-Flop nur bei steigender oder fallender Flanke aktiviert wird eines „Takt“-Signals statt für die gesamte Dauer eines „hohen“ Freigabesignals.

Um einen aktivierten Latch in ein Flip-Flop umzuwandeln, muss lediglich eine „Impulsdetektor“-Schaltung zum Enable-Eingang hinzugefügt werden, damit die Flanke eines Taktimpulses einen kurzen „High“-Enable-Impuls erzeugt:

Das einzelne NOR-Gatter und drei Inverter-Gatter erzeugen diesen Effekt, indem sie die Laufzeitverzögerung mehrerer kaskadierter Gatter ausnutzen. In diesem Experiment verwende ich drei NOR-Gatter mit parallelen Eingängen, um drei Inverter zu erstellen, also alle vier NOR-Gatter einer integrierten 4001-Schaltung:

Normalerweise würde bei Verwendung eines NOR-Gatters als Inverter ein Eingang geerdet, während der andere als Invertereingang fungiert, um die Eingangskapazität zu minimieren und die Geschwindigkeit zu erhöhen. Hier ist jedoch eine langsame Reaktion erwünscht , und so parallelisiere ich die NOR-Eingänge, um Inverter zu machen, anstatt die konventionellere Methode zu verwenden.

Bitte beachten Sie, dass diese spezielle Impulsdetektorschaltung bei jeder fallenden Flanke einen „High“-Ausgangsimpuls erzeugt des Taktsignals (Eingangssignal). Dies bedeutet, dass die Flip-Flop-Schaltung nur dann auf die Eingangszustände Set und Reset reagieren sollte, wenn der mittlere Schalter von „on“ auf „off“ und nicht von „off“ auf „on“ bewegt wird.

Wenn Sie diese Schaltung aufbauen, werden Sie jedoch möglicherweise feststellen, dass die Ausgänge während beide . auf Set- und Reset-Eingangssignale reagieren Übergänge des Clock-Eingangs, nicht nur beim Umschalten von einem „High“-Zustand in einen „Low“-Zustand.

Der Grund dafür ist Kontakt Bounce :die Wirkung eines mechanischen Schalters, der beim ersten Schließen seiner Kontakte aufgrund der elastischen Kollision der Metallkontaktflächen schnell ein- und ausschaltet. Anstatt dass der Clock-Schalter beim Schließen einen einzelnen, sauberen Signalübergang von Low zu High erzeugt, wird es höchstwahrscheinlich mehrere Low-High-Low-„Zyklen“ geben, wenn die Kontaktpads bei einer Aus-zu-Ein-Betätigung „prellen“.

Der erste durch Prellen verursachte Übergang von High nach Low triggert die Impulsdetektorschaltung, wodurch der S-R-Latch für diesen Moment aktiviert wird, wodurch er auf die Set- und Reset-Eingänge reagiert. Im Idealfall sind Schalter natürlich perfekt und prellfrei. In der realen Welt ist Kontaktprellen jedoch ein sehr häufiges Problem für digitale Gate-Schaltungen, die von Schaltereingängen betrieben werden, und muss gut verstanden werden, wenn es überwunden werden soll.

VERWANDTES ARBEITSBLATT:

• Arbeitsblatt Flip-Flop-Schaltungen