Een NAND-gebaseerde Set-Reset Flip-Flop Circuit Bouwen

ONDERDELEN EN MATERIALEN

• 4011 quad NAND poort (Radio Shack catalogus # 276-2411)
• 4001 quad NOR poort (Radio Shack catalogus # 276-2401)
• Acht-positie DIP-schakelaar (Radio Shack catalogus # 275-1301)
• Tien-segment bargraf LED (Radio Shack catalogus # 276-081)
• Eén 6 V batterij
• Drie 10 kΩ weerstanden
• Twee 470 Ω weerstanden

Let op! De 4011 IC is CMOS en dus zeer gevoelig voor statische ontlading. Hoewel de onderdelenlijst een tien-segment LED bargraf noemt, toont de illustratie twee individuele LEDs vanwege beperkte breadboardruimte. Als je voldoende ruimte hebt, voel je vrij om de bargraf zoals oorspronkelijk bedoeld te installeren.

NASLAGWERKEN

• Lessons In Electric Circuits, Deel 4, Hoofdstuk 3: "Logische Poorten"
• Lessons In Electric Circuits, Deel 4, Hoofdstuk 10: "Multivibrators"

LEERDOELEN

• Onderscheiden tussen een gegate latch en een flip-flop
• Een pulsdetectorcircuit bouwen die edge-getriggerde operatie mogelijk maakt
• Begrijpen hoe mechanische schakelaarbounce digitaal logica kan storen en mitigatiestrategieën leren

SCHEMATISCH DIAGRAM

ILLUSTRATIE

INSTRUCTIES

Het kernverschil tussen een gegate (of enabled) latch en een flip-flop is het triggermechanisme: een flip-flop reageert alleen op een klokflank, terwijl een latch een sustained enable-signaal volgt. Het omzetten van een enabled latch in een flip-flop vereist slechts het toevoegen van een pulsdetector die een klokflank omzet in een korte hoge enable-puls.

De pulsdetector gebruikt een enkele NOR-poort en drie inverters. Door de NOR-ingangen te parallelschakelen, vertragen we de doorvoering opzettelijk om een smalle puls bij elke vallende klokflank te genereren.

Normaal wordt een NOR-poort als inverter bedraad door één ingang aan grond te binden en de ander met het signaal te voeden, wat de capaciteit minimaliseert en de snelheid maximaliseert. In dit circuit parallelschakelen we de ingangen opzettelijk om een trage inverter te creëren, wat ervoor zorgt dat de puls lang genoeg blijft om de latch te triggeren.

Dit ontwerp produceert een hoge uitgangspuls op elke vallende flank van de klok. Gevolgelijk reageert de SR-latch op Set en Reset alleen wanneer de middenschakelaar van "aan" naar "uit" beweegt. In de praktijk kun je echter reacties op beide overgangen waarnemen vanwege contactbounce.

Mechanische schakelaars neigen ertoe te bouncen – snel openen en sluiten – bij eerste actuatie. Dit creëert meerdere laag-hoog-laag overgangen die de pulsdetector per ongeluk tweemaal kunnen triggeren, waardoor de latch reageert op beide klokflanken. Het begrijpen en mitigeren van contactbounce is essentieel voor betrouwbare digitale logica.

GERELATEERD WERKBLAD

• Flip‑Flop Circuits Werkblad