フリップフロップは、コンピューターや通信デバイスでデータを保存し、情報の流れを制御するために使用されます。フリップフロップとは異なり、ラッチは特定の入力がアクティブなときに出力を変更できます。ラッチとフリップフロップは両方とも異なります。ラッチはレベルに敏感ですが、フリップフロップはエッジに敏感です。
ラッチとフリップフロップが入力信号にどのように反応するかを調べることで、ラッチとフリップフロップを比較できます。ラッチは入力信号のレベルに応じて出力を変化させます。入力の信号は High または Low になります。フリップフロップは、入力信号の遷移に応じて出力を変化させます。これは、入力信号が High と Low ではなく、上昇または下降のいずれかになることを意味します。
フリップフロップには、SR、JK、D、T フリップフロップなどのさまざまな種類があります。この記事では、D タイプ フリップフロップについて詳しく説明します。 SR フリップフロップを使用して D タイプ フリップフロップを設計できます。 NOT ゲートは D タイプ フリップフロップの S 入力と R 入力の間に接続され、これらの入力は両方とも接続されます。 SR フリップフロップの代わりに D タイプ フリップフロップを使用できます。この構成では、SET 状態と RESET 状態のみが必要です。
概要:
- D型フリップフロップとは何ですか?
- D型フリップフロップ回路
- タイミング図
- D型フリップフロップの真理値表
- D型フリップフロップのマスタースレーブ構成
- マスタースレーブD型フリップフロップ回路
- 分周用D型フリップフロップ
- データラッチとしてのDフリップフロップ
- 透過的なデータラッチ
- D型フリップフロップIC
- 結論
D型フリップフロップとは何ですか?
D タイプ フリップフロップ (遅延フリップフロップ) は、2 つの安定状態を持つクロック デジタル回路要素です。このタイプのフリップフロップは、入力で 1 クロック サイクルの遅延を使用します。このため、複数の D タイプ フリップフロップをカスケード接続して遅延回路を作成できます。 D タイプ フリップフロップには、特にデジタル テレビ システムでさまざまな用途があります。
D型フリップフロップ回路
単純な D タイプ フリップフロップには 4 つの入力と 2 つの出力が含まれています。これらの入力は次のとおりです。
1. データ
2.時計
3.セット
4.リセット
D タイプ フリップフロップの 2 つの出力は、論理的に互いに反転します。入力データはロジック 0 (低電圧) またはロジック 1 (高電圧) のいずれかです。クロック入力信号はフリップフロップを外部信号と同期させます。 2 つの入力セットおよびリセットは、低論理レベルに維持されます。 D タイプ フリップフロップには 2 つの可能な状態があります。フリップフロップのデータ入力 (D) が 0 の場合、フリップフロップはリセットされ、出力は 0 になります。データ入力 (D) が 1 の場合、フリップフロップはセットされ、結果は1の出力。
D タイプ フリップフロップは D タイプ ラッチとは異なることに注意することが重要です。 D タイプ ラッチにはクロック信号は必要ありませんが、D タイプ フリップフロップの状態を変更するにはクロック信号が必要です。
1 対の SR ラッチを使用して D タイプ フリップフロップを構築できます。 S 入力と R 入力の間の単一データ入力にも反転接続が必要です。 S 入力と R 入力を同時に High または Low にすることはできません。 D タイプ フリップフロップの主なハイライトの 1 つは、データ情報を保存および保持できるラッチを作成できることです。 D タイプ フリップフロップのこのラッチ特性を使用して、遅延回路を作成し、必要なときにデータを処理できます。 D タイプ フリップフロップは、主に分周器やデータ ラッチに使用されます。
タイミング図
タイミング図を左から右に分解してみましょう。
- タイミング図の先頭では、 Q 初期状態はLOWです。 SETが一時的にHIGHになると、 Q HIGH になり、HIGH のままになります。一方、RESET が一時的に HIGH になると、 Q LOW になり、LOW のままになります。
- DATA が LOW から HIGH に変化しても、 Q 。出力は DATA の変更に応答しません。最初のクロックパルスの立ち上がりエッジでは、DATAがHIGHなので、 Q HIGHになります。 DATA は一時的に LOW に戻り、その後 HIGH に戻りますが。これらすべては影響を与えません Q 。 2 番目のクロック パルスの立ち上がりエッジでは、DATA はまだ HIGH であり、 Q もHIGHのままです。
