Bölüm 4 Ardışıl Lojik Devre Deneyleri

Bölüm 4 Ardışıl Lojik Devre Deneyleri DENEY 4-1 Flip-Floplar DENEYİN AMACI 1. Kombinasyonel ve ardışıl lojik devreler arasındaki farkları ve çeşitli bellek birimi uygulamalarını anlamak. 2. Çeşitli flip-flop türlerinin çalışma prensiplerini ve uygulamalarını incelemek. GENEL BİLGİLER Şekil 7-1-1 de, iki DEĞİL (NOT) ya da TÜMLEME kapısı gösterilmiştir. IC2 nin çıkışı IC1 in girişine bağlanmıştır. IC1 in çıkışı 1 ise, IC2 nin çıkışı 0 olur. IC2 nin çıkışı IC1 in girişine bağlı olduğu için, IC1 in girişi tekrar 1 e çevrilmiş olur. Eğer IC1 in girişine harici bir darbe uygulanırsa IC1 in çıkışı 0, IC2 nin çıkışı 1 olur (IC1 in çıkışı tekrar 0 a döner). Şekil 4-1 İki NOT kapısı ile oluşturulan RS mandal (latch) Harici darbe A, IC2 nin çıkışı B olarak ifade edilirse, A ya da B 1 olduğu zaman, IC1 in çıkışı 0 olur. Şekil 4-1 deki NOT kapıları, iki adet NOR kapısıyla değiştirilirse ve iki giriş R ve S olarak ifade edilirse, Şekil 4-2 deki RS flip-flop elde edilmiş olur. R = Reset (sıfırlama) girişi, Q çıkışını 0 yapar. S = Set (birleme) girişi, Q çıkışını 1 yapar. 4-2

Şekil 4-2 İki NOR kapısı ile oluşturulan RS flip-flop IC1 in çıkışı Q (normal çıkış) olarak adlandırılırken, IC2 nin çıkışı ise (tümleyen çıkış) olarak adlandırılır. Flip-flop, uygun bir lojik giriş uygulandığında durum değiştirir, güç sağlandığı sürece ya da girişi değişene kadar kararlı durumda kalır. Çoğu durumda, flip-floplar NOR ya da NAND kapılarıyla gerçekleştirilir. Şekil 4-3, NOR kapılarıyla gerçekleştirilmiş bir pozitif lojik RS flip-flopu, Şekil 4-4 ise, NAND kapılarıyla gerçekleştirilmiş bir negatif lojik RS flip-flopu göstermektedir. RS flip-flop, en basit flip-flop olup diğer flip-flopları gerçekleştirmek için kullanılabilir. Bu yüzden RS flip-flop, temel-flip-flop olarak da adlandırılır. Tablo 4-1 de, RS flip-flopun doğruluk tablosu gösterilmiştir. Qn şimdiki çıkış durumunu ifade ederken, Qn+1 ise bir sonraki çıkış durumunu ifade eder. Şekil 4-3 NOR RS flip-flop Şekil 4-4 NAND RS flip-flop Tablo 4-1 RS flip-flop doğruluk tablosu RS flip-flopun doğruluk tablosundan aşağıdaki sonuçlar çıkarılabilir: (1) R=0 ve S=0 iken Qn+1=Qn dir, yani Qn+1 bir önceki Qn durumuna ( 0 yada 1 olabilir) eşittir. (2) R=0 ve S=1 iken, flip-flop birlenir (Qn+1= 1 ). 4-3

