Flip-Flop Circuits

Latches and Flip-Flops 1 - The SR Latch (Jun 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Flip-Flop Circuits

Litar Digital


soalan 1

Jangan hanya duduk di sana! Bina sesuatu !!

Belajar menganalisis litar digital memerlukan banyak kajian dan amalan. Lazimnya, pelajar mengamalkan dengan bekerja melalui banyak masalah sampel dan menyemak jawapan mereka terhadap yang disediakan oleh buku teks atau pengajar. Walaupun ini bagus, ada cara yang lebih baik.

Anda akan belajar lebih banyak dengan sebenarnya membina dan menganalisis litar sebenar, membiarkan peralatan ujian anda memberikan "jawaban" daripada buku atau orang lain. Untuk latihan pembinaan litar yang berjaya, ikuti langkah berikut:

  1. Lukis gambarajah skematik untuk litar digital untuk dianalisis.
  2. Berhati-hati membina litar ini pada papan roti atau medium mudah lain.
  3. Periksa ketepatan pembinaan litar, mengikuti setiap wayar ke setiap titik sambungan, dan mengesahkan unsur-unsur ini satu demi satu pada rajah.
  4. Menganalisis litar, menentukan semua keadaan logik output untuk syarat input yang diberikan.
  5. Berhati-hati mengukur keadaan logik tersebut, untuk mengesahkan ketepatan analisis anda.
  6. Sekiranya terdapat sebarang kesilapan, semak dengan teliti memeriksa pembinaan litar anda terhadap rajah, kemudian teliti semula menganalisis litar dan mengukur semula.

Sentiasa pastikan tahap voltan bekalan kuasa berada dalam spesifikasi bagi litar logik yang anda gunakan. Jika TTL, bekalan kuasa mestilah menjadi bekalan 5-volt yang dikawal selia, diselaraskan kepada nilai yang mendekati 5.0 volt DC yang mungkin.

Salah satu cara anda boleh menjimatkan masa dan mengurangkan kemungkinan kesilapan adalah dengan memulakan litar yang sangat mudah dan menambahkan secara tambahan komponen untuk meningkatkan kerumitannya selepas setiap analisis, dan bukannya membina litar baru untuk setiap masalah amalan. Satu lagi teknik penjimatan masa adalah untuk menggunakan semula komponen yang sama dalam pelbagai konfigurasi litar yang berbeza. Dengan cara ini, anda tidak perlu mengukur sebarang nilai komponen lebih daripada satu kali.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Biarkan elektron itu sendiri memberi anda jawapan kepada "masalah praktik" anda sendiri!

Nota:

Telah menjadi pengalaman saya bahawa pelajar memerlukan banyak latihan dengan analisis litar untuk menjadi mahir. Untuk tujuan ini, para pengajar biasanya memberikan pelajar mereka dengan banyak masalah amalan untuk bekerja, dan memberi jawapan kepada pelajar untuk memeriksa kerja mereka. Walaupun pendekatan ini menjadikan pelajar mahir dalam teori litar, ia gagal mendidik mereka sepenuhnya.

Pelajar tidak hanya memerlukan amalan matematik. Mereka juga memerlukan litar bangunan amalan sebenar dan menggunakan peralatan ujian. Oleh itu, saya cadangkan pendekatan alternatif berikut: pelajar perlu membina "masalah amalan" sendiri dengan komponen sebenar, dan cuba meramalkan pelbagai keadaan logik. Dengan cara ini, teori digital "menjadi hidup, " dan pelajar memperoleh kecekapan praktikal yang tidak mereka dapat semata-mata dengan menyelesaikan persamaan Boolean atau mempermudah peta Karnaugh.

Satu lagi sebab untuk mengikuti kaedah amalan ini adalah untuk mengajar pelajar kaedah saintifik : proses menguji hipotesis (dalam kes ini, ramalan keadaan logik) dengan melakukan eksperimen yang sebenar. Pelajar juga akan membangunkan kemahiran penyelesaian masalah yang sebenar kerana mereka kadang-kadang membuat kesalahan pembinaan litar.

Luangkan sedikit masa bersama kelas anda untuk mengkaji semula beberapa "peraturan" untuk membina litar sebelum mereka mula. Bincangkan isu-isu ini dengan pelajar anda dengan cara Socratic yang sama yang anda biasanya akan membincangkan soalan-soalan lembaran kerja, dan bukan sekadar memberitahu mereka apa yang patut dan tidak patut dilakukan. Saya tidak pernah terkejut melihat betapa lemahnya pelajar memahami arahan apabila dibentangkan dalam format kuliah tipikal (instruktur monolog)!

