BÖLÜM 8 MANDAL(LATCH) VE FLİP-FLOPLAR SAYISAL ELEKTRONİK. Bu bölümde aşağıdaki konular anlatılacaktır

Transkript

1 AYIAL ELETONİ BÖLÜM 8 MANAL(LATCH) VE FLİP-FLOPLA Bu bölümde aşağıdaki konular anlatılacaktır Mandallar(Latches),- Mandalı, Mandalı ontak sıçramasının mandallar yardımı ile engellenmesi Flip-Floplar,- Flip-Flop, Flip-Flop, - Flip-Flop, T Flip-Flop Tetikleme sinyali (Clock pulse) Flip-Flop larda asenkron girişler Ana-Uydu Flip-Flop (Master lave Flip-Flop) Flip-Flop uyarma (geçiş ) tabloları 78

2 AYIAL ELETONİ GİİŞ Bu bölüme kadar birleşik devreler ele alındı. Bir birleşik devrenin çıkışı o anda girişlerin durumuna bağlıdır. ayısal devrelerde çoğu zaman birleşik devreler bulunsa bile bilginin saklanması ve işlenmesi için bir sıralı devreye ihtiyaç vardır. ıralı bir devre birleşik bir devre ve oluşan bilginin saklaması için bellek elemanlarından oluşur. Böylelikle belli bir zaman ve sırada ikili durumların oluşması sağlanabilir. Bellek elemanının bellibir anda saklanan ikili bilgiler sıralı devrenin o andaki durumunu belirler. ıralı bir devrenin çıkışı ise o anda sadece girişlerin durumu ile değil aynı zamanda bellek elmanlarında saklanan ikili bilgiye de bağlıdır. En fazla karşılaşılan sıralı devre uygulamaları sayıcılar (counters), kaydediciler (registers),belleklerdir (memory). İki temel sıralı devre türü vardır. ınıflandırma sıralı devrenin bilgiyi işleyebilmesi için gerekli olan zamanlama sinyaline bağlıdır. enkron sıralı devre, bellek elemanlarının etkilenmesi aynı anda olacaktır. Bunu sağlamanın bir yolu sistemin tamamında aynı tetikleme sinyalınin kullanılmasıdır. Asenkron sıralı devre ise giriş sinyallerinin değişim sırasına bağlıdır. Bu yüzden asenkron sıralı devrelerde sayısal devrele elemanlarındaki yayılım gecikmesi süresi kullanılır.ıralı devrelerde kullanılan devre elemanları mandal (latch) veya Flip-Flop lardır. Bu devre elemanları üzerindeki ikili bir bilgiyi saklayabilen hücrelerdir. Bir mandal (latch) veya flip-flop un saklanan bilgiyi ve saklana bilginin değilini gösteren iki ayrı çıkışı vardır. Aşağıda kullanılan çeşitli mandal ve flip-flop türleri incelenecektir. 8. MANALLA ( LATCH) Bir mandal (latch) devresi bir giriş sinyali ile durumu değişmedikçe ikili bir bilgiyi güç verildiği müddetçe saklayabilen devre elemanlarıdır. Çeşitli mandal (mandal) devreleri arasındaki fark, giriş sayısı ve çıkışın girişlerin durumuna göre etkilenme şeklidir Mandalı (- Latch) Temel olarak bir - Mandalı VEYA eğil (NO) ve VE eğil (NAN) kapıları olmak üzere iki temel kapı türü ile elde edilebilir. (eset) ve (et) olmak üzere iki girişi ve ve ile gösterilen iki çıkış vardır.bu iki çıkış normal çalışma durumlarında birbirinin tersidir. Temel olarak - Mandalının iki farklı çıkış durumu vardır. Bu durumlar =0 olduğu duruma silme, = durumuna kurma adı verilir. Aşağıda Şekil 7. - mandalına ait lojik diyagramı,sembolü ve doğruluk tablosunu göstermektedir. 79

