يتم استخدام Flip-flops لتخزين البيانات والتحكم في تدفق المعلومات في أجهزة الكمبيوتر وأجهزة الاتصال. على عكس التقليب، يمكن للمزلاج تغيير مخرجاته عندما يكون مدخل معين نشطًا. كل من المزلاج والتخبط مختلفان. المزلاج حساس للمستوى، في حين أن الوجه بالتخبط حساس للحافة.
يمكنك مقارنة المزلاج والقلاب من خلال النظر في كيفية تفاعلهما مع إشارة الإدخال. يقوم المزلاج بتغيير مخرجاته وفقًا لمستوى إشارة الدخل. ستكون الإشارة عند الإدخال عالية أو منخفضة. يقوم Flip-Flop بتغيير مخرجاته وفقًا لانتقال إشارة الدخل. وهذا يعني أنه بدلاً من الارتفاع والانخفاض، ستكون إشارة الإدخال إما مرتفعة أو منخفضة.
هناك أنواع مختلفة من الصنادل مثل SR وJK وD وT Flip-Flop. ستناقش هذه المقالة التقليب من النوع D بالتفصيل. يمكنك تصميم الوجه بالتخبط من النوع D باستخدام الوجه بالتخبط SR. يتم توصيل بوابة NOT بين مدخلات S وR الخاصة بالمقلب من النوع D، ويتم ربط كلا المدخلين معًا. يمكنك استخدام قلاب من النوع D بدلاً من قلاب SR، ولهذا التكوين تحتاج فقط إلى حالة SET وRESET.
مخطط سريع:
- ما هو نوع D Flip-Flop؟
- دائرة فليب فلوب من النوع D
- الرسم البياني توقيت
- جدول الحقيقة للنوع D Flip-Flop
- تكوين السيد والعبد من النوع D Flip Flop
- دائرة Flip-Flop من نوع Master-Slave D
- D-type Flip Flop لتقسيم التردد
- D Flip Flops كمزالج للبيانات
- مزلاج بيانات شفاف
- دوائر متكاملة من النوع D Flip-Flop
- خاتمة
ما هو نوع D Flip-Flop؟
قلاب من النوع D (تأخير الوجه) هو عنصر دائرة رقمية مسجلة لها حالتان مستقرتان. يستخدم هذا النوع من التقليب تأخيرًا لمدة ساعة واحدة عند إدخاله. ونتيجة لذلك، يمكنك توصيل عدة شبشب من النوع D في سلسلة متتالية لإنشاء دوائر تأخير. النعال من النوع D لها تطبيقات مختلفة، خاصة في أنظمة التلفزيون الرقمي.
دائرة فليب فلوب من النوع D
يحتوي Flip-Flop البسيط من النوع D على أربعة مدخلات ومخرجين. هذه المدخلات هي:
1. البيانات
2. الساعة
3. اضبط
4. إعادة الضبط
إن مخرجي التقليب من النوع D يكونان معكوسين منطقيًا لبعضهما البعض. يمكن أن تكون بيانات الإدخال إما منطق 0 (جهد منخفض) أو منطق 1 (جهد عالي). ستقوم إشارة إدخال الساعة بمزامنة التقليب مع إشارة خارجية. يتم الاحتفاظ بمجموعتي المدخلات وإعادة التعيين عند مستويات منطقية منخفضة. يحتوي النوع D flip-flop على حالتين محتملتين. عندما يكون إدخال البيانات (D) للتخبط هو 0، فسوف يقوم بإعادة ضبط التقليب وينتج عنه إخراج 0. عندما يكون إدخال البيانات (D) هو 1، فإنه سيتم ضبط التقليب وينتج عنه الناتج 1.
من المهم ملاحظة أن الوجه بالتخبط من النوع D يختلف عن المزلاج من النوع D. لا يتطلب المزلاج من النوع D إشارة على مدار الساعة، ولكن يتطلب المزلاج من النوع D إشارة على مدار الساعة لتغيير حالته.
