ディジタル回路第7回フリップフロップテキスト第5章情報工学科天野英晴最も簡単な記憶回路 H Q L Q Q L セットの状態 Q H リセットの状態一度その状態になったら保持し続けるこのままだと切り替える手段がない→ 切り替え用の入力を付けよう RSラッチ（SRラッチ） S=L Q=H S=H Q=L R=H Q=L Q=H R=L S=Lでセットにする（Q=H) R=Lでリセットにする（Q=L) 強制的にセット、リセットさせる端子を付ける RSラッチ（SRラッチ） S＝H Q Q R＝H NANDは片方の入力がH ならばNOTと同じ H 状態を保持 Q L Q Q L 以前セットであればセット Q H 以前リセットであればリセット RSラッチの動作 S R Q ここはLかHか決まらないすでにセットされているので無意味禁止状態 S＝L Q＝H Q＝H R＝L セット、リセット両方の働きが重なると Q,Q 共にHになる H Q Q H 両方Hは本来有り得ない →禁止状態と呼ばれるしかし使うのが禁止されているわけではない少しでも長くLになった方が勝つ→ 判定回路などに使うチャタリング防止回路スイッチを倒したときにバウンドする → チャタリング Q＝L Q バウンドしても大丈夫 Q＝H Q RSラッチは使いにくい →データの記憶の形に：Dラッチ D Q Q D G G G＝Hの時 NANDはNOTと同じ D=H L Q＝H H D=L H L D＝HのときQ=H D＝LのときQ=L つまり、Q=D Q＝L Dラッチによるデータの保存 D Q G G＝Lの時 NANDの出力は常にH H H G=Hの時のDの値を保持する Q：以前の状態を保持 Dラッチの動作 D G Q=D Q Q=D ここはLかHか決まらない Q=D Dラッチは目、G=Hは見たものをそのまま出す G=Lの時は最後に見たものを覚えておく Q=D DラッチのCMOS回路 G D Q G G Q G G=L G D Q G=H G=H Q D G G Q G=L G=Hの時Q=D Q G G=Lの時データ保持トランスペアレントラッチ入力データが通過入力データを記憶 D Q G D Q G D Q G D Q G D Q G D Q G D Q G D Q G D Q G D Q G D Q G D Q G G=H G=L フリップフロップ（Flip Flop） • RSラッチもDラッチもレベル動作 – 入力レベルによって記憶操作を行う • フリップフロップはエッジ動作 – クロック入力の変化に応じて記憶操作を行う – 状態遷移を行うためにはエッジ動作が必要 – 記憶素子のほとんどはエッジ動作→同期回路 • 言葉の意味 – 広義のフリップフロップ • 1ビットの記憶素子全般を指す – 狭義のフリップフロップ • エッジ動作のものに限定 • レベル動作のものをラッチと呼んで区別する D-Flip Flop Q Q D D クロック入力立上りでD入力を記憶して Qから出力クロック入力立下りでD入力を記憶して Qから出力 D-Flip Flopの動作 D クロック Q ここはLかHか決まらない D-Flip Flopはカメラ ClockがL→Hに変化した瞬間シャッターを切って記録演習1 D クロック /G DラッチのQ D-F.F. のQ D-ラッチ、D-F.F.の出力Qを示せ。初期値はLとする D-Flip Flopの中身 D Q Q Clock D Q D Clock Q G マスタ S Q R スレーブマスタスレーブ型と呼ばれる（動作的には主人と奴隷ではないが、、）マスタースレーブ型の動作 D S Q Q D Clock H R Q G L マスタは保持しているデータを出力スレーブはスルーして新しいデータを入れる D S Q Q D Clock L R Q G スレーブの入力は切れて記憶保持 H ClockがH→Lでデータはマスタをスルーして出力 Clockの立下り（H→L）で反応するフリップフロップ CMOSのマスタスレーブ型フリップフロップの動作 CK CK Q D CK CK CK CK CK=Hの時 CK CK スレーブはスルーして新しいデータを入れる CK マスタは保持しているデータを出力 CK Q D CK=Lの時 CK CK CK スレーブの入力は切れて記憶保持 CK CK CK マスタはスルーでスレーブの値を出力 Clockの立下り（H→L）で反応するフリップフロップ D-F.F.の応用回路：シフトレジスタ Qa Qb Q D D Qc Q D Qd Q D Q D Clock 各D-FFは変化前を記憶する→1クロック遅れる Clock D サンプル Qa 変化前を記憶 Qb Qc Qd シリアルパラレル変換に利用可能 D-F.F.の応用回路：ジョンソンカウンタ Qa Qb Q D Clock Qc Q D Qd Q D Q D Q Qdまで１が届くと今度は0が入る→満ちたるが極まればすなわち欠ける。陰が極まれば陽に転ず Clock Qa Qb Qc Qd 簡単でビット距離が１のカウンタ→コントローラに使う Clear、Preset端子 PR D CLR Q CLR ： F.F．をクロックと関係なしにリセット RSラッチのR端子 PR ： F.F.をクロックと関係なしにセット RSラッチのS端子クロックに同期しないでセット、リセットが可能初期化には便利リセットのみを持つF.F．は標準的に使われる J.K F.F. J J Q K Q Clock J K Q Jはセット Kはリセットの働きしかしクロックのエッジで変化する K CK Q L H L H L H L L 前の状態を保持 H H 前の状態と反転＝トグルモード同期カウンタ J Q K Q Qa J Q Qb K Q J Q Qc K Q J Q K Q Clock Clock Qa Qb Qc Qd 自分より前の桁がすべて‘１’ならば反転する→数をかぞえる Qd 非同期カウンタ Qa 立下りで反転 J Q K Q Qb J Q K Q Clock Clock Qa Qb Qc Qd 自分より前の桁がクロックに入る〇簡単 ×出力にずれが生じる Qc J Q K Q J Q K Q Qd T-F.F. JK-F.F.のJとKを繋いだもの T J T CK Q Q T Q L 前の状態を保持 K Q Q H 前の状態と反転＝トグルモード J JK-F.F.はT-F.F.とD-F.F. を兼ねている→かつてJK-F.F.が重んじられた理由 JとKを反転して繋ぐとD-F.F.となる D J Q K Q Q D しかし、最近はD-F.F.で全てを構成する方法が主流 ⇔ HDLによる設計法とマッチする Enable付きD-F.F. D Q 0 D Y １S Q D Q D D Q D Q EI D Q EI＝Hの時だけD入力からデータを記憶 EI=Lではデータを保持 D Q EI EI CLK EI＝Hの時だけクロックの立上りに同期してデータを格納現在のRTLはこの形のレジスタが基本演習２ • タイミング図を描け Y Din D Q Q Clock Clock Din Qa Qb Y Qa Qb D Q Q Qa、Qbの初期値はLとせよ