Durch negative Flanken ausgelöste Flip-Flops:Elektronische Grundkenntnisse

Flip-Flops oder Latch-Schaltungen helfen hauptsächlich beim Entwerfen von Registern und Zählern, die Daten in Form einer Mehrbitzahl speichern. Die Registervorrichtungen benötigen jedoch oft viele Flip-Flop-Schaltungen, die sequentiell miteinander verbunden sind. Die sequentiellen Schaltungen müssen dann Auslöseprozesse für einen effektiven Betrieb durchlaufen.

Eine Flip-Flop-Schaltung

Quelle:Wikipedia

Beim Triggern eines Flip-Flops wird das Eingangssignal mit einem Triggerimpuls oder Taktimpuls geändert. Im Gegenzug ändert sich auch der Flip-Flop-Ausgang.

Es gibt mehrere Möglichkeiten, ein Flip-Flop auszulösen, z. B. High-Level, Low-Level und andere. Wir erläutern die Triggerung durch negative Flanken und gehen dann auf die anderen Methoden ein.

1. Flankengetriggerte Flip-Flops

Bevor wir fortfahren, lassen Sie uns einige wichtige Begriffe durchgehen;

Flipflop: Wir verwenden Flip-Flops anstelle von Latch-Schaltungen, nachdem wir eine Multivibratorschaltung an der Übergangsflanke ihrer Rechteckwelle aktiviert haben.

Uhrsignal: Es ist das Freigabesignal.

Flankengetriggerte S-R-Schaltung: Vorzugsweise als S-R-Flip-Flop bezeichnet.

Flankengetriggerte D-Schaltung: vorzugsweise D-Flip-Flops.

D-, J-K- und S-R-Eingänge sind kollektiv synchrone Eingänge. Darüber hinaus treten sie alle in positiv flankengetriggerten und negativ flankengetriggerten Flip-Flops auf. Die Synchronität liegt daran, dass Sie Dateneingänge an der Auslöseflanke eines Taktimpulses an den Ausgang des Flipflops übertragen können.

Ein synchronisierender Eingangszähler

Quelle:Wikipedia

Asynchrone Eingänge (also Clear (CLR) und Direct Set (SET)) ändern den Zustand des Flip-Flops ohne Taktimpulse.

Positive Flanke getriggert (steigende Flanke)

S-R-, J-K- und D-Eingänge bedeuten hier keine Blase am Takteingang.

Verzögerungs-Flip-Flop

Es verfügt über drei SR-NAND-Latches und hält den Ausgang, bis der Taktimpuls beendet ist, um das digitale Signal von niedrig auf hoch zu ändern. Ferner umfasst die Eingangsstufe zwei Latches, während die Ausgangsstufe nur ein Latch hat. Außerdem ist der Dateneingang der Eingangsstufe mit einem einzelnen NAND-Latch verbunden.

Flankengetriggertes D-Flip-Flop

Quelle:Wikipedia

SR-Flip-Flop

Hier ändert sich der Ausgang gegenüber dem Eingang an der +ve-Flanke des Taktimpulses. Die S- und R-Eingänge wirken sich nicht auf den Ausgang aus, wenn Sie keinen Nachlaufvorteil beim Taktimpuls haben. Aber an der positiven/vorderen Flanke der Uhr ist die Flip-Flop-Schaltung aktiv und folgt den Änderungen der R- und S-Eingänge.

Änderungen in einem Taktzyklus umfassen:

• High S und Low R =High-Ausgang an der Vorderflanke/ SET-Flip-Flop.
• Low S und High R =Low-Ausgang an der Vorderflanke/ RESET-Flip-Flop.
• Low S und R =Keine Änderung beim positiven Takt
• S und R hoch =Inakzeptabler Zustand.

S-R-Flip-Flop-Schaltung in positiver Triggerung

J-K-Flip-Flop

Ein flankengetriggertes J-K-Flip-Flop funktioniert ähnlich wie ein S-R-Flip-Flop. Wenn jedoch sowohl der S- als auch der K-Zustand hoch sind, gibt es ein Umschalten des Ausgangs. Die Erzeugung nimmt an der Vorderflanke des Taktimpulses eine entgegengesetzte Form an.

Negative Flankenauslösung (fallende Flanke)

Auslöseschaltung für negative Flanken

Die drei Eingänge in durch negative Flanken getriggerten Flip-Flop-Schaltungen implizieren, dass sich am Takteingang eine Blase befindet.

Flankengetriggertes S-R-Flip-Flop

Die Wahrheitstabelle und der Betrieb eines durch eine negative Flanke getriggerten Geräts ähneln der positiven Triggerung. Der einzige Unterschied besteht darin, dass bei negativer Triggerung die fallende Flanke des Triggerimpulses die fallende Flanke ist.

Sie können die S- und R-Eingänge jederzeit ändern, wenn Sie einen HIGH- oder LOW-Takteingang haben, ohne den Ausgang zu unterbrechen. Eine Ausnahme von der Regel ist, wenn es einen kurzen Zeitraum rund um die Uhr gibt, der den Übergang auslöst.

