Sequential Logic
แบ่งได้เป็น 2 แบบ คือซิงโครนัสและอะซิงโครนัส ส่วนรายละเอียดจะลงลึกไปทีหลัง
Flip - Flop
อุปกรณ์ความจำหรืออุปกรณ์ที่สามารถเก็บลอจิกได้ เป็นอุปกรณ์หลักสำหรับวงจร Sequential Logic
เป็น Flip - Flop ที่ง่ายที่สุดที่ประกอบ Input S และ R และ Output Q และ Q' การต่อวงจรก็นำ NOR หรือ NAND มาต่อ โดย Input แรกจะเป็น S หรือ R ก็ได้ ส่วน Input อีกช่องจะเป็น Output จาก NOR หรือ NAND อีกตัวมาต่อไขว้กัน ทำให้ได้ OUTPUT เป็น Q และ Q'
SR Flip - Flop With NOR Gate
การทำงานของวงจรนี้ขึ้นอยู่กับ Input S และ R ถ้าสัญญาณใดสัญญาณหนึ่งเป็น Logic 1 สัญญาณนั้นจะเป็นตัวกำหนดค่า Output Q' เช่นถ้า S เป็น 1 และ R เป็น 0 ก็เป็นการ Set ให้ Output Q' เป็น 1 แต่ถ้า S เป็น 0 แล้ว R เป็น 1 จะเป็นการ Reset Output Q' เป็น 0 แต่ถ้าเป็น 0 ทั้งคู่ Output Q' จะคงสภาพเดิมไม่เปลี่ยนแปลง เป็นสภาวะที่ใช้จำข้อมูล ส่วนสภาวะสุดท้ายที่เป็น 1 ทั้งคู่ เป็นสภาวะที่ไม่นำมาใช้งานเพราะว่าการทำงานของวงจรจะไม่เหมือนกันเมื่อเปลี่ยน Gate Flip - Flop ดังนั้นจึงไม่สามารถทำนายการทำงานของวงจรได้ เรียกเงื่อนไขนี้ว่า "Invalid Condition"
การทำงานเหมือนกันเด้ะ แต่ต่างกันในสภาวะเก็บข้อมูล กรณีที่ใช้ Gate NAND สภาวะข้อมูลไม่เปลี่ยน จะเกิดขึ้นเมื่อ Input S และ R เป็น 1 ทั้งคู่ ส่วนสภาวะ "Invalid" จะเกิดเมื่อ Input เป็น 0 ทั้งคู่
การทำงานจะขึ้นอยู่กับ Output Q Input J , K และ ขอบสัญญาณขาขึ้นของสัญญาณ CLK ถ้า CLK มี Logic 1 หรือ 0 หรือ ขอบลบ ค่า Q จะคงค่าเดิมไว้ไม่ว่า J และ K จะเป็นอะไรก็ตาม แต่ถ้า CLK เป็นขอบบวก การทำงานจะขึ้นกับ Input J K และค่า Q เดิม เช่นถ้า J เป็น 1 และ K เป็น 0 จะ Set Flip - Flop ทำให้ Q เป็น 1 แต่ถ้า J เป็น 0 และ K เป็น 1 จะเป็นการ Reset Flip - Flop ทำให้ Q เป็น 0 แต่ถ้า J เป็น 0 และ K เป็น 0 Flip - Flop จะอยู่ในสภาวะจำค่าเดิม Q ไม่เปลี่ยน และถ้า J เป็น 1 และ K เป็น 1 Flip - Flop จะอยู่ในสภาวะกลับตัว (Toggle) คือ Q จะเปลี่ยนเป็นค่าตรงข้ามกับค่าเดิม
เพื่อแก้ปัญหาสภาวะ "Invalid" ของ SR Flip - Flop เมื่อปรับวงจรตามรูปแล้ว ทำให้ S และ R ไม่มีโอกาสเป็น 0 พร้อมกัน สภาวะ "Invalid" ก็ไม่เกิดขึ้น การทำงานของวงจร สัญญาณ Output Q จะมีค่าเหมือนกับ D
แต่รูปที่นำมานั้นดันมีสัญญาณ CLK มาด้วย เรียก Flip - Flop นี้ว่า D Type Flip - Flop แบบมีสัญญาณควบคุม
T Type Flip - Flopอนึ่งการทำงานของ Flip - Flop ในสภาวะกลับตัว คือ Q เปลี่ยนจากค่าเดิมเป็นค่าตรงข้ามนี้สามารถพิจารณาให้เป็น Flip - Flop อีกแบบหนึ่งได้ เรียกว่า T Type Flip - Flop เป็น Flip - Flop ที่สร้างจาก D Type Flip - Flop และ T Type Flip - Flop ก็สามารถสร้างจาก JK Flip - Flop ได้เช่นกัน
วงจร Flip Flop สร้างขึ้นมาเพื่อใช้ในการเก็บ Memory ของ Input Logic ที่เข้ามา ดังนั้น ประโยชน์หลักๆของ Flip Flop คือ
1. Digital Counter
1.1 Asynchronous Counter
สถานะ Output ของ Flip Flop แต่ละตัวนั้น จะขึ้นอยู่กับสถานะ Output ของ Flip Flop ตัวก่อนหน้า คือ Flip Flop ตัวแรกจะส่งสัญญาน (Plus) จาก Q ไปกระตุ้น (Trigger) ที่ Clk ของ Flip Flop ของตัวที่สอง และ Flip Flop ตัวที่สองก็จะส่งสัญญาณไปกระตุ้น (Trigger) ที่ Clk ของ Flip Flop ของตัวที่สาม ไปเรื่อยๆ ตามขั้นตอนการทำงานของวงจรแบบนี้จะมีลักษณะไหลเป็นระลอก
ข้อดี
- สร้างง่าย
ข้อเสีย
