4-2

Bölüm 4 Ardışıl Lojik Devre Deneyleri

DENEY 4-1 Flip-Floplar DENEYİN AMACI

1. Kombinasyonel ve ardışıl lojik devreler arasındaki farkları ve çeşitli bellek

birimi uygulamalarını anlamak.

2. Çeşitli flip-flop türlerinin çalışma prensiplerini ve uygulamalarını incelemek.

GENEL BİLGİLER

Şekil 7-1-1’de, iki DEĞİL (NOT) ya da TÜMLEME kapısı gösterilmiştir. IC2’nin

çıkışı IC1’in girişine bağlanmıştır. IC1’in çıkışı ”1” ise, IC2’nin çıkışı “0” olur.

IC2’nin çıkışı IC1’in girişine bağlı olduğu için, IC1’in girişi tekrar “1”e çevrilmiş

olur. Eğer IC1’in girişine harici bir darbe uygulanırsa IC1’in çıkışı “0”, IC2’nin

çıkışı “1” olur (IC1’in çıkışı tekrar “0”a döner).

Şekil 4-1 İki NOT kapısı ile oluşturulan RS mandal (latch)

Harici darbe A, IC2’nin çıkışı B olarak ifade edilirse, A ya da B “1” olduğu

zaman, IC1’in çıkışı “0” olur.

Şekil 4-1’deki NOT kapıları, iki adet NOR kapısıyla değiştirilirse ve iki giriş R ve

S olarak ifade edilirse, Şekil 4-2’deki RS flip-flop elde edilmiş olur.

R = Reset (sıfırlama) girişi, Q çıkışını “0” yapar.

S = Set (birleme) girişi, Q çıkışını “1” yapar.

4-3

Şekil 4-2 İki NOR kapısı ile oluşturulan RS flip-flop

IC1’in çıkışı Q (normal çıkış) olarak adlandırılırken, IC2’nin çıkışı ise

(tümleyen çıkış) olarak adlandırılır. Flip-flop, uygun bir lojik giriş uygulandığında

durum değiştirir, güç sağlandığı sürece ya da girişi değişene kadar kararlı

durumda kalır.

Çoğu durumda, flip-floplar NOR ya da NAND kapılarıyla gerçekleştirilir. Şekil 4-

3, NOR kapılarıyla gerçekleştirilmiş bir pozitif lojik RS flip-flopu, Şekil 4-4 ise,

NAND kapılarıyla gerçekleştirilmiş bir negatif lojik RS flip-flopu göstermektedir.

RS flip-flop, en basit flip-flop olup diğer flip-flopları gerçekleştirmek için

kullanılabilir. Bu yüzden RS flip-flop, “temel-flip-flop” olarak da adlandırılır. Tablo

4-1’de, RS flip-flopun doğruluk tablosu gösterilmiştir. Qn şimdiki çıkış durumunu

ifade ederken, Qn+1 ise bir sonraki çıkış durumunu ifade eder.

Şekil 4-3 NOR RS flip-flop Şekil 4-4 NAND RS flip-flop

Tablo 4-1 RS flip-flop doğruluk tablosu

RS flip-flopun doğruluk tablosundan aşağıdaki sonuçlar çıkarılabilir:

(1) R=0 ve S=0 iken Qn+1=Qn’dir, yani Qn+1 bir önceki Qn durumuna (“0” yada

“1” olabilir) eşittir.

(2) R=0 ve S=1 iken, flip-flop birlenir (Qn+1=”1”).

4-4

(3) R=1 ve S=0 iken, flip-flop sıfırlanır (Qn+1=”0”).

(4) R=1 ve S=1 iken, Qn+1 aynı anda hem “0” hem “1” olmaya çalışır. Çıkış aynı

anda iki duruma sahip olamayacağı için, R=S=1 durumunda Qn+1 “tanımsız”

yada “belirsiz”dir.

Şekil 4-5’te, RS flip-flopun tam sembolü gösterilmiştir. CK saat sinyalidir ve flip-

flop, saat sinyali mevcut ise, durum değiştirecektir.

