Przerzutnik RS

Czym jest przerzutnik?

Przerzutnik (ang flip-flop) jest podstawowym elementem układów pamiętających. Układy te umożliwiają konstruowanie wielu ciekawych i pożytecznych urządzeń. Jednym z najczęściej używanych przerzutników jest przerzutnik asynchroniczny RS. Składa się najczęściej z dwóch bramek NAND lub NOR. Oba te układy różnią się jedynie sposobem sterowania, co będzie widoczne w podanej dalej tabeli prawdy obu przerzutników.

Odpowiadając krótko na pytanie zawarte w tytule, przerzutnik to po prostu element pamiętający swój poprzedni stan. Przerzutniki możemy podzielić na:

-synchroniczne

-asynchroniczne

Przerzutnik jest synchroniczny, kiedy dane na jego wyjściu są zmieniane w takt impulsów zegarowych. W zależności od zastosowania mamy możliwość wyboru przerzutników reagujących na zbocze narastające impulsu zegarowego lub opadające. Natomiast przerzutnik asynchroniczny posiada dwa wejścia ustawiające S (set) i R (reset), które umożliwiają zmianę stanu wyjść w każdym momencie. W tym wpisie przyjrzymy się dokładniej przerzutnikom asynchronicznym RS.

RS na bramkach NAND

Jest to chyba najczęściej spotykana konfiguracja. Mamy tutaj dwa wejścia sterujące S i R oraz dwa wyjścia danych Q i /Q (nie Q). Teoretycznie wyjścia te mają zawsze stan przeciwny. Oznacza to, że gdy Q jest w stanie wysokim (H) to na wyjściu /Q panuje stan niski (L). W praktyce jednak wystąpienie dwóch zer na wejściach sterujących da nam dwa stany wysokie na wyjściu. Jest to tak zwany stan zabroniony, który nie powinien wystąpić w układzie.

Przeanalizujmy działanie podanego układu. Załóżmy, że wejście S jest w stanie wysokim, a R w niskim. Jest to drugi przypadek z tabeli widocznej na załączonym zdjęciu. Skoro R jest w stanie niskim to wyjście dolnej bramki niezależnie od stanu jej drugiego wyjścia będzie w stanie wysokim (wynika to z tabeli prawdy bramki NAND). Czyli mamy /Q = H. Skoro S jest w stanie wysokim i /Q jest w stanie wysokim to na wyjściu górnej bramki panuje stan niski. W tym momencie zmiana stanu na wejściu R nie zmienia nic na wyjściu, ze względu na stan Q. Stan wyjść zmieni się dopiero po podaniu zera logicznego na wejście S. Otrzymamy wtedy stan wysoki na wyjściu górnej bramki co spowoduje zmianę stanu dolnej bramki na stan niski. Stan ten nie zmieniłby się tylko w przypadku, gdy na wejściu R panowałby stan niski. Ta sytuacja jednak nie ma prawa zaistnieć ponieważ dwa zera logiczne na wejściach to stan zabroniony.

Z podanego opisu i tabeli prawdy możemy wywnioskować, że da przerzutnika RS zbudowanego na bramkach NAND stanem aktywnym jest zero logiczne. Oznacza to przymus sterowania takim przerzutnikiem poprzez podawanie impulsów opadających (zer logicznych). Jeżeli projektowany układ wymaga sterowania zboczem narastającym (jedynką logiczną) to powinniśmy użyć przerzutnika RS na bramkach NOR.

RS na bramkach NOR

Rożni się on od poprzednika zmianą stanów aktywnych i tym, że stanem zabronionym jest stan wysoki na obu wejściach. Zasada działania tego układu zrozumie każdy kto rozumie działanie bramki NOR. Należy zauważyć zamianę wyprowadzeń wejściowych układu. W tym przypadku wejście reset to wejście bramki, której wyjście to Q.

Zastosowanie

Przerzutników RS używa się powszechnie do eliminacji drgań styków. Pojedynczy impuls z przełącznika załącza przerzutnik i nie reaguje on na jego dalsze drgania. Przy okazji warto wspomnieć o pewnej wadzie tych przerzutników. W przypadku sterowanie bramką, przez którą przechodzi jakaś paczka impulsów, przerzutnik taki ścina pierwszy i ostatni impuls takiego sygnału (ilość skrócenia leży od momentu naciśnięcia przycisku względem zbocza impulsu bramkowanego). W takich warunkach należałoby zastosować układ synchronizujący.

W następnym artykule spróbujemy uruchomić przerzutnik RS na tranzystorach i poobserwujemy jego działanie. Sprawdzimy również praktyczną przydatność tego przerzutnika.

W galerii można zobaczyć zdjęcia z testowanych układów przerzutników RS.