WEEK 6 : SEQUENTIAL LOGIC

Sequential Logic

                Sequential Logic   คือ Combinational Logic ที่มีการเก็บ Input ก่อนหน้า และ Output ก่อนหน้า เป็น Memory ทำให้ Output ของ Sequential Logic จะขึ้นกับ Input ขณะนั้น, Input ก่อนหน้า และ Output ก่อนหน้า ซึ่งในการทำงานของ Sequential Logic จะขึ้นอยู่กับ Clock Signal ด้วย

                อุปกรณ์พื้นฐานที่สำคัญของ Sequential Logic คือ Flip-Flop

หมายเหตุ Combinational Logic คือ วงจรที่ Output ขึ้นกับ Input ขณะนั้น และ อุปกรณ์พื้นฐาน คือ Logic Gate

          ·  Flip – Flop คือ อุปกรณ์ ที่มี Output อยู่ 3 แบบ คือ  Output เป็น 1, Output เป็น 0 และ Output ที่

                       ไม่เปลี่ยนแปลง สามารถแบ่ง Flip - Flop ได้เป็น 4 แบบดังนี้

          -                   SR  Flip – Flop

                1.             SR Flip – Flop โดยใช้ NOR Gate

SR Flip – Flop โดยใช้ NOR Gate จะใช้ NOR Gate 2 มาต่อกันโดย  Output ของ NOR Gate ตัวหนึ่งจะไปเป็น Input ของ NOR Gate อีกตัว ทำให้ Output ­ของ NOR Gate ของตัวหนึ่งจะขึ้นอยู่กับ Output ของ NOR Gate อีกตัว และ Input ขณะนั้น จึงสามารถสรุปเป็นตารางการทำงานได้ดังนี้

                2.     SR Flip – Flop โดยใช้ NAND Gate

SR Flip – Flop โดยใช้ NAND Gate จะใช้ NAND Gate 2 มาต่อกันโดย  Output ของตัวหนึ่งจะไปเป็น Input ของตัวหนึ่งเหมือนกับ  SR Flip – Flop โดยใช้ NOR Gate แต่การทำงานจะต่างกัน ซึ่งสามารถสรุปตารางการทำงานได้ดังนี้

-                   JK  Flip – Flop

JK Flip – Flop จะประกอบไปด้วย NAND Gate  3 Input 2 ตัว มาต่อกับ SR Flip – Flop โดยจะให้หลักการที่นำ Output ของ SR Flip – Flop มาต่อเป็น  Input ของ NAND Gate  ดังภาพข้างต้น และ จะต่อ Clock Signal เข้า Input ของ NAND Gate ทำให้ Clock Signal มีผลต่อการทำงานของ  JK Flip – Flop  ด้วย โดย JK Flip – Flop จะทำงานเมื่อมีขอบขาขึ้นของ Clock Signal ซึ่งสามารถสรุปตารางการทำงานได้ดังนี้

-                   D – Type Flip – Flop

D – Type Flip – Flop จะประกอบไปด้วย NAND Gate 3 ตัวและ SR Flip – Flop ซึ่งจะทำงานตาม Clock Signal และ Input D ซึ่งจะได้ตารางการทำงานดังนี้

-                   T – Type Flip – Flop

T – Type Flip – Flop คือ JK Flip – Flop ที่ต่อ ขา J กับ ขา K เข้าด้วยกันเป็น Input T ซึ่งจะใช้

T – Type ในการทำ Toggle เป็น Clock  ซึ่งมีการทำงาน ดังนี้

Class Work # 1   การต่อวงจรเพื่อศึกษาการทำงานของ JK Flip-Flop โดยใช้ IC 74HC73

สิ่งที่ได้เรียนรู้จาก Class Work

-                   การทำงานของ JK Flip – Flop

ใน IC 74HC73 จะประกอบไปด้วย

1.             ขา R จะเป็นขาที่ทำหน้าที่ Reset Input ซึ่งจะ Reset เมื่อ Input ของขา R เป็น LOW

2.             ขา CK จะเป็นขาที่รับ Clock signal ซึ่งเราสร้าง Clock Signal จาก Debout Switch ซึ่งถ้าใน Signal     เกิดขอบขาลง จะทำให้ Flip – Flop ทำงาน

3.             ขา J และ ขา K จะเป็นขาที่รับคำสั่งว่า Flip – Flop ต้องทำอะไร ซึ่งการทำงานของ IC จะสามารถ       สรุปได้ดังนี้