3 AYIAL ELETONİ (a) VEYA EĞİL kapılı (b) VE EĞİL kapılı (c) embolü Girişler Çıkışlar n+ n+ 0 0 n n urum eğişme yok 0 0 ilme 0 0 urma Tanımsız (d) oğruluk tablosu Şekil 8. - Mandalı 8.. Mandalı ( Latch) Bir - mandalının ve girişleri arasına EĞİL kapısı bağlanarak (ata) mandalı elde edilebilinir. Aşağıda mandalına ait lojik diyagram, sembol, doğruluk tablosu Şekil 7. de verilmiştir. (a) VEYA EĞİL kapılı (b) VEEĞİL kapılı (c) embolü 80

4 AYIAL ELETONİ n n (d) oğruluk tablosu Şekil 8. Mandalı ( Latch) 8..3 ontak ıçramasının Mandal (Latch) Yardımı ile Önlenmesi Mandallarda kontak sıçraması sinyal kaynağı olarak mekanik anahtarların kullanımında oldukça sık görülen bir olaydır. ontak sıçraması tek bir bağlantı yapılmadan önce anahtarın mekanik yapısı nedeni ile ortaya çıkan farklı çıkış darbeleridir. +V Şekil 8.3 Mekanik anahtarlarda kontak sıçraması +V 0 Anahtar kapandığında çıkış ontak sıçramaları özellikle sıralı devrelerin çalışmasını etkileyen en önemli faktörlerdir.bir seri darbe devre çalışmasına etki eden girişleri oluştururlar. ontak sıçramasının etkisini önlemek için kullanılan - Mandal devresi Şekil 7.4 de gösterilmiştir. Eğer anahtar pozisyonunda ise girişi 0, girişi olacağından(silme durumu) çıkış 0 olacaktır. Anahtar pozisyonuna alınırsa girişi pull-up direnci ile e çekilecek ve girişi 0 olacaktır. Çok kısa süre girişinde kontak sıçraması görülecek ( =0) ancak bu durumda mandal bir önceki konumunu koruyacaktır.aşağıda Şekil 8.4 ontak sıçrama etkisini ortadan kaldırmak için kullanılan - mandal devresini göstermektedir. 8

5 AYIAL ELETONİ +V Anahtar - Anahtar Yetki Girişli - Mandalı Şekil 8.4 ontak sıçrama etkisini ortadan kaldıran - Mandal devresi Bazı tip mandallarda yetki girişi (enable input- ) bulunmaktadır. Şekil 8.5 yeki girişli bir - Mandalını göstermektedir. - girişlerinin durumuna bağlı olarak çıkışın konum değiştirebilmesi için girişinin yetkilenmesi gerekmektedir. Yetkilenme girişine Lojik- uygulanması ile gerçekleşecektir. (a)lojik diyagram (b) Lojik sembol n+ n+ 0 x x n n 0 0 n n (c)-oğruluk tablosu Şekil 8.5 Yetki Girişli - Mandalı 8

6 AYIAL ELETONİ Yetki Girişli Mandalı Bir diğer yetki girişli mandal türü mandalıdır. girişine uygulanan işarete bağlı olarak çıkışın değişmesi için yetkilendirme işleminin yapılması gerekmektedir.yetkilendirme girişine lojik- uygulayarak gerçekleştirilir. Yetkilendirme işlemi yapılmazsa çıkışlarda bir önceki durum korunacaktır. Şekil 8.6 Yetki girşli mandalını göstermektedir ört-bit Mandalı a- Lojik diyagram b-lojik sembol 0 x c-oğruluk tablosu Şekil 8.6 Yetki girişli Mandalı mandalı için bir IC örnek 7475 dört bit mandalı gösterilebilir. Şekil 8.7 lojik sembol ve doğruluk tablosunu göstermektedir. Tekbir entegre içinde dört tane mandalı bulunmaktadır. İki mandal için tek bir yetki girişi vardır.oğruluk tablosunda x ile gösterilen durumlar dikkate alınmaz durumları(don t care) göstermektedir. Eğer yetkilendirme işlemi gerçekleşmezse girişlerin durumları ne olursa olsun mandal bir önceki durumunu koruyacaktır. Girişler Çıkışlar 0 0 ilme 0 urma x eğişim yok - GN a- oğruluk tablosu b-lojik sembolü Şekil ört bit Mandalı Vcc

