Digitaalipiirit/Lukkopiirit

Digitaalipiirit

Lukkopiirit eli latchit

Lukkopiirit ovat bistaabiileita multivibraattoreita. Multivibraattori on sekvenssilogiikan rakennusosa, jolla on kaksi lähtöä Q ja Q, sekä yleensä kaksi tai useampia tuloja. Multivibraattori on bistabiili, kun sen lähdöt ovat vakaita. Tälläisiä multivibraattoreita ovat esim. Kiikut sekä nyt käsiteltävät lukkopiirit. Kiikut ovat reuna-herkkiä kun taas lukkopiirit ovat taso-herkkiä. Joissakin lähteissä käytetään molemmista, sekä kiikuista että lukkopiireistä termiä kiikku.

SR-lukkopiiri

SR-lukkopiiri

Ennen varsinaista asiaa täytyy huomauttaa, että SR-lukkopiiriä ei tulisi sen epävarmuuden ja häiriöherkkyyden takia käyttää. SR-lukkopiiri on kuitenkin yksinkertaisin muistielementti ja kaiken alku ja juuri. Sen toiminnan ymmärtäminen on tärkeää, jotta tajuaisi miksei sitä tulisi käyttää. SR-lukkopiiri koostuu kahdesta NOR-portista. Sillä on kaksi tuloa S ja R, jotka tulevat sanoista Set ja Reset.

Molempien tulojen ollessa "0"-tilassa NOR-portit toimivat inverttereinä ja kytkentä säilyttää tilansa. Tätä tilaa kutsutaan muisti-tilaksi.

Jos tulon R arvo muuttuu "1"-tilaan S:n pysyessä "0"-tilassa Q:n arvo muuttuu nollaksi riippumatta lähtöjen edellisistä arvoista. R:n palatessa "0"-tilaan, Q:n arvo säilyy nollana. Tilanne kääntyy toisinpäin S:n ollessa ykkösenä ja R:n nollana. Tällöin Q on "1"-tilassa huolimatta siitä mitä arvoja lähdöt ovat sisältäneet.

Molempien tulojen ollessa "1"-tilassa kytkennän tila on laiton, sillä lähtöjen arvot eivät ole enää toistensa komplimentteja.

SR-lukkopiirin tilataulu S R Tapahtuma 0 0 Pidä tila 0 1 Q = 0 1 0 Q = 1 1 1 laiton tila

SR-lukkopiirin piirroskuva.

SR-lukkopiiri

SR-lukkopiiri

SR lukkopiiri voidaan rakentaa myös NAND-portteilla. Tällöin molemmat tulot ovat invertoituja. Tästä johtuen kytkentä on muisti-tilassa molempien tulojen ollessa "1"-tilassa. Set- ja Reset- operaatiot tapahtuvat kun vastaava tulo nollataan. Tästä johtuen tulot ovat aktiivisia "0"-tilassa. Tätä merkitään viivalla tulojen yläpuolella, S ja R.

SR-lukkopiirin tilataulu. S R Tapahtuma 0 0 Laiton tila 0 1 Q = 1 1 0 Q = 0 1 1 Pidä tila

SR -lukkopiirin piirrosmerkki

D-lukkopiiri

Tiedosto:D-latch NOR.PNG

D-lukkopiiri

SR-lukkopiirin perusongelman on, että pienikin heilahdus S tai R tulossa riittää yleensä vaihtamaan kytkennän tilan. Aikoinaan näiden heilahdusten välttämiseksi käytettiin erilaisia keinoja kuten ylimääräisiä logiikkaportteja ja vastuksia sekä alipäästösuodattimia häiriöiden ehkäisemiseksi. Viimeistään ohjelmoitavien logiikkapiirien myötä näitä tapoja ei voitu enää käyttää, joten on ollut välttämätöntä kehittää sellaisia komponentteja ja suunnittelutapoja jotka eivät häiriinny ja aiheuta heilahduksia. Ensimmäinen askel paremmin toimivia muistielementtejä kohti on D-lukkopiiri.

D-lukkopiirissä on kaksi tuloa, D(data) ja clk(kello). Tarkastelemalla D-lukkopiirin kytkentää huomaamme, että se koostuu SR-lukkopiiristä johon on lisätty kaksi AND-porttia. Tarkastelemalla kytkennän toimintaa huomaamme, että clk-tulon ollessa alhaalla pysyvät SR-piirin tulot alhaalla. Clk:n ja D:n ollessa ylhäällä SR-lukkopiirin S-tulo nousee ylös ja R-tulo pysyy alhaalla. Tällöin Q:n arvo on ylhäällä ja Q:n arvo alhaalla. D-tulon ollessa alhaalla SR-lukkopiirin R-tulo nousee ja S-tulo pysyy alhaalla. Tällöin Q:n arvo on ylhäällä ja Q:n arvo alhaalla. Näin Q:n arvoksi tulee aina D:n arvo kun clk-tulo on ylhäällä.

D-lukkopiirin tilataulu. D C/E Tapahtuma 0 0 Pidä tila 0 1 Q = 0 1 0 Pidä tila 1 1 Q = 1

D-lukkopiirin piirrosmerkki