Elektronická učebnice

Jednoduché sekvenční obvody

Bistabilní klopné obvody jsou spolu s kombinačními logickými obvody základními stavebními prvky sekvenčních logických obvodů. Jejich základní vlastností je uchování jednobitové informace po libovolně dlouhou dobu (podmíněno přítomností napájecího napětí). Bistabilní klopný obvod je tedy elementární paměť nebo též jednotková paměť. Bistabilní klopné obvody mají dva stabilní stavy (0, 1); jeden stabilní stav přechází skokem v druhý. Jakýkoliv signál přicházející na vstup klopného obvodu může ovlivnit jeho výstup až v době následující, tj. se zpožděním jedné doby. Tím se klopné obvody liší od ostatních logických obvodů, u nichž se výstupní signály objevují téměř ve stejné době jako signály vstupní, jestliže zanedbáme zpoždění logického členu, které je řádově několik nanosekund. Bistabilní klopné obvody se používají hlavně k sestavování statických registrů, čítačů a jako zpožďovací mezistupně logických obvodů. Rozeznáváme několik druhů zapojení bistabilních klopných obvodů, které se vzájemně liší tím, jak reagují na vstupní signály.

Monostabilní klopný obvod se vyznačuje jedním stabilním stavem. S příchodem vstupního impulsu přechází do nestabilního stavu, přičemž vytváří na výstupu pravoúhlý impuls konkrétní délky. Délka impulsu prakticky nezávisí na vstupním impulsu, ale na časové konstantě RC obvodu. Po skončení impulsu se vrací do stabilního stavu. V číslicových obvodech se monostabilní klopné obvody využívají především ke generování impulsů s nastavitelnou šířkou, dále např. k vytvoření požadovaného zpoždění impulsů apod.

Obr. 1: Monostabilní obvod

Astabilní klopné obvody, zvané generátory pravoúhlých kmitů, multivibrátory, popř. generátory periodicky se opakujících impulsů, se vyznačují dvěma kvazistabilními stavy, do kterých se tyto obvody periodicky překlápějí v závislosti na časovacích členech, realizovaných obvykle články RC. Astabilní klopné obvody můžeme realizovat se Schmittovými klopnými obvody a členy RC, s logickými členy NAND, NOR nebo s invertory a členy RC, s integrovanými monostabilními klopnými obvody a členy RC, s univerzálními časovači (např. 555) a členy RC apod.

Obr. 2: Astabilní obvod

Kondenzátor C zavádí zpětnou vazbu z výstupu druhého invertoru na vstup prvního invertoru.

Bistabilní klopné obvody dělíme podle působení taktovacích impulsů:

- asynchronní klopné obvody (T, D, RS) - bez řízení taktovacími impulsy

- synchronní klopné obvody (T, D,RS. JK) - řízené taktovacími impulsy

Dále je dělíme podle závislosti mezi vstupními a výstupními signály:

- T čítací KO (trigger)

- D zpožďovací KO (delay, data latch)

- RS základní paměťové klopné obvody

- nevýhoda: R=S=1 zakázaná kombinace

- JK univerzální bistabilní KO odstraňují nevýhodu KO RS (R=S=1)

Podle počtu vstupů dělíme bistabilní KO na:

- jednovstupové (T, D)

- dvouvstupové (RS, JK)

Bistabilní klopné obvody mají 1 výstupní proměnnou - získáme ji v přímém i negovaném tvaru Q, nonQ. Některé klopné obvody mají navíc ještě vstup pro “nastavení” S a “nulování” R a synchronní klopné obvody jsou vybaveny vstupem pro hodinové impulsy C případně. CLK (clock); hodinový vstup se rovněž označuje CP (clock pulse). Existují také klopné obvody se složenou vstupní logikou, tj. s více vstupy S a R nebo J a K spojenými funkcí AND nebo OR. Popíšeme si bistabilní klopné obvody typu T, D, RS a JK.