- 3 番目のクロック パルスの立ち上がりエッジに移行すると、DATA が LOW のときに、 Q LOWになります。 4 番目と 5 番目のクロック パルスでは、DATA が LOW のままです。 Q また、各立ち上がりエッジでも LOW のままです。最後に、立ち上がりエッジが来ると、DATA は HIGH になり、 Q もHIGHになります。
注意してください。 Q̅ 常に反対です Q 。 SET 入力はいつでも出力を HIGH にすることができます。同様に、RESET 入力を使用すると、いつでも出力を LOW にすることができます。
D型フリップフロップの真理値表
D タイプ フリップフロップの特性は、D フリップフロップ真理値表を使用して記述できます。真理値表の内部には、D という 1 つの入力があることがわかります。同様に、Q(n+1) という 1 つの出力だけがあります。
| CLK | D | Q(n+1) | 州 |
| – | 0 | 0 | リセット |
| – | 1 | 1 | セット |
D タイプ フリップフロップの特性表には、D と Qn の 2 つの入力があります。特性テーブルには出力 Q(n+1) が 1 つあります。
D タイプの論理図から、Qn と Qn’ は 2 つの相補出力であると結論付けることができます。これら 2 つの出力は、ゲート 3 とゲート 4 の入力としても機能します。したがって、フリップフロップの現在の状態である Qn が入力とみなされ、フリップフロップの次の状態である Q(n+1) が考慮されます。出力とみなされます。
| D | Qn | Q(n+1) |
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 |
D タイプ フリップフロップの特性テーブルを使用すると、2 変数 K マップから K マップ ブール式を作成できます。
D型フリップフロップのマスタースレーブ構成
D タイプ フリップフロップの動作を改善するには、D タイプ フリップフロップ出力の最後に 2 番目の SR フリップフロップを追加します。これにより、D タイプ フリップフロップの出力から相補クロック信号がアクティブになります。その結果、マスタースレーブの D タイプ フリップフロップが形成されます。クロック信号の立ち上がりエッジ(LowからHigh)が来ると、マスターフリップフロップの入力状態がラッチされます。一方、マスター D タイプ フリップフロップの出力は非アクティブになります。
同様に、クロック信号の立ち下がりエッジまたは立ち下がりエッジ (High から Low) が到着すると、2 段目のスレーブがアクティブになります。クロック パルスが High から Low に変化すると (負のパルス中)、出力が変化します。マスター/スレーブ D タイプ フリップフロップは、2 つのラッチをカスケード接続し、両方のクロック位相が逆になるように設計できます。
マスタースレーブD型フリップフロップ回路
したがって、D タイプのマスター/スレーブ回路から、D タイプのマスター/スレーブ回路でクロック パルスが立ち上がるときに、マスター フリップフロップがどのように D 入力からデータをロードするかがわかります。これによりマスターがオンになります。クロック パルスの 2 番目のエッジ (立ち下がりエッジ) で、スレーブ フリップフロップはデータをロードし、スレーブをオンにします。
全体として、この構成では、1 つのフリップフロップが常にオンになり、もう 1 つはオフになります。このマスター/スレーブ フリップフロップ構成の出力 Q は、完全なクロック パルス サイクルが適用された場合にのみ D の値をキャプチャすることに注意してください。この完全なサイクルには、0-1-0 の構成で立ち上がりエッジと立ち下がりエッジが含まれている必要があります。
分周用D型フリップフロップ
D タイプ フリップフロップを分周回路として使用することもできます。 D フリップフロップの出力 Q を入力 D に直接接続します。これにより、閉ループ フィードバック システムが作成されます。クロック パルスの 2 サイクルごとに、双安定が切り替わります。
データ ラッチは、バイナリ ディバイダまたは周波数ディバイダとしても機能します。これにより、2 分周カウンタ回路が作成されます。これは、出力周波数がクロックパルス周波数に比べて半分になることを意味します。
D 型フリップフロップの周囲にフィードバック ループ システムを組み込むことで、T 型双安定フリップフロップとも呼ばれる T 型フリップフロップなど、さまざまなタイプのフリップフロップ回路を作成することもできます。バイナリ カウンタのこの T 型フリップフロップは、以下に示すように、2 分周回路のように動作します。
