Circuiti di memorizzazione elementari: i Flip Flop

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Circuiti di memorizzazione
elementari: i Flip Flop
• Il circuito sequenziale basilare é il Flip Flop,
un circuito in grado di memorizzare un bit di
informazione. Il Flip Flop prende anche il
nome di bistabile, poiché può trovarsi in due
stati stabili: lo stato in cui ha memorizzato
un 1 e quello in cui ha memorizzato uno 0.
FF SR con porte NAND
S
Q
R
Q
0,0 0,1
1,0 0,0
1,0
Q=0
Q=1
0,1
Set(t)
1
1
0
1
1
0
0
0
Reset(t)
Uscita Q(t)
Q(t-1) (immutata)
1
0
non ammessa
FF con porte NOR
S
Q
R
Q
SR
00
01
10
11
Q(t)
Q(t-1)
1
0
np
Diagrammi temporali e
sincronizzazione
• Per rappresentare un FF abbiamo a disposizione, come
visto:




lo schema circuitale (porte logiche con controreazione)
il simbolo grafico
l'automa
la tabella degli stati.
• Esiste anche un'altra modalità di analisi, che é il
diagramma temporale.
– Il diagramma temporale consente di rappresentare le
commutazioni delle uscite di un FF, o di un circuito più complesso,
in funzione dell'andamento temporale ingressi.
Temporizzazione
S
R
R
FF JK
J
K
(0,0), (0,1)
(1,1) (1,0)
S0
(0,0), (1,0)
J
S1
0
0
1
1
Q=1
Q=0
(1,1), (0,1)
K
Q(t+1)
0
1
0
1
Q(t)
0
1
not(Q(t))
FF Toggle
T(t)
T
Q(t)
0
Q(t-1)
1
Q(t-1) (toggle)
1
0
Q1
Q=1
Q0
Q=0
1
0
Equivalenza fra i vari tipi di FF
D
J
=
K
J
T
=
K
J(t)
K(t)
Q(t)
J
Q
K
Q
Sistemi sincroni
• I sistemi sequenziali possono operare in
modo sincrono o asincrono.
 Nei sistemi asincroni i circuiti logici cambiano ogni
volta che uno o più ingressi cambiano.
 Nei sistemi sincroni, l'istante esatto in cui una
qualsiasi uscita può cambiare é determinato da un
segnale di "cadenza" detto clock.
 Un clock é un treno di impulsi ad onda quadra.
 Un sistema sincrono può essere sensibile alle
transizioni (o fronti) positivi (01) del clock, oppure
ai fronti negativi (10).
J
Q
K
Q
CK
X
X
J
X
X
X
K
X
CK
Q
Analisi di circuiti sequenziali
• Dato un circuito sequenziale, descriverne il funzionamento
• Il funzionamento di un circuito sequenziale va descritto in
termini di un automa a stati finiti.
 Dato lo schema circuitale, dapprima dobbiamo identificare gli
elementi di memoria che vi sono inclusi.
 In ogni istante, la memoria del sistema, ovvero il valore binario
memorizzato nei FF, indica lo stato in cui il sistema si trova.
 Per ogni possibile stato e possibile combinazione degli input, da
un esame della parte combinatoria del circuito possiamo
determinare i valori delle uscite e il successivo stato in cui il
sistema transiterà.
Procedura di analisi di circuiti
sequenziali Sincroni
• Si esaminano gli elementi di memoria del circuito,
ovvero i FF. I possibili stati del sistema sono
rappresentati dalle possibili combinazioni di valori
memorizzabili nei FF, e disponibili sulle uscite Qi.
Per n FF, avremo 2n combinazioni, e 2n stati.
• Si assegna un simbolo di stato ad ogni
combinazione di memoria. Per l'esempio di figura
3.6.1, abbiamo 2 FF, e 4 possibili valori memorizzati
su Q1 e Q0: 00,01,10,11. Possiamo ad esempio
assegnare la seguente codifica:
S000, S1 01, S2 10, S3 11
Esempio
1: 2 FF  8 stati (max) corrispondenti ai valori (Q2Q1Q0)
000 001 010 ….111
2: Assegnamento: S0  000, S1  001, S2  010, S3 0 11
S4  100, S5  101, S6  110, S3 1 11
Procedura di Analisi (2)
• Si analizza la parte combinatoria del circuito e si
ricavano le funzioni di trasferimento per ciascun
ingresso di ciascun FF contenuto nel circuito, dette
anche funzioni di eccitazione dei FF, nonché le
funzioni di trasferimento delle uscite.
• Per l’esempio precedente:
J0 = Q2  Q1 ,K0 = Q2 , J1 = K1 = 1 ,
J2 = Q0 + Q1,
K2 = Q1
Procedura di Analisi (3)
4 Si traccia una tabella degli stati futuri, così composta:
possibili
combinazioni
degli input e
degli stati in t
Qn-1...Q0
Im...I0
corrispondenti corrispondenti
stati futuri,
valori delle
valori delle
ovvero nuovi
funzioni di
uscite in t
valori che
eccitazione
saranno
dei FF in t
memorizzati
(nel caso di
in t+1
FF JK)
Jn-1 KnYk..Y0
Qn-1...Q0
1......J0 K0
Esempio:
Stato(t)
J2(t)
S0 000 1
S1
1
S2
0
S3
1
S4
1
S5
1
S6
0
S7
1
K2(t)
1
1
0
0
1
1
0
0
J1(t) K1(t) J0(t) K0(t)
1 1 1 1
1 1 1 1
1 1 0 1
1 1 0 1
1 1 0 0
1 1 0 0
1 1 0 0
1 1 0 0
Stato(t+1)
111 S7
S6
S0
S4
S2
S3
S4
S5
Graficamente:
S7
S5
S0
S3
S2
S1
S4
S6
Registri
Serial Input Serial Output (SHIFT REGISTER)
Serial Input Parallel Output
Parallel Input Serial Output
Parallel Input Parallel Output
SHIFT LEFT-RIGHT
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