Klopné obvody typu RS, RST Střední odborná škola Otrokovice Klopné obvody typu RS, RST Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je Ing. Miloš Zatloukal Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze. www.zlinskedumy.cz

Charakteristika DUM 2 Název školy a adresa Střední odborná škola Otrokovice, tř. T. Bati 1266, 76502 Otrokovice Číslo projektu CZ.1.07/1.5.00/34.0445 /4 Autor Ing. Miloš Zatloukal Označení DUM VY_32_INOVACE_SOSOTR-PE-CT/2-EL-4/18 Název DUM Klopné obvody typu RS, RST Stupeň a typ vzdělávání Středoškolské vzdělávání Kód oboru RVP 26-41-L/52 Obor vzdělávání Provozní elektrotechnika Vyučovací předmět Číslicová technika Druh učebního materiálu Výukový materiál Cílová skupina Žák, 19 – 20 let Anotace Výukový materiál je určený k frontální výuce s doplňujícím výkladem vyučujícího; náplň: popis klopných obvodů typu RS, RST Vybavení, pomůcky Dataprojektor Klíčová slova Sekvenční obvod, asynchronní, synchronní, časovací, klopný, schématický, značka, realizační, funkční, tabulka, časový diagram, aktivní, neurčitý, zakázaný, předchozí, stav, RS, RST, NAND, NOR. Datum 29. 8. 2013

Klopné obvody typu RS, RST Obsah tématu Popis sekvenčního logického obvodu typu klopný obvod Schématická značka a její popis Funkční tabulka a její popis (pro asynchronní i synchronní obvod) Časový diagram RS klopný obvod z členů NAND RS klopný obvod z členů NOR RST klopný obvod z členů NAND RST klopný obvod z členů NOR

Klopné obvody Popis sekvenčního logického obvodu typu klopný obvod I. Schématická značka Popis vstupů a výstupů (vstupy funkční a časovací, výstup přímý a negovaný). II. Realizační schéma zapojení Takové, které zajistí realizaci určitého klopného obvodu, obsahuje logické členy NOT, AND, OR, NAND, NOR. III. Funkční tabulka Tvorba tabulky stavů (přechodů), popis proměnných, zápis do tabulky, typické výstupní stavy. IV. Časový diagram Převod tabulky na graf časové závislosti stavu vstupů a výstupů.

Klopné obvody Popis sekvenčního logického obvodu typu klopný obvod I. Schématická značka Obsahuje: Vstupy: Funkční X1, X2 (např. R – S, J – K) – vstupy, které mají vliv na stav výstupu, některé obvody mají pouze jeden vstup Časovací T (jen u synchronních obvodů) – v kombinaci s funkčními vstupy určí čas změny výstupu Výstupy: Přímý (Q) Negovaný ( Q ) Obr. 1: Schématická značka obecného klopného obvodu

Klopné obvody Ukázky schématických značek klopných obvodů Obr. 2: Schématické značky klopných obvodů typu RS, RST, JK, D a T

X1 X2 Qt+1 𝐐𝐭+𝟏 Qt Klopné obvody III. Funkční tabulka Tvorba tabulky stavů (přechodů), popis proměnných, zápis do tabulky, typické výstupní stavy. a) Pro asynchronní klopný obvod Vstupy: X1: první funkční vstup (zde v roli nulovacího) X2: druhý funkční vstup (zde v roli nastavovacího) Výstupy: Qt+1: aktuální stav výstupu Q Qt+1 :aktuální stav výstupu Q negovaný Qt: stav výstupu v předchozím čase X1 X2 Qt+1 𝐐𝐭+𝟏 Popis ? Neurčitý stav 1 Nulování Nastavení Qt Předchozí stav

