電子機器におけるデジタルという用語は、2つの状態の形式でのデータの生成、処理、または保存を表します。2つの状態は、HIGHまたはLOW、正または非正、セットまたはリセットとして表すことができ、最終的にはバイナリになります。高値は1、低値は0であるため、デジタルテクノロジーは一連の0と1として表されます。例は011010で、各用語は個々の状態を表します。したがって、ハードウェアでのこのラッチングプロセスは、ラッチまたはフリップフロップ、マルチプレクサ、デマルチプレクサ、エンコーダ、デコーダなど、まとめてシーケンシャルロジック回路と呼ばれる特定のコンポーネントを使用して実行されます 。
そこで、ラッチとも呼ばれるフリップフロップについて説明し ます。ラッチは、2つの安定状態としての双安定マルチバイブレータとして理解することもできます。一般に、これらのラッチ回路はアクティブハイまたはアクティブローのいずれかであり、それぞれHIGHまたはLOW信号によってトリガーできます。
フリップフロップの一般的なタイプは、
- RSフリップフロップ（リセットセット）
- Dフリップフロップ（データ）
- JKフリップフロップ（ジャック・キルビー）
- Tフリップフロップ（トグル）
上記のタイプのうち、JKおよびDフリップフロップのみが集積IC形式で入手可能であり、ほとんどのアプリケーションで広く使用されています。この記事では、Dタイプのフリップフロップについて説明し ます。
Dフリップフロップ：
Dフリップフロップは、メモリストレージ要素およびデータプロセッサの一部としても使用されます。 Dフリップフロップは、NANDゲートまたはNORゲートを使用して構築できます。その汎用性により、ICパッケージとして入手できます。 Dフリップフロップの主な用途は、特定の間隔でデータをサンプリングするバッファとして、タイミング回路に遅延を導入することです。 Dフリップフロップは、JKフリップフロップに比べて配線接続が簡単です。ここでは 、DフリップフロップのデモにNANDゲートを使用してい ます。
クロック信号がLOWのときはいつでも、入力が出力状態に影響を与えることはありません。入力をアクティブにするには、クロックをハイにする必要があります。したがって、Dフリップフロップは、クロック信号が制御信号である制御された双安定ラッチです。この場合も、これはポジティブエッジでトリガーされるDフリップフロップとネガティブエッジでトリガーされるDフリップフロップに分けられます。したがって、出力には、以下で説明する入力に基づく2つの安定状態があります。
Dフリップフロップの真理値表：
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時計 |
入力 |
出力 |
|
|
D |
Q |
Q ' |
|
|
LOW |
バツ |
0 |
1 |
|
高い |
0 |
0 |
1 |
|
高い |
1 |
1 |
0 |
D（Data）は、Dフリップフロップの入力状態です。QおよびQ 'は、フリップフロップの出力状態を表します。表によると、入力に基づいて出力はその状態を変更します。しかし、考慮すべき重要なことは、これらすべてがクロック信号の存在下でのみ発生する可能性があるということです。これは、相補入力のみのSRフリップフロップとまったく同じように機能します。
論理ゲートを使用したDフリップフロップの表現：
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入力 |
出力 |
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入力1 |
入力2 |
出力3 |
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0 |
0 |
1 |
|
0 |
1 |
1 |
|
1 |
0 |
1 |
|
1 |
1 |
0 |
したがって、NANDゲートの真理値表を比較し、Dフリップフロップの真理値表に示されているように入力を適用すると、出力を分析できます。前の状態（Q '）を0と見なして、上記のアセンブリを3段階構造として分析します。
場合D = 1とCLOCK = HIGH
出力：Q = 1、Q '= 0。動作は正しいです。
プリセットとクリア：
Dフリップフロップには、PRESETとCLEARという2つの入力があります。CLEARピンへのHIGH信号は、Q出力を0にリセットします。同様に、PRESETピンへのHIGH信号は、Q出力を1に設定します。したがって、名前自体がピンの説明を説明します。
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時計 |
入力 |
出力 |
|||
|
プリセット |
晴れ |
D |
Q |
Q ' |
|
|
バツ |
高い |
LOW |
バツ |
1 |
0 |
|
バツ |
LOW |