Saya sangat mengesyorkan litar logik CMOS untuk eksperimen di rumah, di mana pelajar mungkin tidak mempunyai akses kepada bekalan kuasa terkawal 5 volt. Litar CMOS moden jauh lebih lasak berkaitan dengan pelepasan statik daripada litar CMOS yang pertama, jadi kebimbangan para pelajar yang merosakkan peranti ini dengan tidak mempunyai makmal "betul" yang ditubuhkan di rumah sebahagian besarnya tidak berasas.

Nota kepada pengajar yang mungkin mengadu tentang masa "sia-sia" yang diperlukan untuk membolehkan pelajar membina litar sebenar dan bukan hanya menganalisis litar teori secara matematik:

Apakah maksud pelajar mengambil kursus "panel kerja panel panel lalai" anda?

Soalan 2

Topologi umum bagi litar penukar kuasa DC-AC menggunakan sepasang transistor untuk menukar arus DC melalui penggulungan tengah-tapping dari pengubah langkah-langkah, seperti ini:

Agar bentuk litar berfungsi dengan betul, isyarat transistor "menembak" mestilah disegerakkan dengan tepat untuk memastikan kedua-duanya tidak pernah dihidupkan serentak. Gambar rajah skematik berikut menunjukkan litar untuk menghasilkan isyarat yang diperlukan:

Terangkan bagaimana litar ini berfungsi, dan mengenalpasti lokasi kawalan frekuensi dan potensiometer kawalan kitaran denyut nadi.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Rajah masa adalah bernilai seribu perkataan:

V ref = voltan rujukan voltan yang ditetapkan oleh kitaran kitaran tugas
V cap = Voltan diukur pada terminal atas kapasitor 555
V comp = Voltan output komparator
V 555 (keluar) = 555 voltan keluaran pemasa
Q = Output JK flip-flop yang tidak ditarik balik
(Q) = Keluaran terbalik JK flip-flop

Persoalan susulan: hala tuju yang mana anda perlu mengalihkan potensiometer frekuensi untuk meningkatkan kekerapan output litar ini "nota tersembunyi"> Nota:

Persoalan ini adalah latihan dalam rajah skematik dan tafsiran rajah masa. Dengan cara ini, saya telah membina dan menguji litar ini dan saya boleh mengatakan ia berfungsi dengan baik.

Soalan 3

Jenis pengekod putar yang biasa adalah satu yang dibina untuk menghasilkan output kuadratur :

Kedua-dua pasangan LED / phototransistor diatur sedemikian rupa sehingga output nadi mereka sentiasa 90 o fasa antara satu sama lain. Pengekod keluaran kuadratur berguna kerana ia membolehkan kita menentukan arah gerakan serta kedudukan tambahan.

Membina litar pengesan arah kuadratur mudah, jika anda menggunakan flip-flop jenis D:

Menganalisis litar ini, dan jelaskan bagaimana ia berfungsi.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Operasi litar ini agak mudah difahami jika anda menggambar gambarajah nadi untuk itu dan menganalisis keluaran flip-flop dari masa ke masa. Apabila cakera pengekod berputar mengikut arah jam, output Q menjadi tinggi; apabila berlawanan arah lawan, Q menurun.

Soalan susulan: komen pada notasi yang digunakan untuk keluaran litar ini. Apakah label "CW / (CCW)" memberitahu anda, tanpa perlu menganalisis litar pada semua "nota yang disembunyikan"> Nota:

Litar pengesanan arah kuadratur seperti ini menjadi penting apabila pengekod dikaitkan dengan litar kaunter digital. Notasi yang dilengkapkan juga sangat biasa dalam litar kaunter.

Pelajar boleh menunjukkan keengganan untuk membuat gambarajah masa apabila mereka mendekati masalah ini, walaupun mereka menyedari penggunaan gambarajah sedemikian. Sebaliknya, banyak yang akan cuba memikirkan litar hanya dengan melihatnya. Perhatikan penekanan pada perkataan "cuba." Litar ini lebih sukar untuk difikirkan tanpa gambarajah masa! Memungkiri penjelasan anda tentang litar ini sehingga setiap pelajar menunjukkan rajah masa untuknya. Tekankan fakta bahawa langkah ini, walaupun ia mengambil sedikit masa, sebenarnya adalah penjimat masa pada akhirnya.

Soalan 4

Tentukan keadaan output muktamad dari masa ke masa untuk litar berikut, yang dibina dari soket berlubang D-jenis:

Pada masa tertentu dalam rajah pulsa apakah output akhir menganggap keadaan input "# 4"> Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Output akhir menganggap keadaan logik yang sama sebagai input hanya apabila membolehkan isyarat input (B) peralihan dari "tinggi" ke "rendah".

