Elektronik Digit
Litar Logik Jujukan Litar Jujukan (Sequential Circuit / State Machine)
SEE 1223 - Elektronik Digit
Mempunyai fungsi ingatan Nilai keluaran sekarang bergantung kepada masukan dan juga nilai pada ingatan (nilai keluaran sebelumnya)
Bab 7 & 8
Litar Logik Jujukan (Sequential Logic Circuit)
I/P
O/P Litar Logik Gabungan
X
Z
Y (Present State)
Y* (Next State) Ingatan
Litar Logik Jujukan
Litar Logik Jujukan
Hubungan antara fungsi masukan, keluaran, keadaan sekarang dan keadaan berikut dapat dinyatakan dalam Jadual Keadaan (State Table) dan Rajah Keadaan (State Diagram) 0/1 Keadaan Sekarang A B C D
A 00
Masukan (X) 0 1 D/0 C/1 B/1 A/0 C/1 D/0 A/0 B/1
X/Z = Inp/Out 1/1 C 10 0/0
1/0 B 01 0/1
1/1
D 11
2 jenis peranti ingatan yang sering digunakan adalah ‘SELAK’ (LATCH) dan ‘FLIP-FLOP’ Bagi selak, ia akan mengekalkan nilai keluaran pada suatu nilai (sama ada ‘1’ atau ‘0’). Nilai masukan akan serta merta mengubah nilai seterusnya bagi keluaran.
1/0
0/0
Didalam bab ini, penekanan diberikan terlebih dahulu kepada ‘Peranti Ingatan’!
Bagi flip-flop, ia juga akan mengekalkan nilai keluaran pada suatu nilai. Nilai masukan dan isyarat jam akan menentukan nilai seterunya bagi keluaran. Nilai keluaran hanya akan berubah apabila isyarat jam diberi!
Litar Logik Jujukan PERANTI INGATAN SELAK (LATCH)
FLIP-FLOP
S-R (NAND)
S-R
S-R (NOR)
J-K
D
D T
Litar Logik Jujukan
S-R LATCH Selak S-R perlaksanaan NAND Set Q
Reset
Q
S (Set) R (Reset) Keluaran 1 1 Tak Ubah 0 1 Q=1 1 0 Q=0 0 0 Tak sah
S
Q
R
Q SR 01
1x
x1 0
1 10
1
Elektronik Digit
S-R LATCH Selak S-R perlaksanaan NOR Set Q Q
Reset
S (Set) R (Reset) Keluaran 0 0 Tak Ubah 1 0 Q=1 0 1 Q=0 1 1 Tak sah
D LATCH
S
Q
R
Q
Selak D adalah berasaskan kepada selak S-R! D Q D E Q E
SR 10 0x
x0 0
1 01
E 0 0 1 1 1 1
D x x 0 0 1 1
Q 0 1 0 1 0 1
Flip-Flop
Q* 0 1 0 0 1 1
Q Q
ED 11 0x 10
0
1
0x 11
10
S-R FLIP-FLOP
Untuk menyegerakkan keluaran bagi sesuatu peranti ingatan, penggunaan selak adalah ‘tidak sesuai’.
Flip-flop S-R! S
Flip-flop dapat menyegerakkan isyarat keluaran dengan adanya isyarat Jam (CLOCK)!
CLK
Jam adalah isyarat segiempat berkala. Keluaran bagi sesuatu peranti ingatan atau suatu sistem, hanya diperolehi berdasarkan peralihan isyarat Jam ini. Sama ada peralihan Pinggir Positif atau peralihan Pinggr Negatif.
Q Pengesan Pinggir
Q R S
Q
S
CLK
Q CLK
Jam
R
Q
R
FF S-R Terpicu Pinggir +ve
S-R FLIP-FLOP
S-R FLIP-FLOP
Jadual Keadaan dan Rajah Keadaan bagi FF S-R! S 0 0 0 0 1 1 1 1
R 0 0 1 1 0 0 1 1
Litar Logik Jujukan
Q 0 1 0 1 0 1 0 1
Q* 0 1 0 0 1 1 Tak sah Tak sah
S R
SR 10 0x
Q
FF S-R Terpicu Pinggir -ve
x0 0
1
CLK
01 Q
2
Elektronik Digit
J-K FLIP-FLOP
J-K FLIP-FLOP
Flip-flop J-K!
