تحقیق در مورد مبانی دیجیتال

اختصاصی از حامی فایل تحقیق در مورد مبانی دیجیتال دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

فرمت فایل:WORD(قابل ویرایش)تعداد19 صحفه

مبانی دیجیتال فلیپ فلاپ SR

 

مدار داخلی یک فلیپ فلاپ SR با استفاده از گیت NOR

فلیپ فلاپ SR یک المان فیزیکی است که می تواند به عنوان یک عنصر تاخیر دهنده به کار گرفته شود. این المان فیزیکی دارای دو ورودی به نام های R و S می باشد و دو خروجی دارد که یکی متمم دیگری است.

طرز کاراین فلیپ فلاپ در جدول صحت به این شکل است که وقتی عملکرد مدار را بررسی می کنیم اگر S=1 و R=0 باشد، اصطلاحا می گویند مدار set است یعنی خروجی آن 1 شده است. اگر پس از آن S=0 شود، مدار در وضعیت set باقی می ماند ولی اگر R=1 شود اصطلاحا می گویند مدار Reset شده است یعنی خروجی در این لحظه صفر است، و اگر در این لحظه R=0 شود مدار در حالت Reset باقی می ماند. بنابراین R=0 و S=0 در خروجی نشان می دهد که کدامیک از S یا R آخرین بار برابر 1 بوده است. یعنی مدار آخرین وضعیت غیر صفر ورودی را به خاطر سپرده است. مطابق جدول کارنو اگر R و S همزمان در حالت 1 قرار گیرند مدار در حالت نامشخص خواهد بود. به این خاطر مدارهای دارای فلیپ فلاپ SR را طوری طراحی می کنند که هیچ گاه ورودی های S و R همزمان برابر 1 نشود.

این مورد محدودیتی برای فلیپ فلاپ SR است، که در فلیپ فلاپ JK این نقص برطرف شده است.

فلیپ فلاپ JK

این عنصر تاخیر دهنده دارای دو ورودی به نام J و K می باشد و دو خروجی آن یکی متمم دیگری است و در آن محدودیت فلیپ فلاپ SR را رفع کرده اند و دو ورودی J=1 و 1=K برای این مدار قابل قبول است.

در این فلیپ فلاپ همانند نوع SR ورودی تمام صفر یعنی J=0 و K=0 تاثیری در حالت خروجی فلیپ فلاپ ندارد و همان حالت قبلی حفظ می شود. ولی اگر J=1 و 1=K باشد یک ورودی قابل قبول است که باعث تغییر حالت در مقدار خروجی می شود.

 

مدار داخلی یک فلیپ فلاپ JK

فلیپ فلاپ T

 

مدار داخلی یک فلیپ فلاپ T

این عنصر تاخیر دهنده دارای یک ورودی به نام T است و دو خروجی به صورت Y و متمم آن دارد.

چنانچه T=1 شود باعث تغییر در خروجی می شود یعنی اگر خروجی صفر باشد مقدار آن یک می شود و برعکس اگر خروجی یک باشد مقدار آن صفر می شود. این فلیپ فلاپ را به این خاطر فلیپ فلاپ جهشی نیز می نامند.

فلیپ فلاپ T همانند فلیپ فلاپ JK است که دو ورودی آن از یک متغیر مقدار می گیرد یعنی یا هر دو J و K مقدار صفر و یا هر دو مقدار یک دارند. به این ترتیب در مواقعی یک است، ایجاد جهش می کند.

فلیپ فلاپ D

 

مدار داخلی یک فلیپ فلاپ D

این مدار تاخیر دهنده شبیه به یک عنصر تاخیر دهنده ساعت عمل می کند به این ترتیب که هر ورودی به آن می دهیم در یک فاصله زمانی مشخصی بعدا همان ورودی را به صورت خروجی دریافت می کنیم.

از این رو این فلیپ فلاپ را فلیپ فلاپ تاخیر (Delay) می نامند. این فلیپ فلاپ یک ورودی به نام D دارد.

همونطور که میدونید هر وقت در مدار منطقی ، خروجی علاوه بر ورودی به حالت های گذشته مدار وابسته باشه رو مدار منطقی ترتیبی می نامیم . مدارهای ترتیبی بعنوان سلولهای حافظه معروف هستن ، چرا که در مدارهای ترتیبی بر خلاف مدارهای ترکیبی ، خروجی علاوه بر ورودی فعلی ، به ورودی های قبلی هم وابسته هست و قادر به حفظ اطلاعات و ذخیره ی اون هاست . فیلیپ فلاپ ها اساس مدارهای ترتیبی رو تشکیل می دن .

مدارهای ترتیبی به دو نوع اساسی تقسیم می شن . مدارهای ترتیبی که با تغییر سیگنال ورودی ، تغییر می کنن رو مدار آسنکرون یا ناهمزمان و مدارهای ترتیبی که علاوه بر سیگنال ورودی به سیگنال گسسته زمانی وابسته هستند رو مدارهای سنکرون یا همزمان می نامند.