Nota:

Perhatikan bahawa dengan menambah selak lain, tingkah laku keseluruhan hanya sedikit menyerupai kelakuan selendang D-jenis. Dengan penambahan selak kedua, kami telah menukar litar ini menjadi flip-flop, khususnya dari pelbagai master-hamba .

Soalan 5

Biasanya, kelewatan penyebaran dianggap sebagai ciri pintu masuk logik yang tidak diingini, yang kita hanya perlu hidup. Masa yang lain, ia adalah ciri yang berguna, walaupun perlu. Ambil contoh litar ini:

Jika pintu yang membentuk litar ini mempunyai kelewatan penyebaran sifar, ia tidak akan berfungsi sama sekali. Untuk mengesahkan fakta sedih ini, menganalisis tindak balas mantapnya kepada isyarat input "rendah", kemudian kepada isyarat masukan "tinggi". Apa keadaan output AT pintu sentiasa di "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/01362x02.png">

Apa yang anda perhatikan mengenai keadaan keluaran AND gate sekarang?

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Soalan susulan: terangkan dengan tepat apakah syarat yang diperlukan untuk mendapatkan isyarat "tinggi" dari keluaran litar ini, dan apa yang menentukan tempoh nadi "tinggi" ini.

Nota:

Beri tahu pelajar anda bahawa litar ini adalah satu jenis khas satu-tembakan, mengeluarkan nadi tunggal tempoh terhad untuk setiap peralihan mendahului isyarat masukan.

Tanya pelajar anda apa yang kami mungkin lakukan jika kami mahu membuat nadi keluaran litar satu-tembakan ini lebih lama (atau lebih pendek).

Soalan 6

Terangkan bagaimana anda menggunakan oscilloscope untuk mengukur kelewatan penyebaran sebuah pintu masuk logik semikonduktor. Lukis gambarajah skematik, jika perlu. Adakah masa kelewatan penyebaran biasanya bersamaan dengan pintu digital yang beralih dari "rendah" ke "tinggi", berbanding dari "tinggi" hingga "rendah" "// www.allaboutcircuits.com/textbook/digital/chpt-5/relay-construction / "> relay elektromekanik mempunyai parameter setara untuk kelewatan penyebaran. Jika ya, bagaimana anda menganggap magnitud kelewatan relay berbanding dengan pintu semikonduktor, dan mengapa?

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Saya akan meninggalkan butiran reka bentuk eksperimen kepada anda. Walau bagaimanapun, saya akan memberitahu anda bahawa anda tidak perlu menggunakan osiloskop penyimpanan digital untuk "menangkap" bentuk gelombang sementara untuk mengukur kelewatan penyebaran, jika anda menggunakan sedikit kreativiti. Petunjuk: gunakan penjana isyarat untuk menghantar gelombang persegi frekuensi tinggi ke pintu pilihan anda, dan gunakan osiloskop bukan penyimpanan untuk memantau keputusan.

Dan ya, geganti elektromekanik juga mempunyai masa penundaan intrinsik, yang cenderung jauh lebih besar daripada yang ditemui dengan pintu logika semikonduktor.

Nota:

Soalan ini membuat demonstrasi dalam kelas yang sangat baik. Ia memperlihatkan parameter praktikal ini dengan syarat para pelajar sepatutnya dapat dikaitkan dengan kinesthetically.

Pegang pelajar anda yang bertanggungjawab untuk menyelidik data lembaran, dan bukan hanya mencari maklumat dalam buku teks. Akhirnya, membaca nota data dan nota aplikasi yang ditulis oleh pengeluar akan memastikan mereka mengikuti teknologi terkini jauh lebih berkesan daripada buku teks, memandangkan kebanyakan buku teks yang saya lihat cenderung tertinggal dalam keadaan paling canggih dalam beberapa tahun sekurang-kurangnya . Terdapat banyak maklumat yang dapat diperolehi daripada kesusasteraan pengeluar, jadi persiapkan pelajar anda untuk menggunakannya!

Jelaskan kepada pelajar anda bahawa geganti bukan sahaja mempunyai kelewatan pengaktifan, tetapi kebanyakannya juga menunjukkan lantunan hubungan yang signifikan juga. Hubungi melantun adalah masalah terutamanya di mana relay menghantar isyarat kepada litar logik keadaan pepejal, sehingga jauh lebih besar dari mana relay menghantar isyarat kepada geganti lain. Relay khas boleh diperolehi yang reka bentuk meminimumkan masa dan bouncing aktuasi, tetapi kedua-dua ciri adalah jauh lebih buruk daripada apa-apa kesan setara dalam pintu logik semikonduktor.