7 AYIAL ELETONİ 8.. FLIP- FLOPLA (FLIP-FLOP) Temel bir mandal (latch) asenkron sıralı bir devredir. Girişlerin değişimine bağlı olarak çıkış değeri değişecektir. Temel bir mandal devresinin girişine kapı eklemek suretiyle mandalın çıkışının harici bir saat darbesi (clock pulse- ) ile girişlerin değişimine tepki vermesi sağlanabilir. Flip-Flopların bu anlık değişimine tetiklenme adı verilir. Ve bu değişimi sağlayan duruma ise flip-flop un tetiklenmesi denir. aat darbesi belli bir frekansta 0 ve arasında değişen bir kare dalga sinyalidir. Flip-Flop ların tetiklenmesi, saat darbesinin () veya 0 düzeyinde gerçekleşebilir. 0 Flip-Flop Flip-Flop a-aat darbesi (Clock Pulse) b- düzeyinde tetikleme c- 0 düzeyinde tetikleme Şekil 8.8 Tetikleme sinyali ve düzey tetiklemeleri Bir diğer tür tetikleme biçimi kenar tetiklemesidir. Bu tür flip-floplar kenar tetiklemeli flip-flop lar olarak adlandırılırlar. Tetikleme saat darbesinin den 0 a yükselen kenarında gerçekleşiyorsa yükselen kenar tetiklemeli flip-flop, 0 dan e düşen kenarda gerçekleşiyorsa düşen kenar tetiklemeli flip-flop adını alırlar. Flip Flop Flip Flop (a) Yükselen kenar (b) üşen kenar (c) Yükselen kenar tetiklemeli (d) üşen kenar tetiklemeli (eset-et) Flip-Flop Şekil 8.9 enar tetiklemesi Bir - mandalının girişlerine harici VE kapıları eklemek suretiyle - flip-flopu elde edilebilir. Aşağıda Şekil 8.0 yükselen kenar tetiklemeli - Filip-Flop a ait lojik diyagramı, sembolü ve doğruluk tablosunu göstermektedir. 84

8 AYIAL ELETONİ (a) Lojik diyagramı (c) embolü x x n n 0 0 n n eğişim yok eğişim yok ilme urma Tanımsız (d) oğruluk tablosu Şekil 8.0 Yükselen kenar tetiklemeli - Flip-Flop Bir flip-flop un tetiklenmemesi halinde bir önceki durumunu koruyacağı doğruluk tablosundan görülmelidir. 8.. (ata) Flip-Flop Bir - flip-flop un girişine EĞİL kapısı bağlanarak girişine bağlanması halında flip-flop elde edilebilir. Aşağıda Şekil 8. de yükselen kenar tetiklemeli flip-flop a ait lojik diyagram, sembol ve doğruluk tablosu gösterilmektedir. = (a) Lojik diyagramı (b) embolü ve - denkliği 85

9 AYIAL ELETONİ n+ n + x n n 0 0 eğişim yok ilme 0 urma Flip-Flop (c) oğruluk tablosu Şekil 8. Yükselen kenar tetiklemeli Flip-Flop - filp-flop - flip-flop tipindeki tanımsız durumun ortadan kaldırılması açısından bu tipin gelişmiş bir şekli denilebilir. ve girişleri gösterirken, ve olmak üzere iki çıkışı vardır. Aşağıda Şekil 8. de yükselen kenar tetiklemeli - flip-flop a ait lojik diyagram, sembol ve doğruluk tablosu gösterilmektedir. (a) Lojik iyagram (b) embolü n+ n + x x n n eğişim yok 0 0 n n eğişim yok 0 0 ilme 0 0 urma n n Tümleyen (c) oğruluk Tablosu Şekil.8. Yükselen kenar tetiklemeli - Flip-Flop 86

