LogickĂŠ sĂtÄ rozebranĂŠ v odstavci 7.3 a 7.4. byly pĹĂkladem kombinaÄnĂch logickĂ˝ch systĂŠmĹŻ. VĂ˝stupy tÄchto systĂŠmĹŻ v urÄitĂŠm okamĹžiku zĂĄvisely tedy prĂĄvÄ jen na stavech vstupĹŻ tĂŠto sĂtÄ v tĂŠmĹže okamĹžiku (pĹesnÄji pĹed dobou danou dobou prĹŻchodu elektronickĂ˝mi obvody tvoĹĂcĂmi tuto sĂĹĽ). FunkÄnĂ zĂĄvislost mezi vstupy a vĂ˝stupy byla jednou provĹždy dĂĄna zapojenĂm sĂtÄ a nebylo moĹžnĂŠ tuto zĂĄvislost mÄnit jinak, neĹž zmÄnou zapojenĂ. KombinaÄnĂ logickĂŠ systĂŠmy tedy nemajĂ pamÄĹĽ, tj. nemohou v sobÄ uchovat informaci obsaĹženou ve vstupech sĂtÄ po dobu delĹĄĂ, neĹž je tato informace na vstupech fyzicky pĹĂtomna.
Ĺada logickĂ˝ch sĂtĂ pracuje v synchronismu s posloupnostĂ impulsĹŻ, kterĂŠ jsou generovĂĄny zvlĂĄĹĄtnĂm generĂĄtorem, kterĂ˝ nenĂ souÄĂĄstĂ tĂŠto sĂtÄ. ZmÄna stavu vĂ˝stupu takovĂŠ logickĂŠ sĂtÄ pak zĂĄvisĂ jednak na stavu vstupĹŻ sĂtÄ pĹi pĹĂtomnosti impulsu, jednak mĹŻĹže zĂĄviset na historii vstupĹŻ, tj. na jejich stavech pĹi pĹĂtomnosti dĹĂvÄjĹĄĂch impulsĹŻ. TakovĂ˝mto obvodĹŻm ĹĂkĂĄme sekvenÄnĂ logickĂŠ systĂŠmy a ĹĂdĂcĂ impulsy nazĂ˝vĂĄme hodinovĂ˝mi impulsy. Je zĹejmĂŠ,Ĺže sekvenÄnĂ obvody musĂ obsahovat prvky, kterĂŠ jsou schopny si pamatovat informace minimĂĄlnÄ po dobu mezi dvÄma hodinovĂ˝mi impulsy.
ZĂĄkladnĂm obvodem, kterĂ˝ je schopen setrvat v urÄitĂŠm stavu (logickĂŠ 0 nebo 1) bez aplikace vnÄjĹĄĂch logickĂ˝ch ĂşrovnĂ (mimo napĂĄjecĂ napÄtĂ ovĹĄem) je tzv.pamÄĹĽovĂĄ buĹka, neboli klopnĂ˝ obvod. NejjednoduĹĄĹĄĂ klopnĂ˝ obvod vytvoĹĂme pomocĂ dvou invertorĹŻ, kterĂ˝m kĹĂĹžem propojĂme vstupy a vĂ˝stupy (viz obr. 7.26a). Po zapojenĂ napĂĄjecĂho napÄtĂ nastavĂ se na vĂ˝stupu jednoho invertoru logickĂĄ jedniÄka a na druhĂŠm vĂ˝stupu logickĂĄ nula. Tento stav je logicky konzistentnĂ, neboĹĽ je-li napĹ. na vĂ˝stupu Q invertoru I1 logickĂĄ jedniÄka, je tato i na vstupu A2 invertoru I2, kterĂ˝ musĂ mĂt tedy na svĂŠm vĂ˝stupu nulu. Nula je tedy i na vstupu A1 invertoru I1 ,coĹž odpovĂdĂĄ stavu na jeho vĂ˝stupu. Chceme-li do pamÄĹĽovĂŠ buĹky âzapisovatâ, tj. nastavovat vĂ˝stup Q do ĂşrovnÄ 0 nebo 1, musĂme pouĹžĂt mĂsto prostĂ˝ch invertorĹŻ dvojvstupovĂĄ hradla NAND a propojit je spoleÄnÄ se dvÄma invertory podle obr. 7.26.b.