Soalan 7

Tentukan keadaan Q dan (Q) output jenis ini jenis D yang berpagar, dengan syarat input berikut:

Sekarang, katakan kami menambah litar satu-pukulan berasaskan penambatan-kelewatan pada baris Enable of this locked-type g-D. Mengkaji kembali output litar, dengan syarat input yang sama:

Komen mengenai perbezaan antara kedua-dua jawapan litar ini, terutamanya dengan merujuk kepada isyarat input yang membolehkan (B).

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Soalan susulan: salah satu daripada litar ini dirujuk sebagai dipancarkan kelebihan . Yang mana "nota tersembunyi"> Nota:

Bincangkan dengan pelajar anda tentang konsep pemicu tepi, dan bagaimana ia dilaksanakan dalam (salah satu) litar dalam soalan ini. Minta mereka untuk menerangkan sebarang tip yang mungkin mereka dapati untuk menganalisis bentuk gelombang denyut. Khususnya, adakah terdapat masa tertentu di mana kita perlu memberi perhatian kepada isyarat input D untuk menentukan apakah output yang dilakukan, dan pada bila-bila masa di mana kita boleh mengabaikan status input D?

Soalan cabaran mengenai kelewatan penyebaran bertujuan untuk mengingatkan pelajar bahawa gambarajah masa yang sempurna disegerakkan dilihat dalam buku teks bukanlah apa yang berlaku dalam kehidupan sebenar. Tanyakan kepada pelajar anda untuk menghuraikan apa keadaan kehidupan sebenar yang akan membuat kelewatan penyebaran itu relevan. Adakah terdapat aplikasi litar digital di mana kita boleh mengabaikan kelewatan sedemikian?

Soalan 8

Ditunjukkan di sini adalah dua komponen digital: selekoh D-jenis dan flip-flop jenis D:

Selain daripada nama yang bodoh, apa yang membezakan "flip-flop" dari selak "# 8"> Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

"Flip-flop" ialah selak yang menukar output hanya pada denyut atau denyut nadi denyut waktu.

Nota:

Perhatikan pelajar anda bahawa input pemasaan flip-flop dipanggil jam dan bukannya membolehkan . Mintalah mereka untuk mengenal pasti apa perbezaan dalam simbolisme menunjukkan perbezaan ini antara kedua-dua peranti.

Soalan 9

Terangkan bagaimana penambahan litar satu-pukulan berasaskan penambatan-kelewatan untuk membolehkan input selak SR mengubah tingkah lakunya:

Khususnya, sebutkan jawapan anda ke meja kebenaran untuk litar ini.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Output peranti ini dibenarkan untuk menukar keadaan hanya apabila isyarat "jam" (C) beralih dari rendah ke tinggi:

Soalan cabaran: apa sebenarnya berlaku dalam keadaan "tidak sah" untuk SR flip-flop ini "nota disembunyikan"> Nota:

Bincangkan dengan pelajar anda apa yang berlaku dalam litar ini apabila isyarat jam sedang melakukan apa-apa selain dari peralihan dari rendah ke tinggi. Keadaan apa yang bersamaan dalam litar selak berlabuh SR biasa?

Soalan cabaran amat sukar untuk dijawab. "Tidak sah" menyatakan mudah untuk ditentukan dalam litar selak SR biasa, berpagar atau tidak. Walau bagaimanapun, kerana flip-flop SR hanya seketika "berpagar" oleh kelebihan isyarat jam, keadaan outputnya jatuh selepas peristiwa kelebihan yang dilalui adalah jauh lebih sukar untuk ditentukan.

Soalan 10

Litar selak SR biasa adalah "ditetapkan" dengan mengaktifkan input S dan menghidupkan semula input R. Sebaliknya, mereka "menetapkan semula" dengan mengaktifkan input R dan menghidupkan semula input S. Walau bagaimanapun, selekoh dan flip-flop gated, sedikit lebih rumit:

Huraikan syarat input apa yang perlu hadir untuk memaksa setiap litar multivibrator ini untuk menetapkan dan menetapkan semula .

Untuk SR gated lock:

Ditetapkan oleh . . .
Tetapkan semula dengan. . .

Untuk SR flip-flop:

Ditetapkan oleh . . .
Tetapkan semula dengan. . .
Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Untuk SR gated lock:

Tetapkan dengan membuat S tinggi, R rendah, dan E tinggi.
Tetapkan semula dengan membuat R tinggi, S rendah, dan E tinggi.