(3) R=1 ve S=0 iken, flip-flop sıfırlanır (Qn+1= 0 ). (4) R=1 ve S=1 iken, Qn+1 aynı anda hem 0 hem 1 olmaya çalışır. Çıkış aynı anda iki duruma sahip olamayacağı için, R=S=1 durumunda Qn+1 tanımsız yada belirsiz dir. Şekil 4-5 te, RS flip-flopun tam sembolü gösterilmiştir. CK saat sinyalidir ve flipflop, saat sinyali mevcut ise, durum değiştirecektir. PR = Preset ; Saat sinyaline bakmaksızın, Q çıkışını 1 yapar. CL = Clear (Sil) ; Saat sinyaline bakmaksızın, Q çıkışını 0 yapar. Şekil 4-5 RS flip-flop Bir RS flip-flop kullanılarak, D flip-flop gerçekleştirilebilir. D flip-flopun sembolü ve RS flip-flop ile gerçekleştirilme şeması sırasıyla Şekil 4-6 (a) ve (b) de gösterilmiştir. (a) Sembol (b) RS flip-flop ile gerçekleştirilmesi Şekil 4-6 D flip-flop 4-4

D flip-flop, genellikle veri iletimi için kullanılır. Doğruluk tablosu Tablo 4-2 de gösterilmiştir. Tablo 4-2 D flip-flop doğruluk tablosu Bir D flip-flop kullanılarak, T flip-flopu gerçekleştirilebilir. T flip-flopun sembolü ve D flip-flop ile gerçekleştirilme şeması sırasıyla Şekil 4-7 (a) ve (b) de gösterilmiştir. T flip-flopun doğruluk tablosu Tablo 4-3 te gösterilmiştir. (a) Sembol (b) D flip-flop ile gerçekleştirilmesi Şekil 4-7 T flip-flop Tablo 4-3 Tablo 4-3 ten görüldüğü gibi, T flip-flopun çıkış durumu sadece T=1 ve CK=1 iken değişir. Başlangıçta Qn= 0 kabul edilirse, T=1 ve CK=1 olduğunda, T flipflopun çıkışı 1 olur. T flip-flopun çıkışı, tekrar T=1 ve CK=1 oluncaya kadar, 1 durumunda kalır ve koşul sağlanınca tekrar 0 durumuna döner. T flip-flopun çıkışı, T=1, CK=1 olduğu zaman, 0 ve 1 arasında durum değiştirir. T flip-flopun bu benzersiz karakteristiğinden yararlanılarak, 2 ye bölme devreleri gerçekleştirilebilir. Şekil 4-8 e bakılacak olursa, iki giriş dalga şekline karşılık, sadece bir çıkış dalga şekli vardır. T flip-floplar genellikle sayıcıların gecikme devrelerinde kullanılır. Şekil 4-8 T flip-flopun giriş ve çıkışı 4-5

JK flip-flop, RS flip-flopun belirsiz durumunu ortadan kaldırabilir. JK flip-flopun sembolü, Şekil 4-9 da gösterilmiştir. Şekil 4-9 JK flip-flop Şekil 4-10 RS flip-flop ile gerçekleştirilmesi Şekil 4-10 da, RS flip-flopla gerçekleştirilmiş bir JK flip-flop eşdeğeri gösterilmiştir. Tablo 4-4 teki doğruluk tablosuna bakılacak olursa, JK flip-flopun, J=1, K=1 ve CK=1 durumu dışında, SR flip-flopuyla aynı olduğu,bu durumda da T flip-flopa benzediği görülür. Tablo 4-4 JK flip-flop doğruluk tablosu JK flip-flop, belirsiz duruma sahip olmadığı ve hemen hemen tüm flip-flopları gerçekleştirmek için kullanılabildiği için, genel flip-flop olarak da adlandırılır. 4-6

Şekil 4-11 de, bir Master/Slave JK flip-flop devresi gösterilmiştir. Şekil 4-11 Master/Slave JK flip-flop CK=0 iken, master flip-flop yeni giriş kabul etmez ve Q ve Q çıkışları aynı kalır, Q ve Q, uydu flip-flopun Q ve Q çıkışlarına iletilir. CK=1 iken master flip-flop yeni giriş kabul edebilir, ancak slave flip-flopun Q ve Q çıkışları değişmez. Şekil 4-12 de, master/slave flip-flopun zamanlama diyagramı verilmiştir. CK=1 iken, CK nın düşen kenarıyla son giriş değeri tutuluncaya kadar, giriş sürekli olarak değişir. CK=0 iken, slave flip-flop CK nın düşen kenarıyla tetiklendiği için, master flip-flopun çıkışı, slave flip flopa gönderilir. Şekil 4-12 Master/slave flip-flopun zamanlama diyagramı 4-7

