NAND Gate S-R Flip-Flop

ONDERDELEN EN MATERIALEN

• 4011 quad NAND-poort (Radio Shack-catalogus # 276-2411)
• 4001 quad NOR-poort (Radio Shack-catalogus # 276-2401)
• DIP-schakelaar met acht standen (Radio Shack-catalogus # 275-1301)
• Bargraph-LED met tien segmenten (Radio Shack-catalogus # 276-081)
• Eén 6 volt batterij
• Drie weerstanden van 10 kΩ
• Twee weerstanden van 470

Let op! De 4011 IC is CMOS, en dus gevoelig voor statische elektriciteit! Hoewel de onderdelenlijst een LED-eenheid met tien segmenten vereist, toont de afbeelding in plaats daarvan twee afzonderlijke LED's. Dit komt door gebrek aan ruimte op mijn breadboard om de schakelaareenheid, twee geïntegreerde schakelingen en het staafdiagram te monteren.

Als je ruimte op je breadboard hebt, gebruik dan gerust het staafdiagram zoals gevraagd in de onderdelenlijst en zoals getoond in eerdere vergrendelingscircuits.

KRUISVERWIJZINGEN

Lessen in elektrische circuits , Volume 4, hoofdstuk 3:“Logic Gates”

Lessen in elektrische circuits , Volume 4, hoofdstuk 10:“Multivibrators”

LEERDOELSTELLINGEN

• Het verschil tussen een gated latch en een flip-flop
• Hoe een "pulsdetector"-circuit te bouwen
• Leer de effecten van schakelcontact "bounce" op digitale circuits

SCHEMATISCH DIAGRAM

ILLUSTRATIE

INSTRUCTIES

Het enige verschil tussen een gated (of ingeschakeld ) latch en een flip-flop is dat een flip-flop alleen is ingeschakeld op de stijgende of dalende rand van een "klok"-signaal, in plaats van voor de gehele duur van een "hoog" activeringssignaal.

Om een ​​ingeschakelde vergrendeling in een flip-flop om te zetten, hoeft alleen maar een "pulsdetector" -circuit aan de Enable-ingang te worden toegevoegd, zodat de flank van een klokpuls een korte "hoge" Enable-puls genereert:

De enkele NOR-poort en drie inverterpoorten creëren dit effect door gebruik te maken van de voortplantingsvertragingstijd van meerdere, in cascade geschakelde poorten. In dit experiment gebruik ik drie NOR-poorten met parallelle ingangen om drie omvormers te maken, waarbij ik dus alle vier de NOR-poorten van een 4001-geïntegreerd circuit gebruik:

Normaal gesproken zou bij gebruik van een NOR-poort als inverter de ene ingang geaard zijn terwijl de andere als inverteringang fungeert, om de ingangscapaciteit te minimaliseren en de snelheid te verhogen. Hier is echter een langzame reactie gewenst , en dus parallel de NOR-ingangen om omvormers te maken in plaats van de meer conventionele methode te gebruiken.

Houd er rekening mee dat dit specifieke pulsdetectorcircuit een "hoge" uitgangspuls produceert bij elke dalende flank van het kloksignaal (ingangssignaal). Dit betekent dat het flip-flop circuit alleen moet reageren op de Set- en Reset-ingangsstatussen wanneer de middelste schakelaar van "aan" naar "uit" wordt verplaatst, niet van "uit" naar "aan".

Wanneer u dit circuit bouwt, kunt u echter ontdekken dat de uitgangen reageren op Set- en Reset-ingangssignalen gedurende beide overgangen van de klokingang, niet alleen wanneer deze van een "hoge" staat naar een "lage" staat wordt geschakeld.

De reden hiervoor is contact bounce :het effect van een mechanische schakelaar die snel maakt en breekt wanneer de contacten voor het eerst worden gesloten, vanwege de elastische botsing van de metalen contactvlakken. In plaats van dat de klokschakelaar een enkele, zuivere signaalovergang van laag naar hoog produceert wanneer gesloten, zullen er hoogstwaarschijnlijk verschillende laag-hoog-laag "cycli" zijn, aangezien de contactvlakken "stuiteren" bij uit-naar-aan activering.

De eerste overgang van hoog naar laag die wordt veroorzaakt door stuiteren, activeert het circuit van de pulsdetector, waardoor de SR-vergrendeling voor dat moment wordt ingeschakeld, waardoor deze reageert op de ingangen Set en Reset. In het ideale geval zijn schakelaars natuurlijk perfect en stuiterend. In de echte wereld is contact bounce echter een veel voorkomend probleem voor digitale gate-circuits die worden bediend door schakelaaringangen en moet goed worden begrepen als het moet worden overwonnen.

GERELATEERD WERKBLAD:

• Flip-Flop Circuits-werkblad