Untuk SR flip-flop:

Tetapkan dengan membuat S tinggi, R rendah, dan peralihan C dari rendah ke tinggi.
Tetapkan semula dengan membuat R tinggi, S rendah, dan peralihan C dari rendah ke tinggi.

Nota:

Tujuan soalan ini ialah mengkaji definisi "set" dan "set semula, " serta membezakan kait dari flip-flop.

Soalan 11

Tentukan keadaan output untuk flip-flop SR ini, memandangkan input pulsa ditunjukkan:

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Nota:

Untuk berjaya menjawab soalan ini, pelajar perlu mengenal pasti apa yang dimaksudkan dengan "gelembung" pada input jam, dan menghubungkannya dengan gambarajah masa. Tanyakan kepada pelajar anda untuk berkongsi apa-apa petua yang mungkin mereka ada mengenai analisis rajah masa, khususnya apa yang ditunjukkan dalam rajah rajah (iaitu titik pada masa adalah satu-satunya titik di mana output mungkin sebenarnya berubah keadaan).

Soalan 12

Perubahan yang sangat popular mengenai tema flip-flop SR adalah litar yang dipanggil flip-flop JK yang ditunjukkan di sini:

Ambil perhatian bahawa flip-flop SR menjadi flip-flop JK dengan menambah satu lagi maklum balas dari output kembali ke membolehkan pintu NAND (yang kini tiga input, bukan dua input). Apakah ini menambah maklum balas yang dicapai "# 12"> Menerangkan jawapan Sembunyikan jawapan

Soalan susulan: komen tentang perbezaan di antara jadual kebenaran ini dan jadual kebenaran untuk flip-flop SR. Adakah terdapat kelebihan operasi yang anda lihat untuk JK flip-flops ke atas SR flip-flops yang membuat mereka "lebih dikenali sebagai nota tersembunyi"> Nota:

Saya telah mendapati bahawa litar flip-flop JK dianalisis dengan baik dengan menetapkan syarat input (1 dan 0) pada rajah skema, dan kemudian mengikuti semua perubahan output gerbang pada peralihan masa nadi seterusnya. Teknik yang benar-benar berfungsi di dalam bilik darjah kerana melakukan ini adalah untuk memperlihatkan gambarajah skematik pada papan putih bersih menggunakan projektor atau projektor komputer, kemudian menuliskan 1 dan 0 negeri dengan pen pada papan. Ini membolehkan anda dengan cepat memadam 1 dan 0 selepas setiap analisis tanpa perlu membuat gambarajah skematik. Seperti biasa, saya mengesyorkan anda mempunyai pelajar yang sebenarnya menulis, dengan anda mengambil peranan seorang jurulatih, membantu mereka daripada sekadar melakukan pemikiran untuk mereka.

Soalan 13

Tentukan apa syarat input yang diperlukan untuk menetapkan, menetapkan semula dan toggle dua jip flip JK ini:

Untuk flip-flop JK dengan input aktif yang tinggi:

Ditetapkan oleh . . .
Tetapkan semula dengan. . .
Togol oleh. . .

Untuk flip-flop JK dengan input rendah aktif:

Ditetapkan oleh . . .
Tetapkan semula dengan. . .
Togol oleh. . .
Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Dalam kedua-dua kes, anda menyebabkan flip-flop untuk masuk ke dalam tiga mod dengan melakukan yang berikut:

Tetapkan dengan mengaktifkan J, menyahaktifkan K, dan menyala C.
Tetapkan semula dengan mengaktifkan K, menyahaktifkan J, dan clocking C.
Togol dengan mengaktifkan J dan K secara bersamaan, dan clocking C.

Khususnya, di sini adalah apa yang anda perlu lakukan untuk setiap flip-flop, yang dinyatakan dalam keadaan "tinggi" dan "rendah" menyatakan keadaan logik:

Untuk flip-flop JK dengan input aktif yang tinggi:

Tetapkan dengan membuat J tinggi, K rendah, dan peralihan C dari rendah ke tinggi.
Tetapkan semula dengan membuat peralihan K, J rendah, dan C dari rendah ke tinggi.
Togol dengan membuat tinggi J, K tinggi, dan peralihan C dari rendah ke tinggi.

Untuk flip-flop JK dengan input rendah aktif:

Tetapkan dengan membuat K tinggi, J rendah, dan peralihan C dari tinggi ke rendah.
Tetapkan semula dengan membuat tinggi J, K rendah, dan peralihan C dari tinggi ke rendah.
Togol dengan membuat rendah J, K rendah, dan peralihan C dari tinggi ke rendah.