KULLANILACAK ELEMANLAR 1. KL-31001 Dijital Lojik Lab. 2. KL-33008 Modülü DENEYİN YAPILIŞI A. Temel Lojik Kapılar ile RS Flip-Flop Gerçekleştirme 1. A3, A4 girişlerini SWA A', SWB B' darbe üretici anahtarlarına, F6, F7 çıkışlarını L1, L2 lojik göstergelerine bağlayın. F6 ve F7 çıkışlarının durumları nasıldır? Güç kaynağını birkaç saniye kapatıp tekrar açın. F6 ve F7 çıkışlarının durumlarını tekrar gözlemleyin? Şekil 4-13 Şekil 4-14 4-8

2. Tablo 4-5 te verilen giriş katarını takip ederek F6 ve F7 çıkışlarının durumlarını gözlemleyin ve kaydedin. Tablo 4-5 3. Q, Q çıkışlarını ve R, S girişlerini belirleyin. (Darbe üretici anahtarı önce 1 e, sonra 0 a, daha sonra tekrar 1 e getirin) 4. Şekil 4-15 teki devreyi kurmak için bağlantı klipslerini Şekil 4-13 e göre yerleştirin. A1, A5 girişlerini SWA A, SWB B darbe üretici anahtarlarına bağlayın. Şekil 4-15 Tablo 4-6 da verilen giriş katarını takip ederek F6 ve F7 çıkışlarının durumlarını gözlemleyin ve kaydedin. Tablo 4-6 4-9

B. RS Flip-Flop Kullanarak D Flip-Flop Gerçekleştirme 1. Şekil 4-17 deki D flip-flopu devresini kurmak için bağlantı klipslerini Şekil 4-16 ya göre yerleştirin. Şekil 4-16 Şekil 4-17 2. A1 girişini SW1 anahtarına, CK2 girişini SWA A anahtarına, F6 çıkışını ise L1 lojik göstergesine bağlayın. 3. Tablo 4-7 te verilen giriş katarını takip ederek çıkış durumlarını gözlemleyin ve kaydedin. Tablo 4-7 4-10

C. D Flip-Flop Kullanarak JK Flip-Flop Gerçekleştirme 1. Şekil 4-19 daki T flip-flopu devresini kurmak için bağlantı klipslerini Şekil 4-18 e göre yerleştirin. A1, A5 girişlerini SW0, SW1 anahtarlarına, CK2 girişini SWB B anahtarına, F6 çıkışını ise L1 lojik göstergesine bağlayın. Şekil 4-18 Şekil 4-19 2. Tablo 4-8 de verilen giriş katarını takip ederek çıkış durumlarını gözlemleyin ve kaydedin. Tablo 4-8 4-11

D. RS Flip-Flop Kullanarak JK Flip-Flop Gerçekleştirme 1. Şekil 4-21 deki JK flip-flopu devresini kurmak için bağlantı klipslerini Şekil 4-20 ye göre yerleştirin. J, K girişlerini SW0, SW1 anahtarlarına, CK1 girişini SWB B anahtarına, F1, F2, F6, F7 çıkışlarını ise L0, L1, L2, L3 lojik göstergelerine bağlayın. Şekil 4-20 Şekil 4-21 2. Tablo 4-9 da verilen giriş sırasını takip ederek çıkış durumlarını gözlemleyin ve kaydedin. Tablo 4-9 4-12