高い |
バツ |
0 |
1 |
|
バツ |
高い |
高い |
バツ |
1 |
1 |
|
高い |
LOW |
LOW |
0 |
0 |
1 |
|
高い |
LOW |
LOW |
1 |
1 |
0 |
ICパッケージ：
ICは、ここで使用されるHEF4013BP（デュアルD型フリップフロップ）です。これは、2つの個別のDフリップフロップを含む14ピンパッケージです。以下は、ピン図とそれに対応するピンの説明です。
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ピン |
PINの説明 |
|
Q |
真の出力 |
|
Q ' |
褒め言葉の出力 |
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CP |
クロック入力 |
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CD |
CLEAR-直接入力 |
|
D |
データ入力 |
|
SD |
プリセット-直接入力 |
|
V SS |
接地 |
|
V DD |
供給電圧 |
必要なコンポーネント：
- IC HEF4013BP（デュアルDフリップフロップ）–1No。
- LM7805 –1いいえ。
- タクタイルスイッチ–4No。
- 9Vバッテリー–1No。
- LED（緑– 1;赤– 1）
- 抵抗器（1kὨ-4;220kὨ-2）
- ブレッドボード
- 接続線
Dフリップフロップの回路図と説明：
ここでは、IC HEF4013BPを使用して 、内部に2つのDタイプフリップフロップを備えたDフリップフロップ回路 を示しました 。ICHEF4013BP電源VDDの範囲は0〜18Vで、データはデータシートに記載されています。以下のスナップショットはそれを示しています。出力にLEDを使用しているため、電源は5Vに制限されています。
LED電圧を制限するためにLM7805レギュレータを使用しました。
Dフリップフロップの実用的なデモンストレーション：
ボタンD（データ）、PR（プリセット）、CL（クリア）は、Dフリップフロップの入力です。2つのLEDQおよびQ 'は、フリップフロップの出力状態を表します。9Vバッテリーは、電圧レギュレーターLM7805への入力として機能します。したがって、安定化された5V出力は、ICへのVccおよびピン電源として使用されます。したがって、Dでの異なる入力の場合、対応する出力はLEDQおよびQ 'を通して見ることができます。
CLK、CL、D、PRのピンは通常、以下に示すように初期状態でプルダウンされます。したがって、デフォルトの入力状態はすべてのピンでLOWになります。したがって、真理値表による初期状態は上記のようになります。Q = 1、Q '= 0。
以下に、ブレッドボード上に作成されたDフリップフロップ回路を使用したDタイプフリップフロップのさまざまな状態について説明します。
状態1：
時計–低; D – 0; PR – 0; CL – 1; Q – 0; Q'– 1
状態1の入力の場合、Q 'がHIGHであることを示すREDLEDが点灯し、Q'がLOWであることをGREENLEDが表示します。CLEARがHIGHに設定されている場合、上記で説明したように、Qは0にリセットされ、上記で確認できます。
状態2：
時計–低; D – 0; PR – 1; CL – 0; Q – 1; Q'– 0
状態2の入力の場合、緑色のLEDは、QがHIGHであることを示し、赤色のLEDは、Q 'がLOWであることを示します。上で説明したように、PRESETがHIGHに設定されている場合、Qは1に設定され、上で見ることができます。
状態3：クロック–低; D – 0; PR – 1; CL – 1; Q – 1; Q'– 1
状態3の入力の場合、赤と緑のLEDが点灯し、QとQ 'が最初はHIGHであることを示します。ボタンを離してPRとCLを下げると、状態はクリアになります。
状態4：クロック– HIGH; D – 0; PR – 0; CL – 0; Q – 0; Q'– 1
状態4の入力の場合、Q 'がHIGHであることを示すREDLEDが点灯し、Q'がLOWであることをGREENLEDが示します。この状態は安定しており、次のクロックと入力までそこにとどまります。CLOCKはLOWからHIGHのエッジでトリガーされるため、CLOCKボタンを押す前にD入力ボタンを押す必要があります。
状態5：クロック– HIGH; D – 1; PR – 0; CL – 0; Q – 1; Q'– 0
状態5の入力の場合、緑色のLEDは、QがHIGHであることを示し、赤色のLEDは、Q 'がLOWであることを示します。この状態も安定しており、次のクロックと入力までそこにとどまります。CLOCKはLOWからHIGHのエッジでトリガーされるため、CLOCKボタンを押す前にD入力ボタンを押す必要があります。