Jadual Keadaan dan Rajah Keadaan bagi FF J-K!
J
J 0 0 0 0 1 1 1 1
Q
CLK
Pengesan Pinggir
Q
K J
Q
J
CLK
CLK
Q
K
Q
Q* 0 1 0 0 1 1 1 0
JK 1x 0x
x0 0
1 x1
Q
Q
K
FF J-K Terpicu Pinggir +ve
Q 0 1 0 1 0 1 0 1
K 0 0 1 1 0 0 1 1
FF J-K Terpicu Pinggir -ve
J-K FLIP-FLOP
D FLIP-FLOP Flip-flop D!
J
J
D K
Q Pengesan Pinggir
CLK
Q
K CLK
D
Q
D
CLK
Q
CLK
Q
Q
Q
FF D Terpicu Pinggir +ve
D FLIP-FLOP
FF D Terpicu Pinggir -ve
D FLIP-FLOP
Jadual Keadaan dan Rajah Keadaan bagi FF D! D D 0 0 1 1
Q 0 1 0 1
Litar Logik Jujukan
Q* 0 0 1 1
D 1 0
CLK
1 0
1 0
Q
3
Elektronik Digit
T FLIP-FLOP
T FLIP-FLOP
Flip-flop T (Toggle)!
T
J
Q
Jadual Keadaan dan Rajah Keadaan bagi FF T!
T
J
CLK
T 0 0 1 1
CLK
Q
K
Q
K
FF T Terpicu Pinggir +ve
Q
FF T Terpicu Pinggir -ve
T FLIP-FLOP
Q 0 1 0 1
Q* 0 1 1 0
T 1 0
0 0
1
Q
1
Kemasukan Tak Segerak Sesuatu Flip-Flop juga mempunyai masukan tak segerak! Iaitu perubahan isyarat keluaran akan berubah terus terhadap perubahan masukan tak segerak ini tanpa menunggu perubahan pinggir isyarat CLK!
T
Tujuan masukan tak segerak ini adalah untuk menentukan nilai/keadaan awal bagi suatu Flip-Flop.
CLK
Keadaan awal boleh ditetapkan pada ‘Q = 0’ atau ‘Q = 1’. Untuk menetapkan keadaan awal pada Q = 1, masukan tak segerak PRESET ( PRE ) digunakan.
Q
Untuk menetapkan keadaan awal pada Q = 0, masukan tak segerak CLEAR (CLR ) digunakan.
J-K FLIP-FLOP Masukan Tak Segerak
Kemasukan Tak Segerak Jadual Keadaan dan Rajah Keadaan bagi FF T! J=K=1
CLR
PRE
0 0 1 1
0 1 0 1
Operasi FF Tak Dibenarkan Q=0 Q=1 Clocked
J PRE Q
CLK
CLK
PRE K CLR Q
CLR Q
Litar Logik Jujukan
4
Elektronik Digit
Penggunaan Flip-Flop
Pembilang Tak Segerak
Penggunaan FF di dalam topik ini merangkumi:Pembilang (Counter) Pembilang Tak Segerak
Apabila suatu litar jujukan jenis pembilang direka, litar di dalamnya mengandungi lebih daripada satu FF. Jika isyarat CLK diberikan kepada hanya satu FF sahaja, dan FF yang lain diberikan isyarat CLK yang bebeza, maka litar tersebut dinamakan litar Pembilang Tak Segerak!
Pembilang Segerak
Penjujuk (Sequencer) Daftar (Register)
Jika semua FF menerima isyarat CLK yang sama, ia dinamakan litar Pembilang Segerak!
Pembilang Tak Segerak
Pembilang Tak Segerak
Contoh litar Pembilang Tak Segerak adalah seperti di bawah! A
1
J
Q CLK
K
Q
B
1
J
Q CLK
K
Q
1
J
Jadual keadaan dan rajah keadaan bagi litar tersebut adalah C
Q CLK
K
Q
CLK A
0
B
0
C
0
Pembilang Tak Segerak
Present St. CLK CBA 000 1 001 2 010 3 011 4 100 5 101 6 110 7 111 8
Next St. C*B*A* 001 010 011 100 101 110 111 000
0 7
1
6
2 5
3 4
Pembilang Tak Segerak
Litar pembilang tersebut dinamakan pembilang-meningkat MOD-8 (up-counter). Litar tersebut mula mengira daripada nombor 010 (0002) sehingga nombor 710 (1112) dan kemudian mengulangi nombor 010 (0002) dan ia akan berulang secara berterusan!