- ประเด็นเรื่องของความเร็ว จากการสะสม Propagation Delay จาก Gate แต่ละตัว ยกตัวอย่าง Flip Flop ตัวนึงใช้เวลาในการทำงาน 50 ns หากมีการใช้ Flip Flop 4 ตัว ต้องใช้เวลาในการทำงานทั้งสิ้น 50 ns * 4 = 200 ns แสดงว่าความถี่สูงสุดในการนับที่ใช้ได้คือ 1/(200*10^-9) = 5 MHz
- Ripple Effect
1.2 Synchronous Counter
การทำงานของวงจรนับที่ความถี่สูงๆ จำเป็นที่ต้องให้ Flip Flop หลายๆตัวต่อกัน ได้รับสัญญาณกระตุ้นไปพร้อมๆกัน เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาที่เกิดจากการหน่วงเวลาของ Flip Flop เป็นวงจรนับที่ Output ของ Flip Flop ที่เปลี่ยนแปลงพร้อมๆกันตามสัญญาณ Clock
Synchronous Counter ประยุกต์อะไรได้บ้าง
- วงจรนับเลข binary 4 bit
- วงจรนับเลขถอยหลัง binary 4 bit
ขอขอบคุณ Ref :: https://th.wikipedia.org/wiki/วงจรนับเลข
2. ประยุกต์เป็นวงจรเช็ครอบการหมุนของมอเตอร์
เป็นวงจรที่ใช้หลอด LED คู่กับ Photo-transistor เพื่อตรวจสอบแสงที่เข้าไปกระทบกับ Photo-transistor ในแต่ละรอบการตกกระทบนั้น ก็จะถูกเก็บไว้เป็น Counter ในแต่ละครั้ง
3. Shift Register
คือ กลุ่มของ Flip Flop ที่ต่อเรียงกันและทำงานร่วมกัน ใช้สำหรับจัดเก็บข้อมูลหรือส่งออกข้อมูลในรูปเลขฐานสอง โดยพื้นฐานเกิดจากการนำ D - Type Flip Flop มาต่อเรียงกัน
Shift Register มีโหมดการทำงานอยู่ 4 โหมด คือ
3.1 Serial - in to Parallel - out (SIPO)
3.2 Serial - in to Serial - out (SISO)
3.3 Parallel - in to Serial - out (PISO)
3.4 Parallel - in to Parallel - out (PIPO)
------------------------------------------------------------------------------------------------------
3.1 Serial - in to Parallel - out (SIPO)
เมื่อนำข้อมูล Input เข้าทีละหลัก แต่นำออก Output พร้อมกัน เรียกว่า Serial - in to Parallel - out
3.2 Serial - in to Serial - out (SISO)
เป็น Shift Register แบบ Serial - in to Serial - out ข้อมูลแบบอนุกรมจะถูกป้อนเข้าที่ Input Serial Data in และข้อมูลอนุกรมออกที่ Output Serial Data out
3.3 Parallel - in to Serial - out (PISO)
เมื่อนำข้อมูล Input เข้าพร้อมกัน แต่นำออกทีละหลัก เรียกว่า Parallel - in to Serial - out
3.4 Parallel - in to Parallel - out (PIPO)
เมื่อนำข้อมูล Input เข้าพร้อมกัน และนำข้อมูลออกที่ Output พร้อมกัน เรียกว่า Parallel - in to Parallel - out
ขอขอบคุณ Ref :: shift-register
------------------------------------------------------------------------------------------------------
Class Work
1. ทดลองต่อ Flip Flop เล่นและต่อวงจร Counter ขึ้นมา
ผลปรากฏว่า ใช้งานได้ตาม Truth Table เป๊ะ
2. ต่อวงจร Shift Register โดยใช้ IC 74HC166 8-bit parallel - in / serial - out Shift Register
พบปัญหา คือ วงจรไม่ทำงาน ตอนแรกไล่เช็คตาม Datasheet แล้วก็ต่อถูกตาม Datasheet ซึ่งตอนหลังก็พบสาเหตุมาดังนี้
1. เผลต่อเป็น Serial in/Serial out วงจรไม่ทำงาน
2. น่าเจ็บใจมาก เสียบ IC ไม่แน่น +++ !!!!! ทำให้วงจรไม่ทำงาน (พอเสียบแล้วต้องมือกดช่วย มันเด้งออกตลอด)
สุดท้ายวงจรก็ใช้งานได้
------------------------------------------------------------------------------------------------------
ปัญหาทางการเรียน
- ไม่เข้าใจในเรื่องของ Synchronous Counter ทำให้ต้องอ่านตำรานอกเพิ่มเพื่อความเข้าใจ
- ยังไม่เห็นประโยชน์ทางด้าน Shift Register มากขึ้น
- ไม่ค่อยเห็น T Type Flip Flop ใช้งานจริงมากนัก
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น