LogickĂŠ ĂşrovnÄ pro vstupnĂ signĂĄly S = 1, R = 0 jsou na obrĂĄzku naznaÄeny. V sekvenÄnĂm logickĂŠm systĂŠmu je tĹeba, aby se nastavenĂ nebo nulovĂĄnĂ klopnĂ˝ch obvodĹŻ dĂĄlo v synchronismu s hodinovĂ˝mi impulsy. To lze zabezpeÄit tak, Ĺže mĂsto invertorĹŻ na obr. 7.26.b. pouĹžijeme dvoustupovĂĄ hradla NAND, kterĂĄ otevĂrĂĄme hodinovĂ˝mi impulsy (viz obr. 7.27.a). Je zĹejmĂŠ, Ĺže je-li ĂşroveĹ na hodinovĂŠm vstupu log 0 (stav mezi dvÄma impulsy), nezmÄnĂ klopnĂ˝ obvod svĹŻj stav; pamatuje si jej po dobu mezi dvÄma hodinovĂ˝mi impulsy. VĹĄimneme si nynĂ pravdivostnĂ tabulky na obr. 7.27.b. Jsou-li vstupy R a S uzemnÄny (je-li na nich logickĂĄ nula), pak na vĂ˝stupech ĹĂdĂcĂch hradel je logickĂĄ jedniÄka nezĂĄvisle na Ăşrovni hodinovĂŠho vstupu. VĂ˝stupy Q a zĹŻstĂĄvajĂ proto na Ăşrovni, do kterĂŠ se dostaly pĹed tĂm, neĹž jsme na oba vstupy R a S logickou nulu pĹivedli. PĹivedenĂm logickĂŠ nuly na oba vstupy R i S zablokujeme tedy stav vĂ˝stupĹŻ Q a , kterĂŠ jsou nynĂ nezĂĄvislĂŠ na hodinovĂ˝ch impulsech.
V tabulce je to znĂĄzornÄno indexem n pĹĂsluĹĄnĂŠho vĂ˝stupu Äi vstupu. Index n oznaÄuje stav po pĹĂchodu n-tĂŠho hodinovĂŠho impulsu.
Rn | Sn | Qn+1 |
0 | 0 | Qn |
0 | 1 | 1 |
1 | 0 | 0 |
1 | 1 | ? |
tab. 7.27b
PĹedpoklĂĄdejme nynĂ, Ĺže Sn = 1, Rn = 0. Po pĹĂchodu hodinovĂŠho impulsu je pak na vĂ˝stupu hradla A3 logickĂĄ 0 a na vĂ˝stupu hradla A4 logickĂĄ jedniÄka. Prostudujeme-li logickĂŠ ĂşrovnÄ zapojenĂ uvidĂme, Ĺže obvod nastavĂme do stavu, kdy Q = 1 a = 0. Tento stav setrvĂĄvĂĄ do tĂŠ doby, dokud v dobÄ pĹĂchodu hodinovĂŠho impulsu je na vstupech S = 1 a R = 0. Ze symetrie obvodu okamĹžitÄ plyne, Ĺže pro Sn = 0 a Rn = 1, nastavĂme obvod po pĹĂchodu hodinovĂŠho impulsu do stavu Q = 0 a = 1.
Je-li Sn = 1 = Rn, nastavĂ se vĂ˝stupy hradel A3 a A4 po pĹĂchodu hodinovĂŠho impulsu do stavu logickĂŠ nuly. Tento stav by opÄt implikoval, Ĺže oba vĂ˝stupy hradel A1 a A2 by mÄly bĂ˝t ve stavu logickĂŠ jedniÄky, coĹž je nesluÄitelnĂŠ se zapojenĂm klopnĂŠho obvodu. Ve skuteÄnosti se stane to, Ĺže v zĂĄvislosti na tom, kterĂ˝ z vĂ˝stupĹŻ hradel A3 a A4 stoupĂĄ po ukonÄenĂ hodinovĂŠho impulsu rychleji, nastavĂ se na vĂ˝stupech a Q buÄ stav Q = 1 nebo Q = 0. Stav vĂ˝stupĹŻ proto nezĂĄleŞà ani na stavech vstupĹŻ ani na Ăşrovni hodinovĂŠho impulsu, ale na vnitĹnĂch parametrech obvodu; je to tedy neurÄitĂ˝ stav a v tabulce je znĂĄzornÄn otaznĂkem. Proto se pĹi buzenĂ tohoto klopnĂŠho obvodu musĂ pamatovat na to, aby stav Rn = Sn = 1 nemohl nastat. Na obr. 7.27.c je schematickĂĄ znaÄka obvodu.