Nota:

Soalan ini mengkaji mod asas JK flip-flop, serta pentingnya input rendah aktif.

Soalan 14

Tentukan keadaan output untuk flip-flop JK ini, memandangkan input nadi ditunjukkan:

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Nota:

Minta pelajar mengenal pasti kawasan tersebut pada rajah masa dimana flip-flop sedang ditetapkan, ditetapkan semula, dan ditukar ganti .

Soalan 15

Tentukan keadaan output untuk flip-flop D ini, memandangkan input nadi ditunjukkan:

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Nota:

Mintalah pelajar mengenal pasti kawasan tersebut pada rajah masa dimana flip-flop sedang ditetapkan dan ditetapkan semula .

Soalan 16

Tentukan keadaan output untuk flip-flop JK ini, memandangkan input nadi ditunjukkan:

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Nota:

Minta pelajar mengenal pasti kawasan tersebut pada rajah masa dimana flip-flop sedang ditetapkan, ditetapkan semula, dan ditukar ganti .

Soalan 17

Flip-flop selalunya dilengkapi dengan talian input tak segerak dan garisan input segerak . Flip-flop JK ini, sebagai contoh, mempunyai input tak segerak "dipratetap" dan "jelas"

Terangkan fungsi input ini. Kenapa kita mahu menggunakannya dalam litar "# 17"> Menerangkan jawapan Sembunyikan jawapan

Input "asynchronous" memaksa output untuk sama ada "menetapkan" atau "menetapkan semula" keadaan bebas daripada jam. Input "Segerak" mempunyai kawalan ke atas output flip-flop hanya apabila nadi jam membolehkan.

Kenapa input asinkron kurang aktif, saya tidak akan memberikan jawapan kepada anda secara langsung. Tetapi saya akan memberikan petunjuk: pertimbangkan pelaksanaan TTL flip-flop ini.

Nota:

Perhatikan pelajar anda bahawa kadangkala input Preset dan Clear dipanggil langsung dan set semula langsung . Tinjau dengan pelajar anda apa yang dimaksudkan untuk input untuk menjadi "aktif-rendah" berbanding "tinggi-tinggi." Tanya kepada mereka apa akibatnya jika pereka litar menyalahpahami keadaan masukan dan gagal memberikan jenis isyarat yang tepat ke litar .

Soalan 18

Seorang ahli sains menggunakan sistem mikropemproses untuk memantau status boolean ("tinggi" atau "rendah") sensor zarah dalam percubaan nuklear berkelajuan tinggi. Masalahnya ialah, peristiwa nuklear yang dikesan oleh sensor datang dan pergi lebih cepat daripada mikropemproses yang dapat mencuba mereka. Ringkasnya, keluaran pulsa oleh sensor terlalu singkat untuk ditangkap oleh mikropemproses setiap masa:

Dia meminta beberapa juruteknik untuk mencuba dan menyelesaikan masalah itu. Satu cuba mengubah program mikropemproses untuk mencapai pemungut sampingan yang lebih pantas, tanpa sia-sia. Satu lagi menimbang semula sensor zarah untuk bertindak balas lebih perlahan, tetapi ini hanya menghasilkan data yang tidak dijawab (kerana data dunia sebenar tidak perlahan sewajarnya!). Tiada penyelesaian yang cuba dilakukan setakat ini, kerana masalah asasnya adalah bahawa mikropemproses terlalu lambat untuk "menangkap" peristiwa nadi yang sangat singkat yang datang dari sensor zarah. Apa yang diperlukan ialah sesetengah litar luaran untuk "membaca" keadaan sensor di pinggir terdahulu denyut sampel, dan kemudian memegang keadaan digital yang cukup lama untuk mikropemproses itu untuk mendaftarkannya dengan pasti.

Akhir sekali, juruteknik elektronik lain datang dan mencadangkan penyelesaian ini, tetapi kemudian pergi bercuti, meninggalkan anda untuk melaksanakannya:

Terangkan bagaimana ini flip-flop D-jenis berfungsi untuk menyelesaikan masalah ini, dan tindakan yang perlu diambil oleh mikropemproses pada pin output untuk menjadikan fungsi flip-flop sebagai pengesan untuk pelbagai denyutan.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Flip-flop menjadi "set" setiap kali nadi datang dari sensor. Mikropemproses mesti membersihkan flop-flop selepas membaca nadi yang ditangkap, jadi flip-flop akan bersedia untuk menangkap dan memegang nadi baru.

