1.3.5 Vipper

Som vi har sett for de logiske eller kombinatoriske kretsene er det øyeblikkstilstanden (logisk lav eller høy)for inngangssignalene som til enhver tid er bestemmende for tilstanden på utgangen(e). For de sekvensielle kretsene er det ikke bare inngangssignalenes nivå eller kombinasjonene av dem som avgjør tilstanden på utgangene, men også rekkefølgen (sekvensen) signalene kommer i. De sekvensielle kretsene er basert på bruk av vipper (eng. flip-flop). Vipper kan bygges av logiske kretser, og igjen ser vi at det er de logiske grunnelem

entene som også danner grunnlaget for de sekvensielle kretsene. De kalles derfor også sekvensielle logiske kretser og teknologien for sekvensiell logikk. Kretsene gjør det mulig å lagre bit og tall samt lage tellere og tidsfunksjoner.

Ut fra antall stabile tilstander deles vipper grovt sett i tre hovedgrupper:

• Astabile vipper – har ingen stabile tilstander

• Monostabile vipper – har en stabil tilstand

• Bistabile vipper – har to stabile tilstander

Astabile vipper

Astabile vipper kan bygges både ved hjelp av analoge og digitale komponenter. En astabil vippe, også kalt astabil multivibrator, fungerer som en svingekrets og pulsgenerator. Frekvensen og periodetiden på svingningene/pulsene er resultat av opplading og utlading av en eller flere kondensatorer gjennom en eller flere resistanser. Dvs. at det er kretsens RC-faktor som bestemmer svingefrekvensen.

Digitale astabile vipper kjennetegnes ved at ingen av de to tilstandene er stabile. Når den er i en stilling, vil den umiddelbart prøve å veksle over i den andre tilstanden, og når den er kommet i den neste tilstanden vil den likeledes prøve å hoppe tilbake i den første tilstanden, og slik vil den fortsette. Resultatet blir at den gir ut et digitalt pulstog når kretsen aktiveres. Dette gjør at den i praksis kan brukes som klokkepulsgenerator, og også her er det RC-komponenter som bestemmer klokkefrekvens, pulslengde og periodetid.

Monostabile vipper

Monostabile vipper har en stabil tilstand, dvs. at så snart den kommer over i sin astabile tilstand, vil den tvinges tilbake i sin stabile tilstand. Ved aktivering (trigging) vil den derfor generere en enkel puls med en viss pulslengde. Pulslengden vil være avhengig av størrelsen på RC-komponentene i kretsen.

Monostabile vipper kan være retriggbare eller ikke-retriggbare. Noen typer kan kobles både som retriggbar og ikke-retriggbar.

Multivibratoren 555

Eksempel på en anvendelig komponent er den digitale multivibratoren med betegnelsen 555. Alt etter hvordan den kobles i en krets, kan den benyttes både som astabil og monostabil vippe. Den kan benyttes i tidsfunksjoner fra noen mikrosekunder til flere timer, og tidsangivelsen er meget stabil og nøyaktig.

Tidsfunksjonen ligger ikke i selve komponenten, men utgjøres av størrelsen på RC-komponenter som tilkobles eksternt. Koblet som astabil vippe vil den ved aktivering generere klokkepulser med en fast frekvens. Det er også mulig å endre kretsens duty cycle (forholdet mellom pulslengde og periodetid).

Koblet som monostabil vippe vil den ved aktivering (trigging) generere en singel puls med en pulslengde som vil være avhengig av størrelsen på de tilkoblede RC-komponentene. Denne pulsen kan eksempelvis brukes som tidsmåler, tidsforsinkelse eller pulsforlenger. Utfyllende informasjon om kretsens anvendelse og virkemåte, samt data og størrelser for tilkoblede komponenter finner du i datablad for kretsen.

Bistabile vipper

Bistabile vipper kjennetegnes ved at de har to stabile tilstander. Vi deler dem gjerne i tre ulike typer avhengig av funksjon og hva de generelt brukes til:

• RS-vipper

• Datavipper

• JK-vipper

I praksis kan man bygge bistabile vipper ved hjelp av logiske porter eller kjøpe dem som egne IC-kretser. Ofte er vipper integrert i IC-kretser sammen med andre komponenter som vi har sett for PLD-kretser. Som vi senere skal se, kan vi ved hjelp av bistabile vipper bl.a. bygge tellere, registre og minnekretser.

Datablad 555 astabil/monostabil vippe (timer)

Databladet gir nødvendig fysisk og elektronisk informasjon om kretsen 555.Dette er en krets som kan benyttes både som astabil vippe og monostabil vippe ved å koble den på ulike måter.

Klikk på linken:

http://pdf.datasheetcatalog.com/datasheet/fairchild/NE555.pdf

Datablad datavippe 74HCT377

Dette er en TTL-kompatibel CMOS-krets som inneholder åtte datavipper, og som trigger på klokkepulsens forflanke (positive-edge-triggered). Den har en felles klokkeinngang og en felles aktiveringsinngang (enable). Med åtte datavipper kan vi mellomlagre et åtte bits dataord (en byte).

Klikk på linken:

https://assets.nexperia.com/documents/data-sheet/74HC_HCT377.pdf

JK-vippe

«Vippa som kan brukes til det meste»

JK-vippa har to innganger i tillegg til klokkeinngangen (CLK). De benevnes J og K. De to utgangene kalles gjerne Q og Q invertert. Det vil si at disse utgangene alltid er invertert i forhold til hverandre, slik at når Q er 0, vil Q invertert være 1, og omvendt.

I motsetning til RS-vippa har JK-vippa ingen ulovlige tilstander.

Som vi ser, kan vi bygge en klokkestyrt JK-vippe ved hjelp av to NOG-porter med tre innganger og to NOG-porter med to innganger.

JK-vippe som T-vippe

Det som er spesielt med JK-vippa, er at i tillegg til å fungere som en RS-vippe, har den en funksjon som kalles «toggle». Denne trer i funksjon når både J og K er logisk høy samtidig.

I toggle-modus skifter Q og Q invertert spenningsnivå for hver nye klokkepuls som tilføres. I denne stillingen kalles den også en T-vippe. Funksjonen gjør at JK-vippa er spesielt egnet for bygging av tellere og som frekvensdeler.

JK-vippe, virkemåte

JK-vippe med preset og clear

De fleste ferdigkonstruerte JK-vippene er utstyrt med de to inngangene preset og clear. Ved hjelp av preset kan vippa forhåndsinnstilles i set-mode, det vil si at Q settes høy, mens clear har motsatt funksjon, det vil si at den setter Q lav.

Datablad JK-vippe

Denne kretsen inneholder to separate JK-vipper.

Databladet inneholder alle fysiske og elektriske data om JK-vippen.

Klikk på linken:

https://assets.nexperia.com/documents/data-sheet/HEF4027B.pdf