·       Counter

เราจะนำ JK Flip – Flop มาต่อประยุกต์กลายเป็นวงจร Digital Counter โดยเราจะจ่าย High ให้กับ ขา J และ ขา K ทำให้ JK Flip – Flop อยู่ในโหมดการทำงานที่สลับไปสลับมา(Toggle) ตาม Clock Signal

-                   Asynchronous Counters

Asynchronous counters เป็น Counter ที่ Flip – Flop แต่ละตัว ค่อยๆเปลี่ยน Output ไปเป็นลำดับๆ เพราะ Flip – Flop แต่ละตัวใช้ Clock Signal คนละตัว ซึ่งจะเกิดการ Delay จาก Flip – Flop แต่ละตัว

1.             A four – bit up counter

A four – bit up counter คือ การนับไล่จากน้อยไปมากโดยใช้เลขจำนวน 4 bit ซึ่งวงจรของการนับนี้ จะประกอบไปด้วย JK Flip – Flop 4 ตัวซึ่ง  โดย Flip – Flop ตัวแรกจะเปลี่ยนสถานะ Output เมื่อ Clock signal เป็นขอบขาขึ้น ส่วนตัวอื่นๆจะเปลี่ยนสถานะเมื่อ Clock Signal เป็น ขอบขาลง จึงทำให้เกิด การ Count ไปเรื่อยๆจากน้อยไปมาก

2.        A simultaneous up and down counter

A simultaneous up and down counter คือ การนับไล่จากน้อยไปมากและมากไปน้อยภายในวงจร  Counter เดียว โดย Flip – Flop แต่ละตัวจะเปลี่ยนสถานะ Output เมื่อ Clock Signal เป็นขอบขาลง และ Output Q จะเป็นการนับจากน้อยไปมาก ส่วน Output  ~Q จะเป็นการนับจากมากไปน้อย

-                   Synchronous Counters

Synchronous counters เป็น Counter ที่ Flip – Flop แต่ละตัว เปลี่ยน Output ไปพร้อมกัน เพราะ ใช้ Clock signal ร่วมกัน

1.             A four – bit synchronous up counters  

             A four – bit synchronous up counters  คือ การนับไล่จากน้อยไปมากโดยใช้จำนวนเลข 4 bit             ซึ่งวงจร counter นี้จะประกอบไปด้วย JK Flip – Flop 4 ตัว และ AND Gate 2 ตัว โดย                       ขา J และ K ของ Flip – Flop ตัวแรกจะเป็น High ทำให้ Flip – Flop ตัวแรก เกิดการเปลี่ยนสถานะ Output (Toggle) เมื่อ Clock Signal เป็นขอบขาขึ้น ส่วน Flip – Flop ตัวต่อๆไปจะเปลี่ยนสถานะ Output (Toggle) เมื่อ Output  Q ของ Flip – Flop ตัวก่อนหน้าทั้งหมดเป็น High เพราะ ขา J และ ขา K ของ Flip – Flop ต่อกับ Output Q ของตัวก่อนหน้า

2.             A four – bit synchronous down counters 

         A four – bit synchronous down counters  คือ การนับไล่จากมากไปน้อยโดยใช้จำนวนเลจ 4 bit   ซึ่งวงจรนี้ Counter นี้จะเหมือนกับ วงจร A four – bit synchronous up counters  แต่จะต่างตรงที่  

         ขา J และขา  K ของ Flip – Flop ตัวที่ 2 เป็นต้นไปต่อกับ Output ~Q ของตัวก่อนหน้า 

         ดังนั้น Flip – Flop จะเปลี่ยนสถานะ Output เมื่อ Output ~Q ของ Flip – Flop ตัวก่อนหน้าเป็น 

         High

·       Shift Register

Shift register เป็น Sequential logic ที่ใช้เก็บและส่งข้อมูลในรูปแบบเลขฐานสอง โดยเราจะนำ D – Type Flip – Flop มาต่อประยุกต์กลายเป็น วงจร Shift register ซึ่งเราสามารถแบ่งรูปแบบการรับส่งข้อมูลของ Shift register ได้ 4 แบบ ดังนี้

-                   Serial – in to Parallel – out (SIPO)