Litar yang ditunjukkan sebelum ini boleh direka untuk pembilang MOD-2N sahaja, dimana N adalah bilangan bit (N = 1,2,3,4….). Maka nombor yang boleh dibilang hanyalah 2, 4, 8, 16, 32…...
Jika satu lagi FF disambungkan di sebelah keluaran C, dimana isyarat CLK bagi FF keempat ini diambil daripada keluaran C, maka suatu pembilang MOD-16 telah direka.
Cthnya: Reka litar pembilang-menaik MOD-10?
Latihan: Reka litar pembilang-menurun MOD-8 (down-counter)
Litar Logik Jujukan
Bagaimana mengira MOD ≠ 2N ? Dalam pembilang MOD-10, litar akan membilang secara menaik dari 010 hingga 910. Selepas itu, ia akan ulang kembali kepada 010 dan ulangi membilang secara menaik!
5
Elektronik Digit
Pembilang Tak Segerak
Pembilang Tak Segerak
Pembilang MOD-10 (MOD ≠ 2N) Present St. Next St. DCBA CLK D*C*B*A* 0000 1 0001 0001 2 0010 0010 3 0011 0011 4 0100 0100 5 0101 0101 6 0110 0110 7 0111 0111 8 1000 1000 9 1001 1001 10 0000(1010)
Contoh litar Pembilang Tak Segerak adalah seperti di bawah! A
0 9
1
1
8
2
7
3 6
4
Salah satu IC yang digunakan untuk mereka litar pembilang.
Q3
Q2
Q1
CP0
Q0
J
J
1 CP0
Q
1
Q1 J
Q
CLK K Q
CLK K Q
CLR
CLR
1
Q
CLK K Q CLR
1
J
Q
1
J
D
Q
CLK
CLK
CLK
CLK
K Q
K Q
K Q
CLR
CLR
CLR
CLR
Litar Bersepadu Pembilang Tak Segerak
Pembilang 74293 tersebut boleh membilang MOD ≤ 16!
MR1
Q2 J
C
1
K Q
CP1 74293
MR2 Q0
Q
Contoh: Pembilang menaik MOD-10
CP1
74293
B
1
Q
Mengesan nombor DCBA=1010 untuk CLR
5
Litar Bersepadu Pembilang Tak Segerak MR1 MR2
J
Q3
Q3 J
Q2
CP0
Q1
Q0
Q
CLK K Q CLR
CP1 MR1 MR2
Litar Bersepadu Pembilang Tak Segerak Latihan:
Latihan:
Tentukan MOD berikut? MR1
74293
MR2 Q3
Q2
Q1
Tentukan MOD berikut? CP1
MR1
CP0
MR2
Q0
MR1
CP1 74293 Q3
Q2
Q1
CP0 Q0
CP1 74293
MR2 Q3
Litar Logik Jujukan
Litar Bersepadu Pembilang Tak Segerak
Q2
Q1
CP0 Q0
6
Elektronik Digit
Pembilang Segerak Semua keluaran disegerakkan oleh satu isyarat CLK! Reka pembilang segerak MOD-8 Present St. ABC 000 001 010 011 100 101 110 111
Next St. A*B*C* 001 010 011 100 101 110 111 000
JA KA 0 x 0 x 0 x 1 x x 0 x 0 x 0 x 1
Jadual Ujaan JB KB 0 x 1 x x 0 x 1 0 x 1 x x 0 x 1
Pembilang Segerak Latihan: Reka pembilang-menaik MOD-16. Gunakan FF JK?
JC KC 1 x x 1 1 x x 1 1 x x 1 1 x x 1
Reka pembilang-menurun MOD-10. Gunakan FF JK? Rekakan pembilang menaik-turun 3 bit. Masukan X akan menentukan samada ia membilang secara menaik atau menurun?
