LEZIONI on LINE n° 5

Elettronica

Circuiti Sequenziali – FF SR

 

Per gli alunni della classe 3° di elettronica Istituto Tecnico

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Prerequisiti:

1. i principi di Kirchoff e la legge di Ohm;
2. equazioni di 1° grado
3. circuiti combinatori
4. segnale di clock

Circuiti Sequenziali

I circuiti sequenziali sono caratterizzati dal fatto che le uscite non dipendono solo dai livelli logici presenti sugli ingressi ma anche dai livelli logici assunti dalle uscite negli istanti precedenti che definiamo stato del circuito. Il circuito è in grado di conservare memoria della sequenza degli stati assunti dagli ingressi e dalle uscite.

Il Flip-Flop (FF) è un circuito sequenziale di memoria elementare, utilizzato anche come dispositivo di antirimbalzo. Il nome deriva dal rumore durante le transizioni di stato che facevano i primi circuiti di questo tipo che era realizzati con dei relè.

Esistono diversi tipi di FF:

• Flip – Flop
  • asincroni – senza segnale di Clock
  • sincroni – gestiti da un segnale di Clock
• SR (Set Reset)
• JK (Set Reset + Toggle)
• T (Toggle)
• D (Delay)

Il Clock

E’ un segnale periodico (si ripete dopo un determinato tempo detto periodo) che assume per una percentuale del periodo il valore ALTO e poi varia al valore BASSO. Questa percentuale è chiamata duty cycle. Un duty cycle del 50% significa che il segnale è alto per metà periodo e per il resto è basso.

FF di tipo SR asincrono

il FF SR, nella sua forma più semplice, ha 2 ingressi e quindi avremo 4 possibili combinazioni degli ingressi.

Per uno schema che utilizza segnali attivi bassi avremo:

• con S = 0 e R = 1 l’uscita Q viene Settata (posta a 1 – [Q posto a 0])
• con S = 1 e R = 0 l’uscita Q viene Resettata (posta a 1 – [Q posto a 0])
• con S = 1 e R = 1 l’uscita Q viene Memorizzata (rimane al valore che aveva – [Q anche])
• con S = 0 e R = 0 le due uscite Q e Q vanno tutte e due al valore 1 e diventano instabili / questo stato è da evitare

Vediamo alcuni esempi:

• l’integrato 74279 (4 FF di tipo SR [2 con ingressi S e altri 2 con un solo ingresso S] – asincrono)
• l’integrato 7476 (2 FF di tipo JK con Preset e Clear – sincrono)
• l’integrato 7474 (2 FF di tipo SR con Preset e Clear – sincrono sul fronte di salita)
• l’integrato 74174 (6 FF di tipo D con Clear – sincrono)

Esempio n° 1 – l’integrato 74ls279:

Prendiamo come primo esempio l’integrato 74ls279.

Questo integrato è un quadruplo FF SR.

La sua piedinatura è la seguente:

La sua tabella della verità è la seguente:

un circuito di principio per la realizzazione pratica del Flip-Flop SR è il seguente:

 

Simulazione dello schema del FF SR 74ls279 con Multisim:

Simuliamo lo schema a porte Nand semplice:

Se applichiamo in ingresso la coppia S = 1 & R = 1 il sistema MEMORIZZA L’ULTIMO STATO SCRITTO ma all’inizio il simulatore non reagisce in modo corretto.

Se applichiamo in ingresso la coppia S = 0 & R = 1 il sistema è SETTATO (l’uscita Q viene forzata al valore ALTO). Notiamo che il FF presenta dei segnali ATTIVI BASSI.

 

Se applichiamo in ingresso la coppia S = 1 & R = 0 il sistema è RESETTATO (l’uscita Q viene forzata al valore BASSO). Notiamo che il FF presenta dei segnali ATTIVI BASSI.

Se applichiamo in ingresso la coppia S = 1 & R = 1 il sistema MEMORIZZA il valore precedente (se l’uscita Q era stata posta a 0 (caso A) o 1 (caso B) rimane in quello stato). Notiamo che il FF presenta dei segnali ATTIVI BASSI.

Se applichiamo in ingresso la coppia S = 0 & R = 0 il sistema DIVENTA INSTABILE e le due uscite a volte assumono tutte e il valore alto (se l’uscite NON sono più l’una la negata dell’altra). Notiamo che il FF presenta dei segnali ATTIVI BASSI.

Un altro tipo di Flip-Flop può essere realizzato usando dei transistor invece delle porte NAND.

 

CONCLUSIONI:

Entrambi i tipi dei circuiti descritti appartengono al gruppo dell’elettronica digitale. Sia per i circuiti combinatori che sequenziali è molto importante saper ricavare le caratteristiche principali dai data sheet.

 

Roma 26 aprile 2020

Il docente

LERTERI C. Francesco

 

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