上記の波形から、出力 Q が入力端子 D にフィードバックとして与えられると、Q での出力パルスの周波数は入力クロック周波数 (f) の半分 (f/2) に正確に等しくなる、と結論付けることができます。 で ）。つまり、この回路は入力周波数を 2 で分周することで分周を実現します。 Q は 2 クロック サイクルごとに 1 になります。
データラッチとしてのDフリップフロップ
D フリップフロップと周波数分割は、データ ラッチとしても機能します。データ ラッチは、入力に存在するデータを保持または呼び出すように機能するデバイスです。実際にはシングルビットのメモリデバイスとして動作します。のような IC を簡単に見つけることができます。 TTL 74LS74 または CMOS 4042 クアッドフォーマットで。これらの IC は、データ ラッチの目的のために特別に設計されています。
4 ビット データ ラッチを構成するには、4 つの 1 ビット データ ラッチを接続します。また、これらすべての 1 ビット データ ラッチのクロック入力が相互接続され、同期されていることを確認してください。以下は、特定の 4 ビット データ ラッチ回路です。
透過的なデータラッチ
エレクトロニクスやデジタル回路では、データ ラッチが数多く応用されています。データ ラッチを使用すると、バッファリング、I/O ポート管理、双方向バス駆動、およびディスプレイ駆動を管理できます。両方で非常に高い出力インピーダンスが得られるように設計されています。 Q とその補数出力 Q̅ 。これにより、接続された回路に対するインピーダンスの影響が最小限に抑えられます。
ほとんどの場合、単一の 1 ビット データ ラッチは一般的に使用されないことがわかります。市販の IC は、複数の個別データ ラッチ (4、8、10、16、または 32) を 1 つのパッケージに統合しています。例としては、 74LS373 オクタル D タイプ透明ラッチ。
考えられるのは、 74LS373 8つのデバイスを持つデバイスとして D型フリップフロップ その中。各フリップフロップにはデータ入力があります D そして出力 Q 。クロック入力 (CLK) が HIGH の場合、各フリップフロップの出力はデータ入力と一致します。これは、データ入力が出力に対して透過的、つまり可視であることを意味します。この開いた状態では、からのパスは D̅ に入力する Q̅ 出力は透明です。これにより、データが妨げられずに流れることができるため、透明ラッチという名前が付けられています。
一方、クロック信号が LOW の場合、ラッチは閉じます。での出力 Q̅ クロック信号が変化する前に存在するデータの最後の値にラッチされます。この時点で、 Q̅ に応じて変化することはもうありません D̅ 。
D型フリップフロップIC
TTL パッケージと CMOS パッケージの両方で、さまざまなタイプの D フリップフロップ IC が入手可能です。 74LS74 は、検討できる一般的に使用されるオプションの 1 つです。これは、単一チップ内に 2 つの個別の D タイプ双安定回路を含むデュアル D フリップフロップ IC です。これを使用すると、シングルまたはマスター/スレーブ トグル フリップフロップを作成できます。
直接クリア入力を備えた 74LS174 HEX D フリップフロップなど、他の D タイプ フリップフロップ IC 回路も利用可能です。別の D フリップフロップ IC は、相補出力を備えた 74LS175 Quad D フリップフロップです。 74LS273 オクタル D タイプ フリップフロップには、合計 8 つの D タイプ フリップフロップがあります。これら 8 つのフリップフロップにはすべてクリア入力があります。これらの入力はすべて 1 つのパッケージで接続されています。
結論
D タイプ フリップフロップは、2 つの連続した SR ラッチを使用して設計できます。 S 入力と R 入力の間にもインバータが使用されます。これにより、単一の D (データ) 入力が出力されます。基本的な D タイプ フリップフロップに 2 番目の SR フリップフロップを追加できます。これにより、D タイプのフリップフロップの動作が改善されます。この SR フリップフロップを D タイプ フリップフロップの出力に接続できます。クロック信号が元の信号と逆の場合にのみ機能します。この構成は、マスター/スレーブ D フリップフロップとしても知られています。
D タイプ ラッチと D タイプ フリップフロップは両方とも異なります。ラッチにはクロック信号がありませんが、D タイプ フリップフロップにはクロック信号が含まれています。 D フリップフロップはエッジ トリガー デバイスです。入力データ転送は、クロックの立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジを使用して制御されます。一方、データ ラッチは、データ ラッチやトランスペアレント ラッチと同様、レベルに敏感なデバイスです。