يمكنك إنشاء شبشب من النوع D باستخدام زوج من مزالج SR. هناك حاجة أيضًا إلى اتصال مقلوب لإدخال بيانات واحد بين مدخلات S وR. لا يمكن أن تكون مدخلات S وR مرتفعة أو منخفضة في نفس الوقت. أحد أهم ميزات Flip-Flop من النوع D هو أنه يمكنه إنشاء مزلاج يمكنه تخزين معلومات البيانات والاحتفاظ بها. يمكنك استخدام خاصية المزلاج هذه الخاصة بقلاب من النوع D لإنشاء دائرة تأخير ومعالجة البيانات عند الحاجة إليها. تُستخدم النعال من النوع D بشكل أساسي في مقسمات التردد ومزالج البيانات.
الرسم البياني توقيت
دعونا نحلل مخطط التوقيت من اليسار إلى اليمين:
- في بداية مخطط التوقيت، س منخفض في البداية. عندما ترتفع المجموعة لفترة وجيزة، س يصبح مرتفعا ويبقى مرتفعا. من ناحية أخرى، عندما ترتفع قيمة RESET لفترة وجيزة، س يصبح منخفضًا ويبقى منخفضًا.
- لا تؤثر التغييرات في البيانات من LOW إلى HIGH على س . لا يستجيب الإخراج لتغييرات البيانات. في الحافة الصاعدة لنبض الساعة الأولى، نظرًا لأن البيانات عالية، س يصبح مرتفعا. على الرغم من أن البيانات تتغير مؤقتًا إلى LOW ثم تعود إلى HIGH. كل هذا لا يؤثر على س . في الحافة الصاعدة لنبض الساعة الثانية، لا تزال البيانات عالية، و س كما لا يزال مرتفعا.
- الانتقال إلى الحافة الصاعدة لنبض الساعة الثالثة، عندما تكون البيانات منخفضة، س يصبح منخفضا. في نبضات الساعة الرابعة والخامسة، حيث تبقى البيانات منخفضة، س يظل أيضًا منخفضًا عند كل حافة صاعدة. أخيرًا، عندما تأتي الحافة الصاعدة، تكون البيانات عالية، و س يذهب أيضا إلى عالية.
نلاحظ أن س̅ هو دائما عكس ذلك س . يمكن لإدخال SET أن يجعل الإخراج عاليًا في أي وقت. وبالمثل، يمكنك استخدام إدخال RESET لتحويل الإخراج إلى مستوى منخفض وقتما تشاء.
جدول الحقيقة للنوع D Flip-Flop
يمكن كتابة خصائص التقليب من النوع D باستخدام جدول الحقيقة D flip-flop. داخل جدول الحقيقة، يمكننا أن نرى أن لدينا مدخلاً واحدًا وهو D. وبالمثل، لدينا مخرج واحد فقط وهو Q(n+1).
| CLK | د | س(ن+1) | ولاية |
| - | 0 | 0 | إعادة ضبط |
| - | 1 | 1 | تعيين |
في جدول الخصائص للتخبط من النوع D، لدينا مدخلين، D وQn. يحتوي جدول الخصائص على مخرج واحد Q(n+1).
من المخطط المنطقي من النوع D، يمكننا أن نستنتج أن Qn وQn’ هما مخرجان متكاملان. يعمل هذان المخرجان أيضًا كمدخلات للبوابة 3 والبوابة 4. وبالتالي فإن Qn التي تمثل الحالة الحالية للتخبط سيتم اعتبارها مدخلات وQ(n+1) وهي الحالة التالية للتخبط سيتم اعتباره الإخراج.
| د | Qn | س(ن+1) |
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 |
باستخدام الجدول المميز للنعال من النوع D، يمكننا كتابة تعبير K-map Boolean من خريطة K ذات متغيرين.
تكوين السيد والعبد من النوع D Flip Flop
لتحسين سلوك التقليب من النوع D، يمكننا إضافة تقليب SR ثانٍ في نهاية خرج التقليب من النوع D. سيؤدي ذلك إلى تنشيط إشارة الساعة التكميلية من خرج قلاب من النوع D. ونتيجة لذلك، سيتم تشكيل قلاب من نوع Master-Slave من النوع D. عندما تأتي الحافة الأمامية (من الأدنى إلى الأعلى) لإشارة الساعة، سيتم إغلاق حالة الإدخال عند التقليب الرئيسي. بينما سيتم إلغاء تنشيط إخراج الوجه الرئيسي من النوع D.