عناصر حافظه که در مدارهای ترتیبی آسنکرون  بکار میره فیلیپ فلاپ هستش که این فلیپ فلاپ ها می تونن یک بیت اطلاعات رو بصورت باینری ذخیره کنن . مدار فیلیپ فلاپ دو تا خروجی داره که یکی برای مقدار عادی و دیگری برای مقدار مکمل بیت ذخیره شده بکار می ره.اطلاعات باینری به صورت های مختلف وارد فیلیپ فلاپ می شه که این امر منجر بوجود اومدن انواع مختلف فیلیپ فلاپ می شه.

اساس گیت پایه فیلیپ فلاپ ها از نوع گیت NAND , NOR هستش و فیلیپ فلاپ های مختلف بر اساس گیت پایه ای NAND یا NOR  ساخته می شن.

یکی از انواع فیلیپ فلاپ ها فیلیپ فلاپ نوع RS آسنکرون هستش که دیاگرام لاجیک ، سمبل مداری و جدول صحت نوع NOR اون رو در شکل زیر می بینید.

با توجه به جدول صحت و عملکرد فیلیپ فلاپ نکات زیر قابل توجه هستش :

1- باصفر شدن ورودی RوS در صورتیکه مقدار حالت فعلی خروجی فیلیپ فلاپ صفر باشه ، مقدار آینده خروجی فیلیپ فلاپ تغییری نمی کنه و صفر باقی می مونه.

2- با صفر شدن ورودی RوS در صورتیکه مقدار حالت فعلی خروجی فیلیپ فلاپ یک باشه مقدار آینده خروجی فیلیپ فلاپ تغییری نمی کنه و یک باقی می مونه.

3- بند یک و دو بالا ، نان دهنده ی حفظ اطلاعات در فیلیپ فلاپ در دو موقعیت بالاست و این مطلب مؤید ذخیره کنندگی فیلیپ فلاپ هستش.

4- هر گاه ورودی RوS مساوی یک منطقی بشه بدون در نظر گرفتن مقدار حالت فعلی (Q(t)) ، خروجی مساوی با  Q(t+1) = Q(t+1) هستش.

5-   با توجه به موارد بالا دیاگرام زمانی فیلیپ فلاپ RS رو به شکل زیر رسم می کنیم.

در شکل بالا مدار فیلیپ فلاپ RS آسنکرون با گیت پایه ای NAND  رو هم می بینید + جدول صحت اون رو بر اساس حالت فعلی (Q(t)) .

که با توجه به جدول صحت و عملکرد فیلیپ فلاپ ، نکات زیر قابل توجه هستش :

1-  با 1 شدن ورودی RوS در صورتیکه مقدار حالت فعلی خروجی فیلیپ فلاپ صفر باشه ، مقدار آینده خروجی فیلیپ فلاپ تغییری نمی کنه و صفر باقی می مونه.

2-  با 1 شدن ورودی RوS در صورتیکه مقدار حالت فعلی خروجی فیلیپ فلاپ 1 باشه مقدار آینده خروجی فیلیپ فلاپ تغییری نمی کنه و 1 باقی نمی مونه .

3-  بند یک و دو بالا نشانگر حفظ اطلاعات در فیلیپ فلاپ در دو موقعیت فوق هستش و این مطلب مؤید ذخیره کنندگی فیلیپ فلاپ هستش.

4-  هرگاه ورودی RوS مساوی صفر منطقی بشه بدون در نظر گرفتن مقدار حالت فعلی (Q(t)) ، خروجی آینده مساوی با Q(t+1) = Q(t+1)

.

فیلیپ فلاپ نوع RS سنکرون هم یکی دیگه از انواع فیلیپ فلاپ هاست . در این نوع علاوه بر ورودی های اطلاعات یک ورودی به نام ورودی کلاک یا پالس ساعت وجود داره ، تغییر حالت فیلیپ فلاپ پس از اعمال این پالس و با توجه به نحوه ی تحریک ورودی انجام می شه.

در شکل زیر مدار فیلیپ فلاپ سنکرون RS با گیت پایه ای NOR و دیاگرام زمانی  اون نشون داده شده.

یک نوع دیگه از فیلیپ فلاپ فیلیپ فلاپ نوع JK هستش که از اون برای رفع معایب فیلیپ نوع RS  استفاده می شه ، این فیلیپ فلاپ یک فیلیپ فلاپ عمومی هستش بطوری که عملا به کمک این فیلیپ فلاپ می تونیم عملکرد فیلیپ فلاپ های دیگه رو تولید کنیم.

تو شکل زیر مدار منطقی و جدول صحت فیلیپ فلاپ JK رو می بینید.

فیلیپ فلاپ های نوع T یا  Toggale و نوع D  از انواع دیگه ی فیلیپ فلاپ ها هستن.