- X2 má tedy v obvodu funkci nastavovací Klopné obvody – Funkční tabulka Popis k tabulce: Aktivní stav (nebo přechod stavů) - takový, který je-li na určitém funkčním vstupu, vyvolá reakci na výstupu - předchozí klopný obvod a jeho tabulka má aktivní stav logickou nulu - X1 = 0, => výstup Qt+1 = 0 (je vynulovaný) - X2 = 0, => výstup Qt+1 = 1 (je nastavený do jedničky) - X1 má tedy v obvodu funkci nulovací - X2 má tedy v obvodu funkci nastavovací Neurčitý stav – takový, který je zakázaný, protože způsobí dva nežádoucí výsledky: - oba výstupy, i když má být druhý opačný než první, jsou stejné - po odeznění neurčitého stavu se výstup Qt+1 nastaví náhodně do nuly nebo jedničky Kdy nastává? Tehdy, když mají oba funkční vstupy shodný stav a to aktivní stav. Předchozí stav: nastává tehdy, když jsou oba funkční vstupy neaktivní a dojde tak k tomu, že se stav výstupu nezmění (je stejný jako ten minulý Qt+1 = Qt)

T X1 X2 Qt+1 𝐐𝐭+𝟏 Qt Klopné obvody – Funkční tabulka b) Pro synchronní klopný obvod Změny vůči asynchronnímu obvodu Přibyl vstup časovací ho signálu T (v tabulce nejvíce vlevo ) - stav A zde znamená aktivní stav - stav N zde znamená neaktivní stav - aktivní stav je buď úroveň (logická jedna) nebo některá hrana Vidíme, že výstup se mění (např. nulování nebo nastavení) při aktivním časovacím vstupu a příslušné kombinaci funkčních vstupů). Dále, že při neaktivním T nezáleží na stavech X1 a X2 a výstup zůstává beze změny (předchozí stav) T X1 X2 Qt+1 𝐐𝐭+𝟏 Popis A ? Neurčitý stav 1 Nulování Nastavení Qt Předchozí stav N X

Klopné obvody – Časový diagram IV. Časový diagram - přenáší tabulku do obrázku - jde o závislost vstupů a výstupů na čase - může popisovat i chování obvodu v reálných situacích Jak se získá takový časový diagram ? měřením a grafickým záznamem Lze časový diagram vytvořit i z tabulky kombinačního obvodu. Ano, pokud budeme uvažovat, že každý řádek tabulky trvá určitý časový úsek – tabulka má čtyři řádky, tedy každý trvá ¼ časové jednotky (např. 1 s = 100 %), každý řádek pak 25 %. Příklad: Napište tabulku logické funkce Implikace a k ní nakreslete časový diagram.

¼ ½ ¾ Klopné obvody – Časový diagram Příklad: Napište tabulku logické funkce Implikace a k ní nakreslete časový diagram. Implikace: Y: A=>B „t“ A B Y ¼ 1 ½ ¾ Obr. 3: Časový diagram logické funkce Implikace

Sekvenční logické obvody – kloný obvody typu RS - má dva vstupy - R: Reset = nulování (Q = 0) - S: Set = nastavení (Q = 1) - je asynchronní - realizovatelný pomocí dvou členů (NAND nebo NOR) - vykazuje neurčitý stav - použití: - nastavení výchozích stavů jiných klopných obvodů - tvoří základ dalších složitějších klopných obvodů (např. RS synchronní = RST) Obr. 4: Schématická značka klopného obvodu R-S

Sekvenční logické obvody – klopný obvody typu RS s členy NAND Realizace klopného obvodu RS = realizační schéma zapojení R S Qt+1 𝐐𝐭+𝟏 Popis ?(1) Neurčitý stav 1 Nulování Nastavení Qt Předchozí stav Funkční tabulka klopného obvodu RS z členů NAND, aktivní stav je nula Obr. 5: Schéma zapojení klopného obvodu RS z členů NAND

Sekvenční logické obvody – klopný obvody typu RS s členy NAND Popis Ve schématu je vidět, že se výstupní stavy přenášejí pomocí zpětné vazby na druhý ze vstupů logického členu NAND. Členy NOT na realizují negaci funkčních vstupů R a S – zajišťují, že aktivním stavem je logická nula. Ve funkční tabulce se to projeví tak, že jsou-li vstupy R a S různé, pak nula na jednom z těchto vstupů způsobí příslušnou akci = stav výstupu nulování (Q = 0 pro R = 0) nebo nastavení (Q = 1 pro S = 0) Pokud jsou oba vstupy R i S neaktivní (R = S = 1), výstup se nemění (je stejný jako byl). Pokud jsou oba vstupy R i S aktivní (R = S = 1), výstup začne chovat nesprávně: přesto, že výstup Q a Q mají být v opačném vztahu, bude na obou dvou stejná hodnota a to logická 1. Ještě nepříjemnější je fakt, že se tento obvod po změně stavu R nebo S nastaví nahodile (neřízeně) do stavu nula nebo jedna. Proto je nutno zabránit vzniku tohoto neurčitého stavu.

