KWALIFIKACJA ELM5 - STYCZEŃ 2017

PYTANIE NR 7.
Na wykresach pokazano czasowe przebiegi sygnałów logicznych zarejestrowanych na: wejściu zegarowym CLK, wejściu informacyjnym D oraz wyjściu Q przerzutnika typu D. Przerzutnik ten jest wyzwalany
Ilustracja przedstawia wykresy czasowe sygnałów logicznych związanych z przerzutnikiem typu D, które są kluczowe w
A.
B.
C.
D.
Wyjaśnienie poprawnej odpowiedzi:
Przerzutnik typu D wyzwalany zboczem zmienia stan wyjścia Q tylko w chwilach wystąpienia określonego zbocza sygnału CLK.
Jeśli na wykresach Q przyjmuje wartość z wejścia D dokładnie w momentach narastania zegara i pozostaje stałe między zboczami, oznacza to wyzwalanie zboczem narastającym, a nie poziomem ani zboczem opadającym.

Pełne wyjaśnienie:

W przerzutniku typu D wyjście Q przyjmuje (z niewielkim opóźnieniem propagacji) wartość z wejścia D w ściśle określonej chwili związanej z zegarem CLK. Dla przerzutnika wyzwalanego zboczem oznacza to, że układ "próbkuje" D tylko w momencie zbocza, a pomiędzy zboczami Q nie śledzi zmian D.

Jeżeli na przedstawionych przebiegach widać, że:

  • zmiany stanu Q występują wyłącznie w chwilach przejścia CLK z 0 na 1,
  • a wartość Q po takim przejściu odpowiada temu, jaka była wartość D w chwili narastania,

to wniosek jest jednoznaczny: przerzutnik jest wyzwalany zboczem narastającym sygnału zegarowego.

Dlaczego pozostałe odpowiedzi są błędne?

  • "poziomem wysokim sygnału zegarowego" odpowiadałoby zatrzaskowi (układowi poziomoczułemu), gdzie w czasie utrzymywania CLK w stanie wysokim wyjście mogłoby nadążać za zmianami D. W przerzutniku zboczowym Q nie powinno "płynnie" podążać za D w całym czasie stanu wysokiego.
  • "zboczem opadającym sygnału zegarowego" byłoby poprawne tylko wtedy, gdyby aktualizacje Q następowały przy przejściu CLK z 1 na 0. Jeśli na wykresie aktualizacja jest związana z przejściem 0→1, to nie jest to zbocze opadające.
  • "poziomem niskim sygnału zegarowego" analogicznie wskazywałoby na zatrzask aktywny w stanie niskim, gdzie podczas trwania poziomu niskiego Q mogłoby śledzić D. Dla przerzutnika zboczowego zachowanie jest inne: zmiana ma miejsce tylko w chwili zbocza.

Wskazówka egzaminacyjna: najpierw zaznacz na osi czasu wszystkie zbocza narastające i opadające CLK, a potem sprawdź, przy których z nich zmienia się Q. To najszybszy sposób identyfikacji rodzaju wyzwalania.

Dodatkowe pytania

Dodatkowe pytania (FAQ):
Oznacza to, że wyjście Q aktualizuje się tylko w chwili przejścia zegara CLK z 0 na 1. W tym momencie przerzutnik "próbkuje" wejście D i ustawia Q na jego wartość, a między zboczami Q pozostaje stałe.
Zaznacz momenty przejść CLK 0→1 (narastanie) i 1→0 (opadanie). Następnie sprawdź, przy których przejściach zmienia się Q. Jeśli Q zmienia się po 0→1, to wyzwalanie jest narastające; jeśli po 1→0, to opadające.
Wyzwalanie "poziomem wysokim" dotyczy zwykle zatrzasku (latch), który podczas trwania stanu wysokiego może przepuszczać zmiany z D na Q. Przerzutnik (flip-flop) wyzwalany zboczem zmienia Q tylko w krótkiej chwili zbocza.
Zatrzask D jest układem poziomoczułym: gdy sygnał sterujący ma aktywny poziom, Q może śledzić D. Przerzutnik D jest zboczoczuły: próbuje D tylko w chwili zbocza CLK i utrzymuje Q stałe aż do kolejnego zbocza.
Stosuje się go do synchronizacji danych w układach cyfrowych, np. w rejestrach, licznikach, układach FSM oraz przy próbkowaniu danych z magistral. Narastające zbocze jest bardzo powszechne w standardowych projektach, bo ułatwia jednolitą organizację czasową.
Kluczowe jest porównanie CLK, D i Q na tej samej osi czasu. Najpierw identyfikujesz zbocza CLK, potem sprawdzasz, jaka była wartość D w chwili zbocza, i czy Q po zboczu przyjmuje właśnie tę wartość.
Dla przerzutnika wyzwalanego zboczem zmiana Q w środku poziomu sugerowałaby działanie poziomoczułe (zatrzask) albo problem pomiarowy/zakłócenia. Poprawnie działający przerzutnik zboczowy utrzymuje Q stabilne między zboczami i aktualizuje je tylko w chwili zbocza.
Tak. Po zboczu zegara Q zwykle zmienia się po krótkim czasie, wynikającym z opóźnienia propagacji w układzie. Na wykresach może to wyglądać jak niewielkie przesunięcie czasowe Q względem CLK, ale nadal korelacja jest z konkretnym zboczem.
Najczęściej uczniowie patrzą na "pierwszą" widoczną zmianę Q i przypisują ją do niewłaściwego przejścia CLK, albo nie rozróżniają kierunku zmiany 0→1 i 1→0. Pomaga zaznaczenie strzałkami obu typów zboczy i sprawdzenie, które z nich pokrywa się ze zmianą Q.
Ćwicz odczyt wykresów: (1) zaznacz zbocza CLK, (2) odczytaj D w tych chwilach, (3) sprawdź, czy Q przyjmuje te wartości. Dodatkowo powtórz różnice latch/flip-flop i podstawowe parametry czasowe (setup/hold) z kart katalogowych.
info

To pytanie poprawnie rozwiązuje 42% zdających egzamin. trudne

Źródła:

  • Texas Instruments, "SN74HC74 Dual D-Type Positive-Edge-Triggered Flip-Flops" (datasheet), opis funkcji (positive-edge-triggered) i timing diagrams, PDF
  • Nexperia, "74HC74; 74HCT74 Dual D-type flip-flops with set and reset; positive edge-trigger" (datasheet), sekcja Functional description i Timing diagrams, PDF
  • Paul Horowitz, Winfield Hill, "The Art of Electronics", rozdział o logice cyfrowej i przerzutnikach (flip-flops vs latches), wydanie 3 (2015)

Materiały:

  • Karty katalogowe przerzutników D serii 74HC/74HCT (opis funkcji i przebiegów czasowych)
  • Podstawowy podręcznik do techniki cyfrowej: przerzutniki, rejestry, przebiegi czasowe
  • Ćwiczenia z analizatorem stanów logicznych: rejestracja CLK/D/Q i interpretacja wyzwalania

Aktualizacja pytania: 31.03.2026



Aktualizacja pytania: 31.03.2026
📡 Brak połączenia internetowego