KromÄ prĂĄvÄ popsanĂŠho klopnĂŠho obvodu R-S jsou pouĹžĂvĂĄny tĹi dalĹĄĂ typy klopnĂ˝ch obvodĹŻ: dvojÄinnĂŠ klopnĂŠ obvody J-K, T a D. DvojÄinnĂŠ klopnĂŠ obvody J-K, D a T odstraĹujĂ neurÄitĂ˝ stav obvodu R-S. Obvod T pracuje jako binĂĄrnĂ obvod, kterĂ˝ mÄnĂ svĹŻj stav po kaĹždĂŠm hodinovĂŠm impulsu Qn+1= .
Pro odstranÄnĂ neurÄitĂŠho stavu klopnĂŠho obvodu R-S byl vyvinut tzv. dvojÄinnĂ˝ klopnĂ˝ obvod J-K. PrincipiĂĄlnĂ zapojenĂ je na obr. 7.28.
ZapojenĂ obsahuje dva ĹĂzenĂŠ klopnĂŠ obvody R-S, u nichĹž vĂ˝stupy Q a prvnĂho jsou navĂĄzĂĄny na vstupy S a R (po ĹadÄ) druhĂŠho. DruhĂ˝ klopnĂ˝ obvod se ĹĂdĂ invertovanĂ˝mi hodinovĂ˝mi impulsy a zpÄtnĂĄ vazba je vedena z vĂ˝stupu druhĂŠho klopnĂŠho obvodu na vstup prvnĂho. PrvnĂ klopnĂ˝ obvod se nazĂ˝vĂĄ ĹĂdicĂ (master), druhĂ˝ klopnĂ˝ obvod je ĹĂzenĂ˝ (slave). S nĂĄbÄĹžnou hranou hodinovĂŠho impulsu se nastavuje ĂşroveĹ na vĂ˝stupech ĹĂdĂcĂho obvodu; ĹĂzenĂ˝ obvod je uzavĹen, neboĹĽ ĂşroveĹ na jeho hodinovĂŠm vstupu = 0. S úbÄĹžnou hranou hodinovĂŠho impulsu se uzavĂrĂĄ vstup ĹĂdĂcĂho klopnĂŠho obvodu a stav na jeho vĂ˝stupu je kopĂrovĂĄn ĹĂzenĂ˝m klopnĂ˝m obvodem. Jeho vĂ˝stupnĂ ĂşrovnÄ jsou vedeny zpÄtnou vazbou na vstup ĹĂdĂcĂho obvodu, tam vĹĄak nezpĹŻsobà Şådnou zmÄnu, neboĹĽ tentokrĂĄt je ĹĂdĂcĂ obvod uzavĹen (C = 0). AsynchronnĂ vstupy jsou zavedeny do ĹĂdicĂho klopnĂŠho obvodu. NastavĂme-li asynchronnĂmi vstupy ĹĂdĂcĂ klopnĂ˝ obvod, pĹesune se tato informace do ĹĂzenĂŠho klopnĂŠho obvodu okamĹžitÄ (je-li C = 0), neboĹĽ mezi hodinovĂ˝mi impulsy je C = 0, tedy = 1; ĹĂzenĂ˝ klopnĂ˝ obvod, ovlĂĄdanĂ˝ signĂĄlem , je tedy otevĹen.