10 AYIAL ELETONİ oğruluk tablosu incelenirse - Flip-Flop doğruluk tablosuna çok yakın olduğu görülecektir. Ancak - Flip-Flop un tanımsız olduğu durum - Flip-Flop ta tanımlı hale gelmiştir, çıkış bir önceki durumun tersi olmaktadır(toggle-tümleyen çalışma). Bu özelliğinden dolayı - flip-flop lar en fazla tercih edilen türlerin başında yer almaktadır T (Toggle) Flip-Flop Bir - flip-flop un iki girişini kısa devre ederek T (Toggle) Flip Flop elde edilebilir. T Flip-Flop un kullanışlı iki durumu vardır eğer giriş 0 ise çıkışta bir önceki durum ( n ), eğer giriş ise çıkışta bir önceki durumun tersi görünecektir( ). Aşağıda Şekil 8.3 de T flip-flop a ait lojik diyagram, sembol ve doğruluk tablosu gösterilmektedir. T T T (a)lojik iyagram (b) embolü T x n n 0 n n eğişim yok eğişim yok n n Tümleyen (Toggle) (c) oğruluk Tablosu Şekil 8.3 Yükselen kenar tetiklemeli T Flip-Flop 87

11 AYIAL ELETONİ Flip-Flop Türleri 7474 İkili flip-flop Bu TTL entegresi iki flip-flop tek bir chip içerisinde bulunur. V cc ve GN ile adlandırılan iki besleme girişine sahiptir. Yükselen kenar tetiklemeli olan bu tür flipflop lojik-0 da yetkilenen preset ve clear ile adlandırılan iki ayrı asenkron girişe sahiptir. Vcc Preset Clear CLEA CLOC CLEA CLOC PEET PEET GN 0 0 x x 0 0 x a-lojik sembolü b-oğruluk tablosu 74LA İkili - Flip-Flop Şekil İkil Flip-Flop İçerisinde iki tane düşen kenar tetiklemeli - flip-flop olan TTL entegresi preset ve clear ile adlandırılan iki asenkron girişe sahiptir. Lojik sembolü ve doğruluk tablosu Şekil 8.6 da verilmiştir. P CL P CL () (4) () (6) (3) (7) (9) (6) () (8) ET CL ET CL (5) (4) () (0) Girişler Çıkışlar P CL 0 x x x 0 0 x x x x x x x x 0 0 a-lojik diyagram b-oğruluk tablosu Şekil LA İkili - Flip-Flop 88

12 AYIAL ELETONİ 407 İkili - Flip-Flop İçerisinde iki tane yükselen kenar tetiklemeli - flip-flop olan bu entegre CMO mantık ailesinden olup et ve eset diye adlandırılan iki tane asenkron girişe sahiptir. et ve eset girişleri lojik- seviyesinde aktif olmaktadır. Şekil 8.7 entegrenin lojik diyagramını ve doğruluk tablosunu göstermektedir. ET EET ET (9) (0) (3) () () (7) (6) (3) (5) (4) ET CL ET CL (5) (4) () () Girişler Çıkışlar ET EET 0 x x x 0 0 x x x 0 x x x x x 0 0 EET 8.3 Flip-Flop larda Asenkron Girişler Filp-Flop larda tetikleme sinyali () ile senkron (eş zamanlı) çalışan grişler olduğu gibi tetikleme sinyalinden bağımsız asenkron (eş zamanlı olmayan) girişlere sahiptirler. Bu girişler Flip-Flop çıkışı yapan kurma (et) ve çıkış 0 yapan silme (eset) adını alırlar. Bu girişler Filp-Flop un durumunu tetikleme sinyali ve senkron girişlerin durumuna bakılmaksızın belirlerler. Şekil 8.4 et (kurma) ve eset(ilme ) asenkron girişlerine sahip yükselen kenar tetiklemeli - Flip Flop sembolü ve doğruluk tablosunu göstermektedir. Şekildeki devrede asenkron girişler de yetkilenir. Her iki girişin 0 olduğu anda - Flip-Flop çalışma gerçekleşeceği doğruluk tablosundan görülmelidir. 89