PR = Preset ; Saat sinyaline bakmaksızın, Q çıkışını “1” yapar.

CL = Clear (Sil) ; Saat sinyaline bakmaksızın, Q çıkışını “0” yapar.

Şekil 4-5 RS flip-flop

Bir RS flip-flop kullanılarak, D flip-flop gerçekleştirilebilir. D flip-flopun sembolü

ve RS flip-flop ile gerçekleştirilme şeması sırasıyla Şekil 4-6 (a) ve (b)’de

gösterilmiştir.

(a) Sembol (b) RS flip-flop ile gerçekleştirilmesi

Şekil 4-6 D flip-flop

4-5

D flip-flop, genellikle veri iletimi için kullanılır. Doğruluk tablosu Tablo 4-2’de

gösterilmiştir.

Tablo 4-2 D flip-flop doğruluk tablosu

Bir D flip-flop kullanılarak, T flip-flopu gerçekleştirilebilir. T flip-flopun sembolü ve

D flip-flop ile gerçekleştirilme şeması sırasıyla Şekil 4-7 (a) ve (b)’de

gösterilmiştir. T flip-flopun doğruluk tablosu Tablo 4-3’te gösterilmiştir.

(a) Sembol (b) D flip-flop ile gerçekleştirilmesi

Şekil 4-7 T flip-flop Tablo 4-3

Tablo 4-3’ten görüldüğü gibi, T flip-flopun çıkış durumu sadece T=1 ve CK=1

iken değişir. Başlangıçta Qn=”0” kabul edilirse, T=1 ve CK=1 olduğunda, T flip-

flopun çıkışı “1” olur. T flip-flopun çıkışı, tekrar T=1 ve CK=1 oluncaya kadar, “1”

durumunda kalır ve koşul sağlanınca tekrar “0” durumuna döner.

T flip-flopun çıkışı, T=1, CK=1 olduğu zaman, “0” ve “1” arasında durum

değiştirir. T flip-flopun bu benzersiz karakteristiğinden yararlanılarak, “2’ye

bölme” devreleri gerçekleştirilebilir. Şekil 4-8’e bakılacak olursa, iki giriş dalga

şekline karşılık, sadece bir çıkış dalga şekli vardır. T flip-floplar genellikle

sayıcıların gecikme devrelerinde kullanılır.

Şekil 4-8 T flip-flopun giriş ve çıkışı

4-6

JK flip-flop, RS flip-flopun “belirsiz” durumunu ortadan kaldırabilir. JK flip-flopun

sembolü, Şekil 4-9’da gösterilmiştir.

Şekil 4-9 JK flip-flop Şekil 4-10 RS flip-flop ile gerçekleştirilmesi

Şekil 4-10’da, RS flip-flopla gerçekleştirilmiş bir JK flip-flop eşdeğeri gösterilmiştir. Tablo 4-4’teki doğruluk tablosuna bakılacak olursa, JK flip-flopun, J=1, K=1 ve CK=1 durumu dışında, SR flip-flopuyla aynı olduğu,bu durumda da T flip-flopa benzediği görülür.

Tablo 4-4 JK flip-flop doğruluk tablosu

JK flip-flop, belirsiz duruma sahip olmadığı ve hemen hemen tüm flip-flopları

gerçekleştirmek için kullanılabildiği için, “genel flip-flop” olarak da adlandırılır.

4-7

Şekil 4-11’de, bir Master/Slave JK flip-flop devresi gösterilmiştir.

Şekil 4-11 Master/Slave JK flip-flop

CK=0 iken, master flip-flop yeni giriş kabul etmez ve Q’ ve Q’ çıkışları aynı kalır,

Q’ ve Q’, uydu flip-flopun Q ve Q çıkışlarına iletilir.

CK=1 iken master flip-flop yeni giriş kabul edebilir, ancak slave flip-flopun Q ve

Q çıkışları değişmez.