Sekvenční logické obvody – klopný obvody typu RS s členy NAND Časový diagram klopného obvodu RS s členy NAND R S Qt+1 𝐐𝐭+𝟏 Popis ?(1) Neurčitý stav 1 Nulování Nastavení Qt Předchozí stav Funkční tabulka klopného obvodu RS z členů NAND, aktivní stav je nula Pozn. Proškrtnutí křížem v časovém diagramu označuje neurčitý stav Obr. 6: Časový diagram klopného obvodu RS z členů NAND – dle tabulky

Sekvenční logické obvody – klopný obvody typu RS z členů NOR Realizace klopného obvodu RS z členů NOR R S Qt+1 𝐐𝐭+𝟏 Popis Qt Předchozí stav 1 Nastavení Nulování ?(0) Neurčitý stav Funkční tabulka klopného obvodu RS z členů NOR, aktivní stav je jedna Obr. 7: Schéma zapojení klopného obvodu RS z členů NOR

Sekvenční logické obvody – klopné obvody RST RS synchronní (také jako RST) - má tři vstupy - R: Reset = nulování (Q = 0) - S: Set = nastavení (Q = 1) - T: Časování = Time, takt - je synchronní (je řízen úrovní = tedy logickou jedničkou) - lze ho realizovat pomocí čtyř členů (NAND nebo NOR) - aktivním stavem je logická jednička - vykazuje neurčitý stav (při T = R = S = 1) - použití: - nastavení výchozích stavů jiných klopných obvodů - vytvářejí se z něj další složitější klopné obvody (např. J–K, D, T) Obr. 8: Schématická značka klopného obvodu R-S-T

Sekvenční logické obvody – klopný obvody typu RST s členy NAND Realizace klopného obvodu RST = realizační schéma zapojení T R S Qt+1 𝐐𝐭+𝟏 Popis 1 Qt Předchozí stav Nastavení Nulování ?(1) Neurčitý stav X Funkční tabulka klopného obvodu RST z členů NAND, aktivní stav je jedna Obr. 9: Schéma zapojení klopného obvodu RST z členů NAND

Sekvenční logické obvody – klopný obvody typu RST s členy NAND Popis schématu Ve schématu je vidět, že se jedná o část RS klopného obvodu ze dvou logických členů NAND. Této dvojici hradel je předřazena jiná dvojice členů NAND. Tato dvojice má jeden společný vstup – jde o vstup časovacího signálu T. Ve schématu jsou celkem čtyři logické členy NAND a aktivním stavem je logická jedna (tedy úroveň). Popis tabulky Funkční tabulku můžeme rozdělit na dvě části: pro první čtyři řádky, kdy je časovací signál ve stavu jedna, se obvod chová obdobně, jako RS z členů NAND, jen s tím rozdílem, že aktivním stavem je logická jedna. Jsou-li vstupy R a S různé, pak jedna na jednom z těchto vstupů způsobí příslušnou akci = stav výstupu nulování (Q = 0 pro R = 1) nebo nastavení (Q = 1 pro S = 1) Pokud jsou oba vstupy R i S neaktivní (R = S = 0), výstup se nemění (je stejný jako byl předchozí stav).

Sekvenční logické obvody – klopný obvody typu RST s členy NAND Popis tabulky – dokončení Pokud jsou oba vstupy R i S aktivní (R = S = 1), výstup začne chovat nesprávně: přesto, že výstup Q a Q mají být v opačném vztahu, bude na obou dvou stejná hodnota a to logická 1. Ještě nepříjemnější je fakt, že se tento obvod po změně stavu R nebo S nastaví nahodile (neřízeně) do stavu nula nebo jedna. Proto je nutno zabránit vzniku tohoto neurčitého stavu.