وبالمثل، عندما تصل الحافة الخلفية أو الهابطة (من الأعلى إلى الأسفل) لإشارة الساعة، سيتم تنشيط المرحلة الثانية التابعة. عندما ينتقل نبض الساعة من الأعلى إلى الأدنى (أثناء النبض السلبي)، يتغير الخرج. يمكنك تصميم شبشب Master-Slave من النوع D من خلال ربط المزالجين، بحيث يكون لكل منهما مراحل ساعة متقابلة.
دائرة Flip-Flop من نوع Master-Slave D
لذلك، من دائرة Master-Slave من النوع D، يمكنك أن ترى كيف يقوم المقلب الرئيسي بتحميل البيانات من مدخل D عندما يرتفع نبض الساعة في دائرة Master-Slave من النوع D. هذا يجعل السيد ينقلب. على الحافة الثانية (الحافة الساقطة) لنبض الساعة، سيقوم القلاب التابع الآن بتحميل البيانات وتشغيل العبد.
بشكل عام، سيؤدي هذا التكوين إلى تشغيل أحد الوجهين دائمًا بينما يكون الآخر في وضع إيقاف التشغيل. لاحظ أن الخرج Q الخاص بتكوين التقليب الرئيسي والتابع هذا سوف يلتقط قيمة D فقط عند تطبيق دورة نبضة كاملة على مدار الساعة. يجب أن تحتوي هذه الدورة الكاملة على حافة بادئة بالإضافة إلى حافة هابطة في التكوين 0-1-0.
D-type Flip Flop لتقسيم التردد
يمكنك أيضًا استخدام الوجه المتأرجح من النوع D كدائرة مقسم التردد. قم بتوصيل مخرج D flip-flop مباشرةً مع الإدخال D. سيؤدي ذلك إلى إنشاء نظام تغذية مرتدة ذات حلقة مغلقة. لكل دورتين من نبضات الساعة، سيتم تبديل الاستقرار الثنائي.
يمكن أن يعمل مزلاج البيانات أيضًا كمقسم ثنائي أو مقسم تردد. سيؤدي هذا إلى إنشاء دائرة مضادة للقسمة على 2. وهذا يعني أن تردد الخرج انخفض إلى النصف مقارنة بتردد نبض الساعة.
بما في ذلك نظام حلقة التغذية الراجعة حول الشبشب من النوع D، يمكنك أيضًا إنشاء أنواع مختلفة من دوائر الشبشب مثل الشبشب من النوع T المعروف أيضًا باسم الشبشب ثنائي الاستقرار من النوع T. يمكن لهذا المقلب من النوع T في العدادات الثنائية أن يعمل مثل دائرة القسمة على اثنين، كما هو موضح أدناه.
من الشكل الموجي أعلاه، يمكننا أن نستنتج أنه عندما يتم إعطاء الخرج Q كردود فعل إلى طرف الإدخال D، فإن تردد نبضات الخرج عند Q سيكون مساويًا تمامًا لنصف (ƒ/2) تردد ساعة الإدخال (ƒ في ). بمعنى آخر، تحقق هذه الدائرة تقسيم التردد عن طريق قسمة تردد الإدخال على اثنين. يذهب Q إلى 1 مرة واحدة كل دورتين على مدار الساعة.
D Flip Flops كمزالج للبيانات
يمكن أيضًا أن تعمل النعال D جنبًا إلى جنب مع تقسيم التردد كمزالج للبيانات. مزلاج البيانات هو جهاز يعمل على الاحتفاظ أو استدعاء البيانات الموجودة على مدخلاته. إنه يعمل في الواقع كجهاز ذاكرة ذو بت واحد. يمكنك بسهولة العثور على المرحلية مثل TTL 74LS74 أو ال كموس 4042 بصيغة رباعية. تم تصميم هذه المرحلية خصيصًا لغرض إغلاق البيانات.
لإنشاء مزلاج بيانات 4 بت، قم بتوصيل مزالج البيانات الأربعة 1 بت معًا. تأكد أيضًا من أن مدخلات الساعة لجميع مزالج البيانات ذات 1 بت مترابطة ومتزامنة. يوجد أدناه دائرة مزلاج بيانات ذات 4 بتات.