Şekil 4-12’de, master/slave flip-flopun zamanlama diyagramı verilmiştir. CK=1

iken, CK’nın düşen kenarıyla son giriş değeri tutuluncaya kadar, giriş sürekli

olarak değişir. CK=0 iken, slave flip-flop CK’nın düşen kenarıyla tetiklendiği için,

master flip-flopun çıkışı, slave flip flopa gönderilir.

Şekil 4-12 Master/slave flip-flopun zamanlama diyagramı

4-8

KULLANILACAK ELEMANLAR

1. KL-31001 Dijital Lojik Lab.

2. KL-33008 Modülü

DENEYİN YAPILIŞI

A. Temel Lojik Kapılar ile RS Flip-Flop Gerçekleştirme

1. A3, A4 girişlerini SWA A', SWB B' darbe üretici anahtarlarına, F6, F7 çıkışlarını L1, L2 lojik göstergelerine bağlayın. F6 ve F7 çıkışlarının durumları nasıldır? Güç kaynağını birkaç saniye kapatıp tekrar açın. F6 ve F7 çıkışlarının durumlarını tekrar gözlemleyin?

Şekil 4-13

Şekil 4-14

4-9

2. Tablo 4-5’te verilen giriş katarını takip ederek F6 ve F7 çıkışlarınındurumlarını gözlemleyin ve kaydedin.

Tablo 4-5

3. Q, Q’ çıkışlarını ve R, S girişlerini belirleyin.(Darbe üretici anahtarı önce “1”e, sonra “0”a, daha sonra tekrar “1”e getirin)

4. Şekil 4-15’teki devreyi kurmak için bağlantı klipslerini Şekil 4-13’e göreyerleştirin. A1, A5 girişlerini SWA A, SWB B darbe üretici anahtarlarına bağlayın.

Şekil 4-15

Tablo 4-6’da verilen giriş katarını takip ederek F6 ve F7 çıkışlarının durumlarını gözlemleyin ve kaydedin.

Tablo 4-6

4-10

B. RS Flip-Flop Kullanarak D Flip-Flop Gerçekleştirme

1. Şekil 4-17’deki D flip-flopu devresini kurmak için bağlantı klipslerini Şekil 4-16’ya göre yerleştirin.

Şekil 4-16

Şekil 4-17

2. A1 girişini SW1 anahtarına, CK2 girişini SWA A anahtarına, F6 çıkışını ise L1 lojik göstergesine bağlayın.

3. Tablo 4-7’te verilen giriş katarını takip ederek çıkış durumlarını gözlemleyinve kaydedin.

Tablo 4-7

4-11

C. D Flip-Flop Kullanarak JK Flip-Flop Gerçekleştirme

1. Şekil 4-19’daki T flip-flopu devresini kurmak için bağlantı klipslerini Şekil 4- 18’e göre yerleştirin. A1, A5 girişlerini SW0, SW1 anahtarlarına, CK2 girişini SWB B anahtarına, F6 çıkışını ise L1 lojik göstergesine bağlayın.

Şekil 4-18

Şekil 4-19

2. Tablo 4-8’de verilen giriş katarını takip ederek çıkış durumlarını gözlemleyinve kaydedin.

Tablo 4-8

4-12

D. RS Flip-Flop Kullanarak JK Flip-Flop Gerçekleştirme

1. Şekil 4-21’deki JK flip-flopu devresini kurmak için bağlantı klipslerini Şekil 4- 20’ye göre yerleştirin. J, K girişlerini SW0, SW1 anahtarlarına, CK1 girişini SWB B anahtarına, F1, F2, F6, F7 çıkışlarını ise L0, L1, L2, L3 lojik göstergelerine bağlayın.

Şekil 4-20

Şekil 4-21

2. Tablo 4-9’da verilen giriş sırasını takip ederek çıkış durumlarını gözlemleyinve kaydedin.

Tablo 4-9

4-13

E. D Flip-Floplar ile Kaydırmalı Kaydedici Gerçekleştirme

1. Deneyin bu bölümünde KL-33008 modülünün c bloğu kullanılacaktır.

Şekil 4-22

2. B girişini (CLEAR) SW0 anahtarına, A(I/P) girişini SW1 anahtarına, CK girişini SWA A anahtarına, F1, F2, F3, F4 çıkışlarını ise L1, L2, L3, L4 lojik göstergelerine bağlayın.