E. D Flip-Floplar ile Kaydırmalı Kaydedici Gerçekleştirme 1. Deneyin bu bölümünde KL-33008 modülünün c bloğu kullanılacaktır. Şekil 4-22 2. B girişini (CLEAR) SW0 anahtarına, A(I/P) girişini SW1 anahtarına, CK girişini SWA A anahtarına, F1, F2, F3, F4 çıkışlarını ise L1, L2, L3, L4 lojik göstergelerine bağlayın. 3. B yi silmek için SW0 anahtarını 0 konumuna getirip daha sonra tekrar 1 konumuna getirin. 4. Aşağıda A(I/P) için verilen giriş katarını takip edin. (1) A= 1 iken, CK girişine bir saat işareti gönderin (2) A= 0 iken, CK girişine bir saat işareti gönderin (3) A= 0 iken, CK girişine bir saat işareti gönderin (4) A= 1 iken, CK girişine bir saat işareti gönderin 4 tane saat işareti gönderdikten sonra çıkış göstergesini gözlemleyin. Göstergelerin durumu giriş katarına karşılık geliyor mu? Bu, Seri-Giriş, Paralel-Çıkış bağlantısıdır. F4 çıkışına bağlı göstergeyi gözlemleyiniz. Göstergenin durumu ilk I/P girişine karşılık geliyor mu? Bir saat işareti daha göndererek F4 çıkışını tekrar gözlemleyin. Göstergenin durumu bu sefer ikinci I/P girişine karşılık geliyor mu? Bu, Seri- Giriş Seri-Çıkış bağlantısıdır. 4-13

F. Önceden Belirlenmiş Sol/Sağ Kaydedici 1. Deneyin bu bölümünde KL-33008 modülünün b bloğu kullanılacaktır. Şekil 4-23 2. Aşağıdaki bağlantıları gerçekleştirin. A, B, C, D girişleri SW0, SW1, SW2, SW3 anahtarlarına F1, F2, F3, F4 çıkışları L0, L1, L2, L3 lojik göstergelerine D1 (LOAD) girişi SWA A anahtarına C1 (CK) girişi SWB B anahtarına B1 (I/P) girişi DIP 2.0 anahtarına A1 (MODE) girişi DIP 2.1 anahtarına Tablo 4-10 3. Tablo 4-11 de A1 için verilen giriş sırasını takip ederek çıkış durumlarını gözlemleyiniz ve kaydedin. Tablo 4-11 4-14

4. A1 girişine 1 uygulayarak Tablo 4-12 de A, B, C ve D için verilen giriş sırasını takip ederek çıkış durumlarını gözlemleyin ve kaydedin. Tablo 4-12 G. RS Flip-Floplar ile Gürültü Giderme Devresi Gerçekleştirme 1. Deneyin bu bölümünde Şekil 4-25 teki RS flip-flopu devresi kullanılacaktır. Şekil 4-24 Şekil 4-25 4-15

2. A4 girişini SW0 anahtarına, A3 girişini darbe üretecinin çıkışına bağlayın. Darbe üretecinin çıkışı RS flip-flopu için gürültü kaynağı olarak kullanılacaktır. 3. A4= 1 iken F6 çıkışını ölçün. F6 =. 4. A3 girişini SW0 anahtarına, A4 girişini darbe üretecine bağlayın. A3= 1 iken F6 çıkışını ölçün. F6 =. SONUÇLAR 1. Flip-flopun çıkışı yalnızca uygun bir giriş uygulandığında değişir. Güç kaynağı açık tutulduğu veya girişler değişmediği sürece çıkış aynı kalır. 2. VEYA DEĞİL kapıları kullanılarak gerçeklenmiş RS flip-flopları çıkan-kenarla, VE DEĞİL kapıları kullanılarak gerçeklenmiş RS flip-flopları ise inen-kenarla tetiklenir. 3. Flip-floplar çoğu zaman VEYA DEĞİL ve VE DEĞİL kapılarıyla gerçeklenir. HATA BENZETİMİ 1. KL-33008 modülünün d bloğundaki devrede A1 ve A2 giriş olarak kullanıldığında F6 ve F7 çıkışları (a) da gösterildiği gibi olmaktadır. A3 ve A4 giriş olarak kullanıldığında ise F6 ve F7 çıkışları (b) da gösterildiği gibi olmaktadır. Çıkışlardan hangisinin yanlış olduğunu belirleyin. 2. Bir JK flip-flopunun CK1 girişinde pozitif işaret varsa ve CK2= 0 ise olası hataları belirleyin. 3. KL-33008 modülünün d bloğundaki devrede U2 ve U3 kapılarıyla VE DEĞİL flip-flopu gerçeklenince F6=1 ve F7=A4 olmaktadır. Hata ne olabilir? 4. KL-33008 modülünün c bloğunda, U6 nın çıkışları 0000 olmaktadır. Hata ne olabilir? 4-16

