D flip-flop: từ mức đến cạnh

Khoảng clock bằng 1 khác khoảnh khắc chuyển thành 1

Latch mức cao^{iLatch Phần tử lưu trữ theo đầu vào khi điều khiển hoạt động, giữ giá trị khi không hoạt động; khác flip-flop chỉ lưu tại cạnh. Tìm hiểu thêm} theo D suốt khoảng CLK=1. D flip-flop^{iFlip-flop Phần tử lưu đầu vào tại cạnh clock chỉ định rồi giữ đến cạnh sau. Đầu vào phải thỏa setup và hold.} cạnh lên^{iCạnh lên Khoảnh khắc clock chuyển 0 sang 1, khác với mức cao chỉ cả khoảng CLK=1.} lấy D tại ranh giới CLK 0→1 rồi giữ đến cạnh lên sau. Chỉ viết điều kiện clk=1 không khiến hai hành vi này giống nhau.

Hãy trực tiếp làm phép so sánh sau.

1. Khi CLK=0, đổi D thành 1. Hai Q vẫn bằng 0.
2. Nâng CLK lên 1. Hai Q thành 1.
3. Giữ CLK=1, đổi D thành 0. Chỉ Q của latch về 0.
4. Hạ CLK xuống 0 rồi nâng lên 1. Q của flip-flop lúc này lấy 0.

Một chu kỳ của mạch tuần tự

Khi đầu ra Q của flip-flop đi qua mạch tổ hợp tạo đầu vào D kế tiếp, ta có chuyển trạng thái. Gọi đầu vào ngay trước cạnh là $D_k$, trạng thái lưu sau cạnh là $Q_{k+1}$, mô hình lý tưởng là:

Đầu ra thực không đổi tức thì cùng cạnh mà sau trễ clock-to-Q. Nhiều flip-flop cùng lấy các đầu vào riêng tại một cạnh, nên có thể tính trạng thái kế tiếp từ trạng thái cũ của nhau. Đây là nền tảng bộ đếm và thanh ghi dịch^{iThanh ghi Mạch lưu trạng thái nhiều bit. Thanh ghi đồng bộ trong khóa học lưu đầu vào đã quy định tại cạnh clock.}.

Setup, hold là tiền đề lấy mẫu

D phải ổn định trong thời gian setup^{isetup Thời gian tối thiểu dữ liệu đầu vào phải ổn định trước cạnh clock lấy mẫu. Vi phạm thì không thể bảo đảm kết quả lưu. Tìm hiểu thêm} trước cạnh bắt và thời gian hold^{iThời gian hold Thời gian tối thiểu đầu vào phải tiếp tục ổn định sau cạnh clock bắt dữ liệu. Cần phân biệt yêu cầu thời gian này với hành vi giữ giá trị thông thường. Tìm hiểu thêm} sau cạnh. D đổi gần cạnh thì không thể đơn giản bảo đảm kết quả là giá trị cũ hoặc mới; metastability có thể xảy ra. Thực hành phía trên không mô phỏng hiện tượng tương tự này.

Thanh ghi là tập hợp flip-flop nhiều bit. Rộng tám bit không tự bảo đảm tám bit đầu vào là một giá trị nhất quán. Cần cùng điều kiện thời gian và quy tắc truyền dữ liệu.

Trạng thái đầu và reset

Cho Q=0 lúc bắt đầu mô phỏng khác với phần cứng chắc chắn bật nguồn ở 0. Bài sau thêm reset và enable để quy định lúc khởi tạo, lúc giữ. Reset đồng bộ tác động tại cạnh; reset bất đồng bộ không phụ thuộc cạnh nhưng vẫn cần chú ý thời gian nhả.