3. B’yi silmek için SW0 anahtarını “0” konumuna getirip daha sonra tekrar “1”konumuna getirin.

4. Aşağıda A(I/P) için verilen giriş katarını takip edin.

(1) A=”1” iken, CK girişine bir saat işareti gönderin (2) A=”0” iken, CK girişine bir saat işareti gönderin (3) A=”0” iken, CK girişine bir saat işareti gönderin (4) A=”1” iken, CK girişine bir saat işareti gönderin

4 tane saat işareti gönderdikten sonra çıkış göstergesini gözlemleyin. Göstergelerin durumu giriş katarına karşılık geliyor mu? Bu, Seri-Giriş, Paralel-Çıkış bağlantısıdır.

F4 çıkışına bağlı göstergeyi gözlemleyiniz. Göstergenin durumu ilk I/P girişine karşılık geliyor mu? Bir saat işareti daha göndererek F4 çıkışını tekrar gözlemleyin. Göstergenin durumu bu sefer ikinci I/P girişine karşılık geliyor mu? Bu, Seri- Giriş Seri-Çıkış bağlantısıdır.

4-14

F. Önceden Belirlenmiş Sol/Sağ Kaydedici

1. Deneyin bu bölümünde KL-33008 modülünün b bloğu kullanılacaktır.

Şekil 4-23

2. Aşağıdaki bağlantıları gerçekleştirin.

A, B, C, D girişleri SW0, SW1, SW2, SW3 anahtarlarına F1, F2, F3, F4 çıkışları L0, L1, L2, L3 lojik göstergelerine D1 (LOAD) girişi SWA A anahtarına C1 (CK) girişi SWB B anahtarına B1 (I/P) girişi DIP 2.0 anahtarına A1 (MODE) girişi DIP 2.1 anahtarına

Tablo 4-10

3. Tablo 4-11’de A1 için verilen giriş sırasını takip ederek çıkış durumlarınıgözlemleyiniz ve kaydedin.

Tablo 4-11

4-15

4. A1 girişine “1” uygulayarak Tablo 4-12’de A, B, C ve D için verilen girişsırasını takip ederek çıkış durumlarını gözlemleyin ve kaydedin.

Tablo 4-12

G. RS Flip-Floplar ile Gürültü Giderme Devresi Gerçekleştirme

1. Deneyin bu bölümünde Şekil 4-25’teki RS flip-flopu devresi kullanılacaktır.

Şekil 4-24

Şekil 4-25

4-16

2. A4 girişini SW0 anahtarına, A3 girişini darbe üretecinin çıkışına bağlayın.Darbe üretecinin çıkışı RS flip-flopu için gürültü kaynağı olarak kullanılacaktır.

3. A4=”1” iken F6 çıkışını ölçün. F6 = .

4. A3 girişini SW0 anahtarına, A4 girişini darbe üretecine “bağlayın. A3=”1” ikenF6 çıkışını ölçün. F6 = .

SONUÇLAR

1. Flip-flopun çıkışı yalnızca uygun bir giriş uygulandığında değişir. Güç kaynağıaçık tutulduğu veya girişler değişmediği sürece çıkış aynı kalır.

2. VEYA DEĞİL kapıları kullanılarak gerçeklenmiş RS flip-flopları çıkan-kenarla,VE DEĞİL kapıları kullanılarak gerçeklenmiş RS flip-flopları ise inen-kenarlatetiklenir.

3. Flip-floplar çoğu zaman VEYA DEĞİL ve VE DEĞİL kapılarıyla gerçeklenir.

HATA BENZETİMİ

1. KL-33008 modülünün d bloğundaki devrede A1 ve A2 giriş olarakkullanıldığında F6 ve F7 çıkışları (a)’da gösterildiği gibi olmaktadır. A3 ve A4 giriş olarak kullanıldığında ise F6 ve F7 çıkışları (b)’da gösterildiği gibi olmaktadır. Çıkışlardan hangisinin yanlış olduğunu belirleyin.