vznikne z obvodu typu J-K, vloĹžĂme-li invertor mezi vstupy J a K tak, Ĺže K je komplementem J (obr. 7.29). Z pravdivostnĂ tabulky obvodu J - K plyne, Ĺže Qn+1 = 1 pro Dn = Jn = n = 1 a Qn+1 = 0 pro Dn = Jn = n = 0. Tedy Qn+1 = Dn. Vzhledem k tomu, Ĺže pravdivostnĂ tabulka obvodu J-K pro J =  se neliĹĄĂ od tabulky obvodu R-S pro R = , mĹŻĹžeme obvod tohoto typu rovnÄĹž sestavit z ĹĂzenĂŠho obvodu R-S (v tom pĹĂpadÄ hovoĹĂme o jednoduchĂŠm nebo jednoÄinnĂŠm klopnĂŠm obvodu). TakovĂ˝ obvod mÄnĂ svĹŻj stav pĹi nĂĄbÄĹžnĂŠ hranÄ hodinovĂŠho impulsu; v pĹĂpadÄ, Ĺže D obvod sestavĂme z obvodu J-K typu master - slave, mÄnĂ se stav s tĂ˝lovou hranou hodinovĂŠho impulsu. KlopnĂŠ obvody typu D mohou slouĹžit jako pamÄti binĂĄrnĂ informace, kterĂĄ se vybavĂ hodinovĂ˝m impulsem k dalĹĄĂmu zpracovĂĄnĂ. PĹĂkladem jednoduchĂŠho obvodu typu D je integrovanĂ˝ obvod 7474 (dva jednoduchĂŠ D-obvody v jednom pouzdru).
mÄnĂ svĹŻj stav pĹi kaĹždĂŠm hodinovĂŠm impulsu. Je tedy Qn+1 = n. Z pravdivostnĂ tabulky obvodu J-K mĹŻĹžeme vidÄt, Ĺže tuto funkci plnĂ obvod J-K pro J = K = 1. Obvod typu T mĂĄ tedy dva vstupy - vstup T (spojenĂŠ vstupy J-K) a vstup pro hodinovĂŠ impulsy. Je-li T = 1 , obvod se pĹeklĂĄpĂ, Qn+1 = n, je-li T = 0, obvod zĹŻstĂĄvĂĄ pĹeklopen do pĹŻvodnĂho stavu; Qn+1 = Qn. Tato funkce obvodu T je vyuĹžita v synchronnĂoh ÄĂtaÄĂch - viz nĂĹže. Pokud nepotĹebujeme obvod T elektricky ovlĂĄdat, vystaÄĂme s obvodem typu D , u nÄhoĹž spojĂme vĂ˝stup se vstupem D. Snadno nahlĂŠdneme, Ĺže je pak Qn+1 = n.
PĹi aplikacĂch jsou dĹŻleĹžitĂŠ ÄtyĹi typy klopnĂ˝ch obvodĹŻ: klopnĂ˝ obvod R-S (resp. ĹĂzenĂ˝ klopnĂ˝ obvod R-S), klopnĂ˝ obvod J-K, D a T. Obvody typu J-K a D jsou vyrĂĄbÄny v integrovanĂŠ formÄ v rĹŻznĂ˝ch stupnĂch integrace, obvod typu R-S je moĹžnĂŠ sestrojit pomocĂ hradel NAND nebo pouĹžĂt mĂsto nÄj obvod J-K. RovnÄĹž obvod typu T se dĂĄ snadno vytvoĹit z obvodu typu J-K event. z obvodu typu D. KlopnĂŠ obvody mĂvajĂ kromÄ synchronnĂch vstupĹŻ dat jeĹĄtÄ tzv. pĹĂmĂŠ neboli asynchronnĂ vstupy, jimiĹž je moĹžno nastavovat vĂ˝stupy klopnĂŠho obvodu do stavu Q = 1 nebo Q = 0 v dobÄ mezi dvÄma hodinovĂ˝mi impulsy. Je-li klopnĂ˝ obvod typu master-slave, mÄnĂ svĹŻj stav pĹi tĂ˝lovĂŠ hranÄ hodinovĂŠho impulsu; jinak pĹi nĂĄbÄĹžnĂŠ hranÄ. Tabulka 7.4 uvĂĄdĂ pĹehlednÄ pravdivostnĂ tabulky jednotlivĂ˝ch klopnĂ˝ch obvodĹŻ, v dalĹĄĂch odstavcĂch jsou uvedeny jejich nejÄastÄjĹĄĂ aplikace.
Tabulka 7.4
S-R | J-K | D | T | asynchronnĂ vstupy | |||||||||
Sn | Rn | Qn+1 | Jn | Kn | Qn+1 | Dn | Qn+1 | Tn | Qn+1 | C | R | S | Q |
0 | 0 | Qn | 0 | 0 | Qn | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | |
1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | Qn | 0 | 0 | 1 | 0 |
0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | * | ||||
1 | 1 | ? | 1 | 1 |
* viz pravdivostnà tabulky jednotlivých obvodů