مزلاج بيانات شفاف
في الإلكترونيات والدوائر الرقمية، ستجد العديد من تطبيقات Data Latch. باستخدام Data Latch، يمكنك إدارة التخزين المؤقت، وإدارة منافذ الإدخال/الإخراج، وقيادة الناقل ثنائي الاتجاه، وقيادة العرض. لقد تم تصميمه بطريقة تمنحك مقاومة إخراج عالية جدًا في كليهما س ومخرجاته المكملة س̅ . سيؤدي هذا إلى تقليل تأثيرات المعاوقة على الدوائر المتصلة.
في أغلب الأحيان، ستجد أن مزالج البيانات ذات 1 بت غير شائعة الاستخدام. تقوم الدوائر المتكاملة المتوفرة تجاريًا بدمج العديد من مزالج البيانات الفردية (4، 8، 10، 16، أو 32) في حزمة واحدة. مثال على ذلك هو 74LS373 مزلاج شفاف من نوع أوكتال D.
يمكنك التفكير في 74LS373 كجهاز يحتوي على ثمانية شبشب من النوع D داخله. يحتوي كل قلاب على مدخل بيانات د ومخرج س . عندما يكون إدخال الساعة (CLK) مرتفعًا، فإن مخرجات كل تقلب سوف تتطابق مع إدخال البيانات. وهذا يعني أن إدخال البيانات شفاف أو مرئي للمخرجات. في هذه الحالة المفتوحة، المسار من د الإدخال إلى س̅ الإخراج شفاف. وهذا يسمح للبيانات بالتدفق دون عوائق، ولهذا السبب تم إعطاء اسم المزلاج الشفاف.
من ناحية أخرى، عندما تكون إشارة الساعة منخفضة، يتم إغلاق المزلاج. الإخراج عند س̅ يتم إغلاقه بالقيمة الأخيرة للبيانات الموجودة قبل أن تتغير إشارة الساعة. عند هذه النقطة، س̅ لم يعد يتغير استجابة ل د .
دوائر متكاملة من النوع D Flip-Flop
هناك أنواع مختلفة من الدوائر المتكاملة D flip-flop المتوفرة في حزمتي TTL وCMOS. يعد 74LS74 أحد الخيارات شائعة الاستخدام التي يمكنك وضعها في الاعتبار. هذا هو Dual D flip-flop IC الذي يحتوي على اثنين من العناصر الثنائية الفردية من النوع D داخل شريحة واحدة. باستخدام هذا، يمكنك إنشاء قلاب تبديل فردي أو تابع للسيد والعبد.
تتوفر أيضًا بعض دوائر IC الأخرى ذات الوجه بالتخبط من النوع D، مثل 74LS174 HEX D flip-flop مع إدخال مباشر واضح. IC flip-flop آخر هو 74LS175 Quad D flip-flop مع مخرجات تكميلية. يحتوي 74LS273 Octal D-type flip-flop على إجمالي 8 شبشب من النوع D. كل هذه النعال الثمانية لها مدخلات واضحة. يتم توصيل كل هذه المدخلات في حزمة واحدة.
خاتمة
يمكن تصميم Flip-Flop من النوع D باستخدام مزلاج SR المتتاليين. يتم استخدام العاكس أيضًا بين مدخلات S و R. سيؤدي هذا إلى إخراج إدخال (بيانات) D واحد. يمكنك إضافة قلاب SR ثاني إلى قلاب أساسي من النوع D. سيؤدي هذا إلى تحسين عمل الوجه بالتخبط من النوع D. يمكنك توصيل قلاب SR هذا بمخرج قلاب من النوع D. لن يعمل إلا عندما تكون إشارة الساعة معاكسة للإشارة الأصلية. يُعرف هذا التكوين أيضًا باسم Master-Slave D flip-flop.
يختلف كل من المزلاج من النوع D والقلاب من النوع D. لا يحتوي المزلاج على إشارة ساعة، بينما يحتوي الشبشب من النوع D على إشارة ساعة. يعتبر D flip-flop جهازًا يتم تشغيله بواسطة الحافة. يتم التحكم في نقل بيانات الإدخال باستخدام حافة الساعة المرتفعة أو المنخفضة. على الجانب الآخر، فإن مزالج البيانات، مثل مزلاج البيانات والمزلاج الشفاف، هي الأجهزة الحساسة للمستوى.