Sekvenční logické obvody – klopný obvody typu RST s členy NAND Časový diagram klopného obvodu RST s členy NAND T R S Qt+1 𝐐𝐭+𝟏 Popis 1 Qt Předchozí stav Nastavení Nulování ?(1) Neurčitý stav X Funkční tabulka klopného obvodu RST z členů NAND, aktivní stav je jedna Obr. 10: Časový diagram klopného obvodu RST z členů NAND – dle tabulky

Sekvenční logické obvody – klopný obvody typu RST s členy NAND Časový diagram klopného obvodu RST s členy NAND – pokračování – popis T R S Qt+1 𝐐𝐭+𝟏 Popis 1 Qt Předchozí stav Nastavení Nulování ?(1) Neurčitý stav X Otazník v obrázku: stav neznámý (po předchozím) Proškrtnutí: neurčitý stav X: na stavu nezáleží = libovolný = 0 nebo 1

Sekvenční logické obvody – klopný obvody typu RST z členů NOR Realizace klopného obvodu RST z členů NOR RST z členů NOR se v praxi nepoužívá, protože časovací signál T má aktivní část logickou nulu (používají se hrany impulzu nebo úroveň logické jedničky) T R S Qt+1 𝐐𝐭+𝟏 Popis ?(0) Neurčitý stav 1 Nulování Nastavení Qt Předchozí stav X Obr. 11: Schéma zapojení klopného obvodu RST z členů NOR Funkční tabulka klopného obvodu RST z členů NAND, aktivní stav je nula

Kontrolní otázky Správné pořadí klopných obvodů RS, RST podle řízení časem zní: Synchronní, asynchronní Asynchronní, synchronní Časovaný, bez časování Neurčitý stav ve funkční tabulce znamená: Nevíme, jak se výstup nastaví pro oba vstupy X1 a X2 aktivní Že výstup Q = Q Nevíme, jak se výstup nastaví po odeznění neurčitého stavu 3. Dvakrát předchozí stav obsahuje funkční tabulka klopného obvodu: RST Synchronního RS

Kontrolní otázky – správné odpovědi – červeně Správné pořadí klopných obvodů RS, RST podle řízení časem zní: Synchronní, asynchronní Asynchronní, synchronní Časovaný, bez časování Neurčitý stav ve funkční tabulce znamená: Nevíme, jak se výstup nastaví pro oba vstupy X1 a X2 aktivní Že výstup Q = Q Nevíme, jak se výstup nastaví po odeznění neurčitého stavu 3. Dvakrát předchozí stav obsahuje funkční tabulka klopného obvodu: RST Synchronního RS

Seznam obrázků: Obr. 1: vlastní, Schématická značka obecného klopného obvodu Obr. 2: vlastní, Schématické značky klopných obvodů typu RS, RST, JK, D a T Obr. 3: vlastní, Časový diagram logické funkce Implikace Obr. 4: vlastní, Schématická značka klopného obvodu RS Obr. 5: vlastní, Schéma zapojení klopného obvodu RS z členů NAND Obr. 6: vlastní, Časový diagram klopného obvodu RS z členů NAND – dle tabulky Obr. 7: vlastní, Schéma zapojení klopného obvodu RS z členů NOR Obr. 8: vlastní, Schématická značka klopného obvodu RST Obr. 9: vlastní, Schéma zapojení klopného obvodu RST z členů NAND Obr. 10: vlastní, Časový diagram klopného obvodu RST z členů NAND – dle tabulky Obr. 11: vlastní, Schéma zapojení klopného obvodu RST z členů NOR

Seznam použité literatury: [1] Matoušek, D.: Číslicová technika, BEN, Praha, 2001, ISBN 80-7232-206-0 [2] Blatný, J., Krištoufek, K., Pokorný, Z., Kolenička, J.: Číslicové počítače, SNTL, Praha, 1982 [3] Kesl, J.: Elektronika III – Číslicová technika, BEN, Praha, 2003, ISBN 80-7300-075-X [4] Pinker, J.,Poupa, M.: Číslicové systémy a jazyk VHDL, BEN, Praha, 2006, ISBN 80-7300-198-5

Děkuji za pozornost 