5. KL-33008 modülünün c bloğunda, U6 nın F1 çıkışı rastgele değerler almaktadır.. Hata ne olabilir? 6. KL-33008 modülünün b bloğunda U7 ye giren girişler hatalıysa hata ne olabilir? ALIŞTIRMALAR 1. Aşağıda gösterilen flip-flopu gerçeklemek için CMOS VEYA DEĞİL kapıları kullanın. 2. Aşağıda gösterilen flip-flop devresini kurun. A=1, B=0 ve A=0, B=1 için çıkışta oluşan dalga şekillerini çizin. 4-17

ÇOKTAN SEÇMELİ SORULAR ( ) 1. Bir lojik devrenin herhangi bir geri besleme bağlantısı yoksa ve çıkışı sadece giriş durumlarına bağlıysa, bu nasıl bir lojik devredir? ( ) 2. Flip-flop bir: 1. Kombinasyonel lojik devre 2. Ardışıl lojik devre 3. Gecikmeli lojik devre 1. Tek kararlı devredir. 2. Kararsız devredir. 3. İki kararlı devredir. ( ) 3. Tek bir flip-flop kaç bitlik bilgiyi saklayabilir? 1. 1 2. 3 3. 2 ( ) 4. Aşağı lojik devrelerden hangisi bellek görevi görür? 1. Flip-flop 2. VEYA kapısı 3. VEYA DEĞİL kapısı ( ) 5. Hangi flip-flop ikiye bölme işlevini gerçekleştirir? 1. RS flip-flopu 2. D flip-flopu 3. T flip-flopu 4-18

( ) 6. Şekil H-1 deki flip-flop hangi türden bir flip-floptur? 1. D flip-flopu 2. RS flip-flopu 3. T flip-flopu Şekil H-1 ( ) 7. Aşağıdaki flip-floplardan hangisi aynı zamanda genel flip-flop olarak ta adlandırılır? 1. RS flip-flopu 2. JK flip-flopu 3. T flip-flopu ( ) 8. Şekil H-2 deki flip-flop hangi türden bir flip-floptur? 1. T flip-flopu 2. RS flip-flopu 3. D flip-flopu Şekil H-2 ( ) 9. A=1 ve B=0 iken Şekil H-2 deki flip-flopun Q çıkışı ne olur? 1. 0 2. 1 3. Bir önceki Q ile aynı ( ) 10. VEYA DEĞİL kapılarıyla gerçeklenmiş bir RS flip-flopunun R girişi 1, S girişi 1 olursa çıkışlar ne olur? 1. Q=1, Q =0 2. Q=0, Q =1 3. Q=0, Q =0 4-19

( ) 11. JK flip-flopunun girişleri birbirine bağlanırsa, elde edilen devre aşağıdakilerden hangisine eşdeğer olur? 1. RS flip-flopu 2. D flip-flopu 3. T flip-flopu ( ) 12. Bir T flip-flopu için T= 0 ve CK= 1 olursa, çıkış ne olur? 1. Bir önceki Q ile aynı 2. Bir önceki Q nun tümleyeni 3. 1 ( ) 13. Şekil H-3 teki flip-flop devresi aşağıdakilerden hangisinin eşdeğeridir? 1. T flip-flopu 2. JK flip-flopu 3. RS flip-flopu Şekil H-3 ( ) 14. Şekil H-3 deki devre için CK=2KHz ise F0 ın frekansı ne olur? 1. 4KHz 2. 1KHz 3. 2KHz ( ) 15. Şekil H-1 deki devre için A=1 ise Q ne olur? 1. 1 2. 0 3. -1 4-20