Pembilang Segerak Boleh Preset
Pembilang Segerak Boleh Preset
Penjujuk (Sequencer)
Penjujuk (Sequencer)
Penjujuk merupakan suatu litar penjujuk mesin keadaan (State Machine) yang memberikan nilai keluaran berdasarkan jujukan masukan yang diberikan. Cthnya, suatu litar penjujuk perlu direka untuk mengesan kemasukan (X) nombor 01 untuk memberikan keluaran (Z) 1. Iaitu
X = 00101000110111101 Z = 00101000100100001
Litar Logik Jujukan
7
Elektronik Digit
Penjujuk (Sequencer)
Penjujuk (Sequencer)
Jadual Keadaan bagi penjujuk 01
Contoh: Rekakan litar jujukan yang mengesan jujukan 1101 Rekakan litar jujukan yang memberikan keluaran ‘0’ apabila jujukan nombor 1111 dikesan, manakala ‘1’ bagi jujukan lain!
Daftar (Register)
Daftar (Register)
Daftar adalah sekumpulan flip-flop yang digunakan untuk menyimpan data! Data yang disimpan adalah dalam bentuk Binary dan ia mengandungi maklumat yang tertentu!
Data pada keluaran FF-A (masukan FF-B) akan dipindahkan ke keluaran FF-B berdasarkan perubahan pinggir negatif pada CLK FF-B.
Bagaimanakah data disimpan dalam Daftar (Register)? Operasi penyimpanan data dalam daftar yang biasanya dilakukan adalah bergantung kepada ‘Cara Pemindahan Data’ daripada satu FF ke FF yang lain
Rajah tersebut menunjukkan pemindahan segerak (synchronous transfer).
J
A
J
CLK
K
B
D
CLK
K
A
B
A
D
Ada 2 jenis cara pemindahan data daripada satu FF ke FF lain iaitu: Pemindahan data selari (PARALLEL)
B
CLK
CLK
A
B
Pemindahan data sesiri (SERIAL)
Daftar (Register)
Daftar (Register)
Pemindahan data selari
X1
Pemindahan data sesiri (Shift Register)
X2
X3
X1
X2
X3
D Y1
D Y2
D Y3
CLK
CLK
CLK
Y1
Y2
Y3
DATA IN
J
Y0
J
Y1
J
Y2
J
Y3
CLK
CLK
CLK
CLK
K Y0
K Y1
K Y2
K Y3
DATA-IN Y0 Y1
Litar Logik Jujukan
8
Elektronik Digit
Daftar (Register)
Daftar (Register)
Pemindahan data sesiri vs data selari
Daftar terbahagi kepada 4 jenis utama: Parallel in / parallel out (PIPO)
Sesiri
Selari
•Pemindahan N bit data akan memerlukan N bilangan denyut CLK. •Hanya satu FF sahaja digunakan untuk disambung ke keluaran (satu wayar shj diperlukan).
•Memerlukan satu denyut CLK shj untuk pemindahan N bit data (lebih laju). •Perlukan N bilangan sambungan ke keluaran, bergantung kepada bil bit (banyak sambungan wayar diperlukan).
Serial in / serial out (SISO) Parallel in / serial out (PISO) Serial in / parallel out (SIPO)
Pemilihan untuk menggunakan sama ada pemindahan sesiri atau selari adalah bergantung kepada kehendak aplikasi!
Parallel in / parallel out (PIPO)
Parallel in / parallel out (PIPO)
Konfigurasi FF bagi daftar PIPO. MR CP D3
D2
D Q1
Litar bersepadu 74ALS147 bagi daftar PIPO, 6-bit:-
D1
D Q2
D0
D Q3
D Q3
CP
CP
CP
CP
CLR
CLR
CLR
CLR
Q3
Q2
Q1
D5 CP
D Q0
D Q1
D1
D0
D5
D4
D3
D2
D1
D0
Serial in / serial out (PIPO) Konfigurasi FF bagi daftar SISO.
D Q2
D Q3
CP
CP
CP
CP
FF0
FF1
FF2
FF3
D Q60
D Q61
D Q62
D Q63
CP
CP
CP
CP
FF60
FF61
FF62
FF63
Litar Logik Jujukan
D2
Q0
Konfigurasi FF bagi daftar SISO.
CP
D3
74ALS174
MR
Serial in / serial out (PIPO) DS
D4
DS CP
D Q0
D Q1
D Q2
D Q3
CP
CP
CP
CP
FF0
FF1
FF2
FF3
Q63
9
