Virknisreglan fyrir flip-flop hringrásir
Pendahuluan
Flip-flop rafrásir eru einn af grundvallareiningum stafrænnar rafeindatækni og gera kleift að geyma og vinna úr tvíundaupplýsingum (bitum). Flip-flop eru af mörgum gerðum og hafa fjölbreytt notkunarsvið, allt frá gagnageymslu til flókinna rökrása. Þessi grein miðar að því að kafa dýpra í virkni flip-flop, ýmsar gerðir og notkun þeirra í rafeindatækni.
Grunnatriði vinnubragða
Flip-flop er í raun tvístöðug rás, sem þýðir að hún getur verið í einu af tveimur stöðugum ástöndum. Þessi rás er fær um að viðhalda þessum ástöndum án þess að þörf sé á stöðugu inntaksmerki. Ólíkt einföldum rökhliðum, sem breyta strax úttaki sínu út frá inntakinu, getur flip-flop „munið“ síðasta ástand sitt.
SR Flip-flop
Einfaldasta gerðin af flip-flop er SR (Set-Reset) flip-flop. Helstu íhlutir SR flip-flop eru tvö samtengd NOR eða NAND hlið. Hér er sannleikstaflan fyrir SR flip-flop sem notar NOR hlið:
| S (Setja) | R (Endurstilla) | Q (Úttak) | Q' (Viðbót úttaks) |
|————|————–|————|————————|
| 0 | 0 | Q (fyrri) | Q' (fyrri) |
| 0 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | Óskilgreint| Óskilgreint |
Sú staða í töflunni þar sem S og R eru bæði 1 er óstöðug og er ekki notuð í reynd.
D Flip-flop
Til að taka á vandamálinu með bannað ástand í SR-flip-flip-um var D-flip-inn kynntur til sögunnar. D-flip-inn einfaldar inntakið með því að hafa aðeins eitt gagnainntak (D) og eitt klukkuinntak (C). Úttakið breytir aðeins um ástand þegar klukkumerki er til staðar. Hér er sannleikstaflan fyrir D-flip-inn:
| D | Klukka | Q (Úttak) | Q' (Úttaksviðbót) |
|—|——-|————|————————|
| 0 | ↑ | 0 | 1 |
| 1 | ↑ | 1 | 0 |
Þegar hækkandi brún klukkumerkisins á sér stað mun Q úttakið fylgja D gildinu.
JK Flip-flop
JK flip-flopinn er frekari framför frá SR flip-flopinum og útrýmir þessu óstöðuga ástandi. JK flip-flopinn hefur tvo inntak, J og K, og klukkuinntak. Sannleikstaflan er sem hér segir:
| J | K | Klukka | Q (Úttak) | Q' (Úttaksviðbót) |
|——|——|——-|————|————————|
| 0 | 0 | ↑ | Q (fyrri) | Q' (fyrri) |
| 0 | 1 | ↑ | 0 | 1 |
| 1 | 0 | ↑ | 1 | 0 |
| 1 | 1 | ↑ | Q' (fyrri) | Q (fyrri) |
Þegar inntök J og K eru 1, verður úttakið viðbót fyrri ástands, eða í tæknilegu tilliti „rofi“.
T-flip-flop
T-flipinn eða Toggle-flipinn er afbrigði af JK-flipnum þar sem bæði inntök J og K eru tengd saman og merkt T. Þetta veldur því að útgangurinn Q breytir stöðu í hvert skipti sem klukkumerkisbrún kemur fram. Sannleikstaflan er sem hér segir:
| T | Klukka | Q (Úttak) | Q' (Úttaksviðbót) |
|—|——-|————|————————|
| 0 | ↑ | Q (fyrri) | Q' (fyrri) |
| 1 | ↑ | Q' (fyrri) | Q (fyrri) |
Innleiðing og beiting
Skrár og minni
Ein helsta notkun flip-flops er í gagnaskrám og minni. Gagnaskrá er safn flip-flops sem geyma bita af gögnum; venjulega geymir einn flip-flop einn bita. Gagnaskrár eru mikið notaðar í örgjörvum til að geyma tímabundið gögn sem eru unnin. Með því að tengja saman marga flip-flops getum við búið til gagnaskrá með ákveðinni bita breidd, til dæmis 8 bita eða 16 bita.
Tölvuminni eins og SRAM (Static RAM) inniheldur stórt fylki af flip-flops sem hægt er að nálgast til að lesa eða skrifa gögn.
Teljari og tímastillir
Flip-flops eru einnig notaðir í teljara- og tímamælingarrásum. Teljari er rás sem telur klukkumerki og breytir því í tvíundaform, sem hægt er að nota til tímasetningar eða sem vísitölu. Einfalt dæmi er að nota T-flip-flops í röð til að búa til tvíundamæla.
Vaktaskrá
Hliðrunarskrá er tegund skráar sem getur fært gagnabita sína til vinstri eða hægri. Hún er notuð í ýmsum forritum, svo sem rað-til-samsíða gagnavinnslu, þar sem gögn eru raðtengd eða samsíðatengd til sendingar eða móttöku frá kerfinu.
Rökstýring
Vegna þess að flip-flops geyma stöðu eru þeir notaðir í rökstýringum til að rekja stöðu eða umbreytingu í rafrás út frá inntaksatburðum. Dæmi um þetta er stöðuvél, sem framkvæmir ákveðna aðgerð út frá núverandi stöðu hennar og inntaksmerkinu sem hún tekur við.
Niðurstaða
Flip-flops eru grundvallarþáttur í stafrænum rafrásum. Með ýmsum gerðum flip-flops, svo sem SR, D, JK og T, getum við náð fram fjölbreyttum aðgerðum og notkunarmöguleikum, allt frá einfaldri gagnageymslu til flókinnar rökstýringar. Að skilja virkni flip-flops og notkun þeirra gerir okkur kleift að hanna skilvirkari og árangursríkari stafræn kerfi í samræmi við þarfir okkar. Sem einn af helstu byggingareiningum í heimi rafeindatækni munu flip-flops áfram vera mikilvægur þáttur í framtíðar tækninýjungum.