2. Bir JK flip-flopunun CK1 girişinde pozitif işaret varsa ve CK2=”0” ise olasıhataları belirleyin.

3. KL-33008 modülünün d bloğundaki devrede U2 ve U3 kapılarıyla VE DEĞİLflip-flopu gerçeklenince F6=1 ve F7=A4 olmaktadır. Hata ne olabilir?

4. KL-33008 modülünün c bloğunda, U6’nın çıkışları 0000 olmaktadır. Hata neolabilir?

4-17

5. KL-33008 modülünün c bloğunda, U6’nın F1 çıkışı rastgele değerleralmaktadır. . Hata ne olabilir?

6. KL-33008 modülünün b bloğunda U7’ye giren girişler hatalıysa hata neolabilir?

ALIŞTIRMALAR

1. Aşağıda gösterilen flip-flopu gerçeklemek için CMOS VEYA DEĞİL kapılarıkullanın.

2. Aşağıda gösterilen flip-flop devresini kurun. A=1, B=0 ve A=0, B=1 için çıkıştaoluşan dalga şekillerini çizin.

4-18

ÇOKTAN SEÇMELİ SORULAR

( ) 1. Bir lojik devrenin herhangi bir geri besleme bağlantısı yoksa ve çıkışı sadece giriş durumlarına bağlıysa, bu nasıl bir lojik devredir?

1. Kombinasyonel lojik devre2. Ardışıl lojik devre3. Gecikmeli lojik devre

( ) 2. Flip-flop bir:

1. Tek kararlı devredir.2. Kararsız devredir.3. İki kararlı devredir.

( ) 3. Tek bir flip-flop kaç bitlik bilgiyi saklayabilir?

1. 12. 33. 2

( ) 4. Aşağı lojik devrelerden hangisi bellek görevi görür?

1. Flip-flop2. VEYA kapısı3. VEYA DEĞİL kapısı

( ) 5. Hangi flip-flop ikiye bölme işlevini gerçekleştirir?

1. RS flip-flopu2. D flip-flopu3. T flip-flopu

4-19

( ) 6. Şekil H-1’deki flip-flop hangi türden bir flip-floptur? 1. D flip-flopu2. RS flip-flopu3. T flip-flopu

Şekil H-1

( ) 7. Aşağıdaki flip-floplardan hangisi aynı zamanda “genel flip-flop” olarak ta adlandırılır?

1. RS flip-flopu2. JK flip-flopu3. T flip-flopu

( ) 8. Şekil H-2’deki flip-flop hangi türden bir flip-floptur? 1. T flip-flopu2. RS flip-flopu3. D flip-flopu

Şekil H-2

( ) 9. A=1 ve B=0 iken Şekil H-2’deki flip-flopun Q çıkışı ne olur?

1. 02. 13. Bir önceki Q ile aynı

( ) 10. VEYA DEĞİL kapılarıyla gerçeklenmiş bir RS flip-flopunun R girişi “1”, S girişi “1” olursa çıkışlar ne olur?

1. Q=1, Q’=02. Q=0, Q’=13. Q=0, Q’=0

4-20

( ) 11. JK flip-flopunun girişleri birbirine bağlanırsa, elde edilen devre aşağıdakilerden hangisine eşdeğer olur?

1. RS flip-flopu2. D flip-flopu3. T flip-flopu

( ) 12. Bir T flip-flopu için T=”0” ve CK=”1” olursa, çıkış ne olur?

1. Bir önceki Q ile aynı2. Bir önceki Q’nun tümleyeni3. 1

( ) 13. Şekil H-3’teki flip-flop devresi aşağıdakilerden hangisinin eşdeğeridir?

1. T flip-flopu2. JK flip-flopu3. RS flip-flopu

Şekil H-3

( ) 14. Şekil H-3’deki devre için CK=2KHz ise F0’ın frekansı ne olur?

1. 4KHz2. 1KHz3. 2KHz

( ) 15. Şekil H-1’deki devre için A=1 ise Q’ ne olur?

1. 12. 03. -1