Flankengetriggerte S-R-Schaltung

Quelle:Wikipedia

Edge-Triggered J-K Flip-Flop

Ein J-K-Flip-Flop funktioniert genauso wie ein S-R-Flip-Flop. Der J-K-Flip-Flop-Schaltung fehlt jedoch ein ungültiger Zustand. Wenn Sie dann sowohl die K- als auch die J-Eingänge in einem hohen Zustand haben, schalten die Ausgänge in einen entgegengesetzten Zustand (Umschalten).

Flankengetriggertes D-Flip-Flop (Verzögerung/Daten)

Ein D-Flip-Flop hat einen einfachen Betrieb, und das liegt daran, dass es nur einen einzigen Eingang zusätzlich zu seinem negativen Taktimpuls hat. Es ist oft empfehlenswert, wenn Sie ein einzelnes Datenbit (d. h. 0 oder 1) speichern müssen.

Wenn nach dem Anlegen eines Taktimpulses ein HIGH-D-Eingang vorhanden ist, setzt sich das Flip-Flop automatisch und speichert dann eine 1. Wenn umgekehrt nach dem Anlegen eines Taktimpulses ein LOW-D-Eingang vorhanden ist, wird die Flip-Flop-Schaltung zurückgesetzt und hält dann eine 0.

Flankengetriggerte D-Flip-Flop-Schaltung

Quelle:Wikipedia

2. Warum verwenden wir negative Flankentriggerung?

Das Triggern mit negativer Flanke ist vorzuziehen, da es nur Operationen entlädt und zu mehr Energieeinsparung beiträgt. Im Gegensatz dazu lädt eine positive Flankentriggerung nur die Kapazität auf.

Darüber hinaus können Sie Glitches vermeiden, die aufgrund von Race-Conditions auftreten, wenn Sie ein durch negative Flanke getriggertes Flip-Flop verwenden. Das häufigste Beispiel für die Glitch-Reduzierung ist die digitale Anwendung von Flip-Flops in FPGA-Schaltungen (Field-Programmable Gate Array). Sie können zusätzlich ein Master-Slave-Flip-Flop verwenden, um Rennen während der Taktperiode zu vermeiden.

3. Prinzip des Taktimpulsübergangs

Eine Taktflanke bewegt sich immer von 0 auf 1, dann von 1 auf 0, wenn Sie ein Signal haben. Daher führt ein einzelner Anruf zu zwei Übergängen.

Eine Bewegung von 0 zu 1 ist der positive Übergang, während 1 zu 0 eine negative Änderung bezeichnet. Eine positive logische Operation mit einem niedrigen bis hohen Wachstum ist die Vorderflanke des Taktsignals. Andererseits ist ein hohes bis niedriges Wachstum die Hinterflanke der Uhr.

Arten von Taktimpulsübergängen

Manchmal können Sie in den Flip-Flops Multi-Transition-Herausforderungen erleben, die die digitalen Schaltungen destabilisieren. Um das Problem zu beseitigen, müssen die Flip-Flops nur auf negative und positive Flankenübergänge reagieren, nicht auf eine ganze Impulsdauer.

4. Flip Flop – Andere Auslösemethoden

High-Level-Triggerung

Wenden Sie im Allgemeinen die High-Level-Triggermethode an, wenn das Flip-Flop in seinem High-Zustand reagieren soll. Sie können den Zustand direkt am Eingang der Uhr erkennen.

High-Level-Triggerung

Negative Flanke ausgelöst: Low-Level-Triggerung

Im Gegensatz dazu ist Low-Level-Triggerung in Low-State-Flip-Flops anwendbar. Abgesehen von der Überprüfung der Takteingangsleitung können Sie auch eine Low-State-Anzeigeblase untersuchen.

Low-Level-Triggerung

Negative Flanke ausgelöst:Positive Flanke ausgelöst

Ein Trigger mit positiver Flanke stellt sicher, dass der Flip-Flow auf einen Übergang von niedrig nach hoch reagiert. Sie können ein Dreieck neben einem Takteingang verwenden, um die positive Triggerung zu kennzeichnen.

Positive Flankentriggerung

Zusammenfassung

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Flankentriggerung die Übergangs- und Rauscheffekte in elektronischen Schaltungen minimiert, während der Eingang getriggert wird. Darüber hinaus ermöglicht die Triggerung den Geräten, einen sanften Trigger zu erzeugen, der viel schneller ist als externe Rückkopplungsschleifen. Die Geräte nehmen daher Eingaben schnell an und schließen dann den Eingang genau, bevor sie die Ausgabe- und Eingabewerte ändern.

Der obige Text enthält Einzelheiten zu den Arten von getakteten Flip-Flops, denen Sie möglicherweise begegnen. Sie alle arbeiten unterschiedlich, um die Ausgabe durch die Eingabe zu ändern. Wenden Sie sich daher an uns. Wir sind jedoch weiterhin offen für Anfragen zur Flankentriggerung.