از دیگر اجزایی که در ساخت مدارهای ترتیبی استفاده می شن رجیستر ها هستند . رجیستر مداری هستش که می تونه چند بیت اطلاعات رو در خودش نگه داره ، این مدار از چند عنصر تشکیل می شه که هر عنصر جای ذخیره ی یک بیت اطلاعات هستش . این عناصر به صورت رشته ثابتی به هم متصل هستن .سیگنال های کنترلی در تمام عناصر مشترکه و موجب ورود اطلاعات به همه ی بیت های رجیستر می شه . عنصر ذخیره کننده یک بیت اطلاعات رو ، فیلیپ فلاپ می گن . به این ترتیب برای یک رجیستر n بیتی باید n فیلیپ فلاپ رو در کنار یکدیگه قرار بدیم و سیگنال های ورودی و خروجی اطلاعات به این فیلیپ فلاپ ها بطور مشترک به هم وصل می شن.

از جمله سیگنالهای کنترلی برای فیلیپ فلاپ ها clear هستش که همونطور که از اسمش پیداست وظیفش پاک و آماده کردن فیلیپ فلاپ هستش. همچنین سیگنال ساعت برای انتقال اطلاعات ورودی به خروجی فیلیپ فلاپ استفاده می شه . اگه چندین فیلیپ فلاپ در کنار هم قررا بگیرن یک رجیستر ساخته می شه ، در این حالت سیگنال های فوق به یکدیگر وصل و از یک نقطه مشترک فرمان می گیرن .

از امکاناتی که اغلب رجیسترها دارند قابلیت انتقال یا جابجایی محتویات اونهاست و رجیستری که این قابلیت رو داره رجیستر انتقالی یا شیفت رجیستر نامیده می شه.

انواع رجیسترها هم شامل :

-       شیفت رجیستر PIPO یا Parallel Input Parallel Output

-       شیفت رجیستر SISO یا Serial Input Serial Output

-       شیفت رجیستر PISO یا  Parallel Input Serial Output

-       شیفت رجیستر SIPO یا Serial Input Parallel Output

شمارنده ها یا کانتر ها  هم از دیگر اجزای ساختاری مدارهای ترتیبی هستند . اصولا شمارنده ها از مدارهای ترتیبی هستند که ورودی نداشته و از خروجی های فیلیپ فلاپ  برای تغذیه شمارنده مورد استفاده قرار میگیره. باید توجه داشت که فقط پالس ساعت از خارج یا از مدارهای داخل به شمارنده اعمال می شه ، بنابراین با اعمال هر پالس ساعت ، شمارنده می شمره.

همونطور که می دونید و می شه حدس زد شمارنده ها برای کنترل واحدهای صنعتی و مصارف دیگه مورد استفاده قرار می گیرن ، بعنوان مثال برای اتوماتیک کردن پروسه های صنعتی مثل ستاره به مثلث در موتورها ، کنترل چراغ راهنما در چهار راه ها و جابجایی اتوماتیک سیستم اضطراری و شبکه برق سراسری در یک واحد صنعتی و ... می تونن که مورد استفاده قرار بگیرن.

ساخت شمارندهها توسط هر یک از فیلیپ فلاپ های D,JK,T,RS امکان پذیره ، برای این منظور با توجه به تعداد بیت های قابل شمارش و روند شمارش و همچنین جداول حالت فیلیپ فلاپ قابل طراحی هستش.

مدارهای ترکیبی

مفهوم مدار منطقی و مدارهای ترکیبی
ایجاد تابع یک مدار منطقی
مثالهایی از مدارهای منطقی
طراحی نیم افزاینده
طراحی مدار رأی گیری

  مدار منطقی

هر مدار منطقی شامل ترکیبی از گیتهای منطقی است .
برای بررسی عملکرد هرمدار منطقی باید رفتار آن به ازای همه ورودی های ممکن مدار را بیابیم.  

  مدارات منطقی ترکیبی

مداراتی هستند که خروجی آنها در هر لحظه فقط به ورودی های همان لحظه بستگی دارد. به بیان دیگر یک مدار ترکیبی، مداری است بدون عنصر حافظه ای برای ذخیره وضعیت قبلی مدار.
F=X.W

W=Y+Z
X=A.B

  جدول درستی در مدارات ترکیبی

برای هر مدار منطقی می توان یک جدول درستی تعریف کرد که تمامی حالتهای مختلف ورودی های مدار را نشان می دهد، سپس به ازای هر ترکیب ورودی بر اساس عملکرد مدار خروجی را مشخص می کنیم.
جدول درستی بیان کننده عملکرد منطقی مدار است.  

  ایجاد تابع منطقی مدار

برای طراحی یک مدار باید با استفاده از جدول درستی آن یک تابع منطقی بدست آورد.
در ایجاد تابع منطقی از جبر بول استفاده می شود.

  طراحی مدار نیم جمع کننده

HalfAdder
برای جمع دو عدد یک رقمی مبنای دو

تابع متناظر با S :

تابع متناظر با C :
f(x,y)= m 3 = xy

  مثالی دیگر از طراحی یک مدار ترکیبی

یک خانواده 4 نفره برای انجام کاری رأی گیری می کنند. ارزش رأی پدر و مادر 2 برابر رأی فرزندان است. مداری طراحی کنید که هر نفر با فشردن کلیدی رأی دهد و در صورتی که مجموع ارزش آراء حداقل 4 شد ، یک چراغ به نشانه جواب مثبت رای گیری روشن شود.  

  خلاصه جدول
درستی