Serial – in to Parallel – out (SIPO) คือ การ Input Data จะเป็นแบบ Serial แต่การ Output Data จะเป็นแบบ Parallel โดยเราจะใช้จำนวน  D – Type Flip – Flop เท่ากับ จำนวน Bit ที่เราต้องการ Output โดยเมื่อมี Clock signal 1 ครั้งจะทำให้เกิดการส่งข้อมูล 1 ไป 1 Bit (ไม่ใช่ 1 ชุด) เช่น ข้อมูลของ Bit ที่ 1 ส่งไปให้ Bit ที่ 2  ส่วนข้อมูลของ Bit ที่ 2 ส่งไปให้ Bit ที่ 3 เพราะ แต่ละ Flip – Flop ­ใช้ Clock Signal ร่วมกัน

-                   Serial – in to Serial – out (SISO)

Serial – in to Serial – out (SISO) คือ การ Input Data และการส่ง Data จะคล้ายกับ SIPO คือจะเกิดการรับการส่งข้อมูลตาม Clock Signal แต่การ Output Data จะแตกต่างเพราะ SISO จะ Output Data แบบ Serial

-                   Parallel – in to Serial – out (PISO)

Parallel – in to Serial – out (PISO) คือการ Input Data จะเป็นแบบ Parallel และ Output Data แบบ Serial ส่วนการรับส่งข้อมูลของ Flip – Flop แต่ละตัวจะคล้ายๆกับ Shift register แบบอื่นๆ

-                   Parallel – in to Parallel – out (PIPO)

Parallel – in to Parallel – out (PIPO) คือการ Input และ Output Data แบบ Parallel ส่วนการรับส่งข้อมูลของ Flip – Flop แต่ละตัวจะคล้ายๆกับ Shift register แบบอื่นๆ

Class Work # 2 การต่อวงจรเพื่อศึกษา Shift register โดยใช้ IC 74HC166

IC 74HC166  คือ การ Shift register Serial หรือ Parallel Input แต่ Serial Output โดยใช้ขอบขาขึ้นของ   Clock Signal ในการรับส่ง

สิ่งที่ได้เรียนรู้จาก Class Work

-                   การ Shift register แบบ SISO โดย ~MR เป็น High , ~CE เป็น Low , CP เป็นขอบขาขึ้น , ~PE เป็น High(เป็นการเลือกที่จะรับข้อมูลแบบ Serial) และ DS เป็น ช่อง Input ของ Data Serial

การ Input Data : ในการ Input Data แต่ละบิต เราต้องกด Debout Switch เพื่อให้เกิดขอบขาขึ้นของ Clock signal ซึ่งทำให้เกิดการรับข้อมูล

การ Output Data : เมื่อเรา Input Data ครบ 8 bit แล้ว เมื่อเราดู Output ของ Data แต่ละตัวเราจะต้องกด Debout Switch เพื่อให้เกิดขอบขาขึ้นของ Clock signal ซึ่งทำให้เกิดการมีการ Output Data ออกมาโดยลำดับของ Data ที่ออกมาจะตามลำดับการ Input Data

หมายเหตุ  ถ้าเราต้องการ Reset Data เราจะต้องเปลี่ยน ~MR เป็น Low

-                   การ Shift register แบบ PISO โดย ~MR เป็น High , ~CE เป็น Low , CP เป็นขอบขาขึ้น , D0 – D7 เป็นช่อง Input Data แบบ Parallel , ถ้า ~PE เป็น 0 หมายถึงการโหลดข้อมูลของ Input Data แบบ Parallel แต่ถ้า ~PE เป็น 1 หมายถึง ไม่มีการโหลดข้อมูลแล้ว

การ Input Data : เมื่อเรา Input Data เสร็จแล้วเราจะต้องโหลด Data โดยการให้ ~PE เป็น 0 แล้ว กด Debout Switch เพื่อให้มีการโหลดข้อมูล แล้วจึงให้ ~PE เป็น 1 การ Input Data จึงจะเสร็จ ถ้าเราให้ ~PE เป็น 0 ตลอดจะเกิดการโหลดข้อมูลตลอด

การ Output Data : ในการ Output ข้อมูลเราจะต้องกด Debout Switch เพื่อให้เกิดขอบขาขึ้นของ Clock signal ซึ่งทำให้เกิดการมีการ Output Data ออกมาโดยลำดับของ Data ที่ออกมาจะตามลำดับการ Input Data

หมายเหตุ  ถ้าเราต้องการ Reset Data เราจะต้องเปลี่ยน ~MR เป็น Low