itslabtime.com

電子機器・デジタルおよび制御

フリップフロップとデジタル状態の記憶

フリップフロップは、前の状態を記憶するシーケンシャルロジック回路です。Dフリップフロップは、定義されたクロックのエッジで入力を受け取り、その出力の状態を更新します。

関連する実験:フリップフロップとカウンター →
フリップフロップとカウンター
フリップフロップとカウンターの実験画面 →

概念と仕組み

組み合わせ論理とは、現在の入力のみに基づいて出力が決定されるのに対し、順鎖論理は記憶された状態を保持します。したがって、同じ入力を用いても、過去の状態によって結果は異なる可能性があります。

「「ascent edge Dフリップフロップ」は、クロックが0から1に移行するタイミングで、'D'の値を保持します。これは、'D'が遷移(エッジ)ごとに変化しても、出力の状態を維持する、という理想的なモデルです。」

関係式と成立条件

時計の端で、Qnext=Dです。4ビットのバイナリカウンタは0から15を表示し、16回のインクリメント後に初期状態に戻ります。

実際の回路では、設定時間と維持時間、および無線遅延が存在します。禁止状態でも、メタ安定状態でも、遅延がないモデルでは完全に説明することはできません。 0・1

仮想実験で読み取る変化

Dフリップフロップは立ち上がりだけで入力を記憶し、4ビットカウンターは16クロックで戻ります。

メタステーブル状態と伝搬遅延は省略します。SR禁止状態は正常なビット値として扱いません。 実際の電源・コンセント・高電圧では再現せず、画面上で実験しましょう。

重要な関係式と記号

D-FF: Qnext = D (↑CLK) · counter = (Q₀+n) mod 16

式で使う記号と単位
記号意味単位
D, Qデータ入力・記憶された出力0または1
↑CLKクロックの立ち上がりエッジ事象

例で確かめる

DフリップフロップQ=1・D=0で、クロックが1→0に下がるとQはいくら?

1

よくある誤解

  • クロックが1の時、リセットフリップフロップの出力は、常に入力に追従しません。

この概念を実験で確かめる

参考資料

OpenStax · University Physics Volume 2(英語)