Soalan cabaran: keluarga logik flip-flop yang anda cadangkan akan digunakan untuk aplikasi ini, memandangkan keperluan untuk maklum balas yang sangat pantas "nota disembunyikan"> Nota:

Ini adalah aplikasi yang sangat praktikal untuk flip-flop D-jenis, dan juga pengenalan kepada salah satu perangkap sistem pengambilalihan berasaskan mikropemproses. Jelaskan kepada murid-murid anda bahawa masa terhingga yang diperlukan untuk mikropemproses untuk kitaran melalui programnya boleh membawa kepada keadaan seperti ini di mana peristiwa masa nyata tidak terjawab kerana mikropemproses itu "sibuk" melakukan perkara-perkara lain pada masa itu.

Soalan 19

Kenal pasti sekurang-kurangnya satu kesalahan komponen yang akan menyebabkan flip-flop menunjukkan "mengikut arah jam" sepanjang masa, tanpa mengira gerakan pengekod:

Untuk setiap kesalahan yang dicadangkan, jelaskan mengapa ia akan menyebabkan masalah yang dijelaskan.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Phototransistor Q 1 gagal dipendekkan.
Resistor R 2 gagal dibuka.
Flipflop U 1 output gagal tinggi.

Soalan susulan: terangkan mengapa kehadiran cahaya sekeliling berhampiran phototransistor juga boleh menyebabkan masalah ini berlaku.

Nota:

Pastikan anda membincangkan dengan pelajar anda sebab-sebab mengapa kesalahan yang dicadangkan itu akan menyebabkan masalah yang dinyatakan.

Soalan 20

Katakan pelajar ingin membina litar kawalan lampu yang dikawal bunyi, di mana satu bunyi tepukan atau hingar bunyi lain yang bertukar menjadi lampu, dan satu lagi satu lagi bunyi yang mematikannya. Litar pengesanan bunyi dan lekapan lampu ditunjukkan di sini:

Tambah flip-flop JK ke gambarajah skematik ini untuk melaksanakan fungsi toggling.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Nota:

Sesetengah pelajar mungkin bertanya sama ada terdapat sebarang kepentingan untuk menggunakan output (Q) dan bukan Q. Bincangkan ini dengan pelajar anda: sama ada mereka fikir ia akan membuat apa-apa perbezaan, atau jika ia hanya merupakan pilihan sewenang-wenang yang dibuat oleh pereka litar . Kemudian, tanyakan kepada mereka bagaimana mereka akan membuktikan penghakiman mereka.

Terdapat banyak senario kegagalan "jika jika" anda boleh meminta pelajar anda tentang sini, mencabar mereka untuk menganalisis litar ini dengan perspektif pemecahan masalah. Jika masa membenarkan, bersenang-senang dengan ini.

Soalan 21

Jika kekerapan jam memandu flip-flop ini ialah 240 Hz, apakah kekerapan isyarat keluaran flip-flop (sama ada Q atau (Q)) "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com /images/quiz/01372x01.png ">

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

f keluar = 120 Hz

Soalan susulan: bagaimana anda boleh menggunakan flip-flop lain untuk mendapatkan isyarat gelombang persegi 60 Hz dari litar ini?

Nota:

Tanya pelajar anda untuk memikirkan beberapa aplikasi praktikal untuk jenis litar ini. Bagi mereka yang cenderung muzik, tanyakan kepada mereka apa hubungan muzik antara nota yang frekuensinya adalah nisbah 2: 1 tepat (petunjuk: ia selang sama dengan lapan kunci putih pada papan kekunci piano). Bagaimanakah litar seperti ini boleh digunakan dalam sintesis muzik?

Soalan 22

Litar flip-flop yang ditunjukkan di sini dikelaskan sebagai segerak kerana kedua-dua flip-flop menerima denyutan jam pada masa yang sama:

Tentukan parameter berikut:

Masa persediaan
Pegang masa
Masa tunda penyebaran
Tempoh nadi minimum jam

Kemudian, jelaskan bagaimana setiap parameter ini relevan dalam litar yang ditunjukkan.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Kekerapan jam mesti cukup perlahan sehingga ada waktu penyiapan yang mencukupi sebelum denyutan jam berikutnya. Masa kelewatan penyebaran FF1 juga mesti lebih besar daripada masa pegangan FF2. Dan, tentu saja, lebar denyut isyarat jam mesti cukup lama untuk kedua flip-flop untuk "clock".