13 AYIAL ELETONİ n+ n + 0 x x x 0 0 x x x x x n n n n n n a-lojik embolü b-oğruluk tablosu Şekil 8.4 et ve eset asenkron girişli yükselen kenar tetiklemeli - Flip-Flop Şekil 8.5 et (kurma) ve eset ( ilme ) asenkron girişlerine sahip düşen kenar tetiklemeli - Flip Flop sembolü ve doğruluk tablosunu göstermektedir. Şekildeki devrede asenkron girişler 0 da yetkilenir. Her iki girişin olduğu anda - Flip-Flop çalışma gerçekleşeceği doğruluk tablosundan görülmelidir. n+ n + 0 x x x 0 0 x x x 0 x x n n 0 0 n n n n a-lojik embolü b-oğruluk tablosu Şekil 8.4 et ve eset asenkron girişli yükselen kenar tetiklemeli - Flip-Flop 90

14 AYIAL ELETONİ 8.4 ANA- UYU (MATE-LAVE) FLİP-FLOP Bir Ana-Uydu Flip-Flop devresi iki - Flip-Flop ve harici bir EĞİL kapısından oluşur. oluşur. Birinci Flip-Flop ana, ikinci Flip-Flop ise uydu Flip-Flop u oluşturur. Şekil 7.0 Ana-Uydu Flip-Flop devresini göstermektedir. Ana (Master) Y Y Uydu (lave) (Tetikleme Girişi) Şekil 7.0 Ana-Uydu (Master-lave) Flip-Flop devresi Tetikleme girişi () düşen kenar ( ) olduğu zaman EĞİL kapısı çıkışı uydu Flip- Flop tetikleme girişini () yükselen kenar ( ) yapacağından uydu Flip-Flop yetkilenir ve - girişlerinde ana flip-flop un çıkışları olan Y ve Y görülecektir. Bu durumda uydu flip-flop un çıkışında Y, çıkışında Y görülecektir. Ana Flip-Flop tetikleme girişinde bir düşen kenar olduğundan girişteki değişim ne olursa olsun bir önceki durum korunacaktır. Tetikleme girişinin bir yükselen kenar ( ) olması halinde uydu tetikleme girişi bir düşen kenar ( ) olacağından girişlerdeki değişin ne olursa olsun çıkışa yansımayacaktır. Ana Flip-Flop tetikleneceğinde çıkışlarda girişlere uygulanan değerlere eşit olacaktır. 8.5 FLİP-FLOP GEÇİŞ (UYAMA) TABLOLAI Flip-Flop doğruluk tabloları girişlerin durumuna bağlı olarak çıkışların ne olması gerektiğini anlatan tablolardır. ısaca bir doğruluk tablosu Flip-Flop çalışma şeklini ve özelliklerini tanımlar. Geçiş(uyarma) tablosu ise Flip-Flop un önceki konumdan bir sonraki konuma geçmesi için girişlerin ne olması gerektiğini gösterir. oğruluk tabloları yardımı ile geçiş (uyarma) tabloları kolaylıkla çıkarılabilir. Tabloda n mevcut durumu, n+ ise bir sonraki durumu göstermektedir. 9

15 AYIAL ELETONİ n n+ n n x 0 0 n n x 0 Tanımsız (a) Geçiş (uyarma) Tablosu (b) oğruluk tablosu Tablo 7. - Flip-Flop Geçiş(Uyarma) ve oğruluk tabloları n n+ n n (a) Geçiş(uyarma) tablosu (b) oğruluk tablosu Tablo 7. Flip-Flop Geçiş(Uyarma) ve oğruluk tablola n n+ n n x 0 0 n n 0 x x 0 0 x 0 n n (a) Geçiş (uyarma) Tablosu (b) oğruluk tablosu Tablo Flip-Flop Geçiş(Uyarma) ve oğruluk tabloları n n+ T n n n n 0 n 0 0 n Tablo 7.4 T Flip-Flop Geçiş(Uyarma) ve oğruluk tabloları 9