NANDベースのセットリセットフリップフロップ回路の構築
部品と材料
- 4011クアッドNANDゲート（Radio Shackカタログ# 276-2411）
- 4001クアッドNORゲート（Radio Shackカタログ# 276-2401）
- 8ポジションDIPスイッチ（Radio Shackカタログ# 275-1301）
- 10セグメントバーグラフLED（Radio Shackカタログ# 276-081）
- 6V電池1個
- 10kΩ抵抗3個
- 470Ω抵抗2個
注意！ 4011 ICはCMOSであり、静電気放電に非常に敏感です。部品表では10セグメントLEDバーグラフを指定していますが、ブレッドボードスペースの制約でイラストでは2個の個別LEDを示しています。スペースがあれば、本来の意図通りバーグラフを設置してください。
関連リファレンス
- Lessons In Electric Circuits、第4巻、第3章：「ロジックゲート」
- Lessons In Electric Circuits、第4巻、第10章：「マルチバイブレータ」
学習目標
- ゲート付き（またはイネーブル付き）ラッチとフリップフロップの区別
- エッジトリガ動作を可能にするパルス検出回路の構築
- メカニカルスイッチのバウンスがデジタルロジックを攪乱する仕組みと対策の理解
回路図
イラストレーション
手順
ゲート付き（またはイネーブル付き）ラッチとフリップフロップの核心的な違いは、トリガーメカニズムにあります：フリップフロップはクロックエッジのみに反応し、ラッチは持続的なイネーブル信号に追従します。イネーブル付きラッチをフリップフロップに変換するには、クロックエッジを短いハイイネーブルパルスに変換するパルス検出器を追加するだけです。
パルス検出器は単一のNORゲートと3つのインバータを使用します。NOR入力を並列接続することで、伝播を意図的に遅らせ、ラッチをトリガーするのに十分な長さの狭いパルスを各立ち下がりクロックエッジで生成します。
通常、NORゲートをインバータとして配線する場合、一方の入力をグラウンドに接続し、もう一方に信号を入力します。これにより容量を最小化し速度を最大化します。この回路では、入力を並列にして意図的に遅いインバータを作り、パルスがラッチをトリガーするのに十分な長さを確保します。
この設計では、クロックの各立ち下がりエッジでハイ出力パルスが生成されます。したがって、SRラッチは中央スイッチが「オン」から「オフ」に動いたときのみSetとResetに反応します。実際には、接点バウンスにより両方の遷移で反応が観察される場合があります。
メカニカルスイッチは、最初に作動したときにバウンス（急速な開閉）する傾向があります。これにより複数のロー・ハイ・ロー遷移が生成され、パルス検出器を誤って2回トリガーし、ラッチが両方のクロックエッジに反応する原因になります。接点バウンスの理解と緩和は、信頼性の高いデジタルロジックに不可欠です。
関連ワークシート
- フリップフロップ回路ワークシート
産業技術