Nota:

Saya hanya boleh meminta para pelajar untuk mentakrifkan istilah, tetapi di mana keseronokan dalam "panel kerja panel panel lalai"

Soalan 23

Cari datasheet pengeluar untuk IC flip-flop, dan penyelidikan parameter berikut:

Jenis flip-flop (SR, D, JK)
Nombor Bahagian
Simbol standard ANSI / IEEE
Berapa banyak input tidak segerak
Masa persediaan dan pegang minimum (ditunjukkan dalam rajah masa)
Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Saya akan membiarkan anda melakukan penyelidikan mengenai soalan ini!

Nota:

Sekiranya pelajar mendakwa mereka "tidak dapat mencari mana-mana bahagian untuk penyelidikan, " cadangkan yang berikut:

74107
74109
74112
40174
40175

Soalan 24

Walaupun fungsi tolol dari flip-flop JK adalah salah satu kegunaannya yang paling popular, ini bukan satu-satunya jenis flip-flop yang mampu melaksanakan fungsi togol. Lihatlah flip-flop D-jenis yang mengasyikkan serba boleh dikonfigurasi untuk melakukan perkara yang sama:

Terangkan bagaimana litar ini menjalankan fungsi "togol" yang lebih kerap dikaitkan dengan flip-flop JK.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Pada setiap nadi jam, flip-flop mesti bertukar ke keadaan bertentangan kerana D menerima maklum balas terbalik dari (Q).

Nota:

Tujuan utama soalan ini adalah untuk mendapatkan pelajar melihat bahawa toggling bukan domain eksklusif JK flip-flops. Fakta ini mungkin sangat berguna untuk mengetahui jika seseorang memerlukan fungsi togol dalam litar tetapi hanya mempunyai flip-flop D-jenis yang tersedia, bukan flip-flop JK.

Soalan 25

Seorang pelajar mempunyai idea untuk membuat togol flip-flop JK: mengapa tidak hanya menyambungkan input J, K, dan Jam bersama-sama dan memacu mereka semua dengan nada gelombang persegi yang sama "// www.beautycrew.com.au// sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/02938x01.png ">

Malangnya, flip-flop JK enggan bertukar apabila litar ini dibina. Tidak kira berapa jam denyutnya diterima, output Q dan (Q) kekal dalam keadaan asalnya - flip-flop tetap "terkunci." Jelaskan sebab praktikal mengapa idea litar flip-flop pelajar tidak akan berfungsi.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Dengan semua input yang diikat bersama, terdapat masa persediaan sifar pada input J dan K sebelum denyutan nadi meningkat.

Nota:

Tujuan soalan ini ialah untuk mendapatkan pelajar berfikir tentang masa persediaan, dan untuk melihat kepentingannya dengan menyediakan senario di mana litar tidak akan berfungsi kerana parameter ini telah diabaikan.

Soalan 26

Huraikan bagaimana operasi litar lampu yang diaktifkan bunyi ini akan terjejas akibat daripada kesilapan berikut. Pertimbangkan setiap kesalahan secara berasingan (iaitu satu pada satu masa, tidak banyak kesalahan):

Resistor R 1 gagal dibuka:
Resistor R 3 gagal dibuka:
Diode D 1 gagal dibuka:
Transistor Q 2 gagal dipintas antara pemungut dan pemancar:
Jambatan solder jambatan melepasi R 5 :

Untuk setiap syarat ini, terangkan mengapa kesan yang dihasilkan akan berlaku.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Resistor R 1 gagal dibuka: Status lampu tidak berubah.
Resistor R 3 tidak terbuka: Status lampu tidak berubah.
Diode D 1 gagal dibuka: Litar berfungsi dengan baik untuk beberapa kitaran, kemudian gagal dengan lampu sama ada yang tinggal atau tertinggal (kerana transistor Q gagal 2 ).
Transistor Q 2 gagal dipintas antara pemungut dan pemancar: Lampu kekal pada.
Jambatan pateri melepaskan pateri R 5 : Kemungkinan kegagalan flip-flop U2 atau transistor Q 2 selepas tempoh masa lanjutan dengan lampu pada.

Nota:

Tujuan soalan ini adalah untuk mendekati domain pemecahan litar dari perspektif mengetahui apa yang salah, bukan hanya mengetahui apa gejala. Walaupun ini tidak semestinya perspektif yang realistik, ia membantu pelajar membina pengetahuan asas yang diperlukan untuk mendiagnosis litar yang salah dari data empirikal. Soalan-soalan seperti ini harus diikuti (akhirnya) dengan soalan lain yang meminta pelajar mengenal pasti kemungkinan kesalahan berdasarkan pengukuran.

  • ← Lembaran Kerja Sebelumnya

  • Indeks Lembaran Kerja

  • Lembaran kerja seterusnya →