KWALIFIKACJA ELM5 - STYCZEŃ 2021

PYTANIE NR 30.
Wskaż prawidłowy przebieg na wyjściu przedstawionego układu.
Ilustracja przedstawia schemat układu cyfrowego, prawdopodobnie przerzutnika, z oznaczeniami wejść i wyjść.
A.
B.
C.
D.
Wyjaśnienie poprawnej odpowiedzi:
Poprawny przebieg wyjścia przerzutnika należy wyznaczać w chwilach próbkowania, czyli na aktywnym zboczu zegara.
Jeśli układ pracuje w trybie "toggle", wyjście Q zmienia stan na przeciwny przy każdym kolejnym zboczu narastającym, co odpowiada przebiegowi pokazującemu naprzemienne przełączanie w takt zegara (wykres C).

Pełne wyjaśnienie:

W zadaniach typu "wskaż prawidłowy przebieg na wyjściu układu" kluczowe jest rozróżnienie dwóch rzeczy: kiedy układ zmienia stan oraz jaką regułę stosuje do wyznaczenia następnego stanu wyjścia.

W typowych układach sekwencyjnych (np. przerzutnik D lub JK) wyjście nie musi zmieniać się w sposób ciągły wraz ze zmianą wejść. Zamiast tego, stan jest aktualizowany w chwilach próbkowania, najczęściej na zboczu narastającym albo zboczu opadającym sygnału zegarowego. To oznacza, że przy analizie wykresów czasowych należy:

  • zidentyfikować aktywne zbocze zegara,
  • sprawdzić stan wejść dokładnie w tej chwili,
  • zastosować tabelę/zasadę przejść stanu dla danego przerzutnika,
  • przenieść wynik na przebieg wyjścia Q między kolejnymi zboczami.

W trybie przełączającym ("toggle") charakterystyczne jest to, że Q zmienia się na stan przeciwny przy każdym aktywnym zboczu zegara. Taki efekt uzyskuje się np. w przerzutniku JK przy odpowiedniej konfiguracji wejść lub w rozwiązaniach, gdzie następny stan jest równy negacji bieżącego (sprzężenie zwrotne). Wtedy przebieg wyjścia wygląda jak regularne przełączanie 0/1 w takt kolejnych zboczy.

Dlatego poprawny wybór to taki wykres, na którym widać, że:

  • zmiany Q występują tylko w chwilach wyznaczonych przez zbocza zegara (a nie "w środku" okresu),
  • każde kolejne aktywne zbocze powoduje zmianę na przeciwny stan,
  • pomiędzy zboczami Q pozostaje stabilne (brak dodatkowych impulsów i "drgań").

Pozostałe wykresy są typowo błędne, gdy pokazują m.in.: zmianę stanu na niewłaściwym zboczu (np. opadającym zamiast narastającego), kopiowanie poziomu wejścia w sposób ciągły (jakby to był układ kombinacyjny), albo dodatkowe przejścia stanu niepowiązane z zegarem. Na egzaminie warto zawsze "przetestować" hipotezę na co najmniej 3 kolejnych zboczach: jeśli choć raz reguła się nie zgadza, wykres jest niepoprawny.

Dodatkowe pytania

Dodatkowe pytania (FAQ):
Przebieg czasowy to wykres pokazujący, jak zmieniają się sygnały logiczne (0/1) w czasie. Ułatwia analizę, kiedy wejścia są próbkowane i w jakich momentach zmienia się wyjście. Na egzaminie trzeba umieć odczytać zależność wyjścia od zegara i wejść w kolejnych chwilach.
Jeśli przerzutnik działa na zbocze narastające, to zmiany na wyjściu Q pojawiają się w chwilach przejścia zegara z 0 na 1. Pomiędzy zboczami Q pozostaje stałe. Gdy widzisz zmianę Q "w połowie" poziomu zegara, zwykle oznacza to błędną interpretację lub inny typ układu.
W układach sekwencyjnych z przerzutnikami stan jest aktualizowany w ściśle określonych chwilach (zwykle na zboczu). To zwiększa przewidywalność działania i ułatwia synchronizację całego układu. Zmiany poza zboczem sugerują układ kombinacyjny, zakłócenia albo nieprawidłowo narysowany przebieg.
Tryb "toggle" oznacza przełączanie: przy każdym aktywnym zboczu zegara wyjście Q zmienia się na stan przeciwny (0→1, 1→0). W praktyce daje to dzielnik częstotliwości przez 2. Na wykresie widać wtedy regularne naprzemienne przełączanie zsynchronizowane z zegarem.
Najczęściej myli się aktywne zbocze (narastające vs opadające), zakłada się ciągłe "podążanie" Q za wejściem (jak w bramkach), albo pomija się, że wyjście powinno być stabilne między zboczami. Błąd powoduje też nieuwzględnienie wejść asynchronicznych (SET/RESET), jeśli występują.
Weź kolejne aktywne zbocza zegara i dla każdego z nich odczytaj stan wejść w tej chwili. Następnie zastosuj regułę przerzutnika (np. D: Q przyjmuje D; toggle: Q przechodzi na negację). Porównaj z wykresem: zmiana ma wystąpić tylko na zboczu, a między zboczami Q ma być stałe.
Tak, w praktyce można uzyskać efekt przełączania, jeśli następny stan D jest powiązany z bieżącym Q (np. przez sprzężenie zwrotne z negacją). Wtedy na każdym aktywnym zboczu zegara Q zmienia się na przeciwny. Dokładna możliwość zależy od konkretnego schematu połączeń w układzie.
Wyjście /Q jest przydatne, gdy potrzebujesz sygnału komplementarnego bez dokładania inwertera: np. do sterowania dwoma gałęziami, tworzenia sprzężeń zwrotnych w układach przełączających (toggle) albo do generowania sygnałów w przeciwfazie. Ułatwia to projekt i może poprawić czasy propagacji.
Podłącz kanały do zegara i do Q, ustaw wyzwalanie (trigger) na odpowiednie zbocze zegara i obserwuj, czy zmiana Q następuje tuż po tym zboczu. Niewielkie opóźnienie jest normalne (czas propagacji), ale jeśli Q zmienia się przy drugim zboczu lub między zboczami, to wskazuje na błąd połączeń albo inną funkcję układu.
Ćwicz odczyt timing diagramów: zaznaczaj aktywne zbocza, analizuj stany wejść w tych chwilach i rysuj Q odcinek po odcinku. Utrwal tabele przerzutników D i JK oraz przypadek przełączania (toggle). Pomaga też praca z prostymi symulatorami logiki cyfrowej i analiza rzeczywistych datasheetów.
info

Około 63% zdających odpowiada poprawnie na to pytanie. średnie

Źródła:

  • Thomas L. Floyd, "Digital Fundamentals", rozdziały o przerzutnikach (Flip-Flops) i timing diagrams, Pearson (różne wydania).
  • Paul Horowitz, Winfield Hill, "The Art of Electronics", 3rd edition, część dotycząca logiki cyfrowej i przerzutników, Cambridge University Press, 2015.
  • R. J. Tocci, N. S. Widmer, G. L. Moss, "Digital Systems: Principles and Applications", rozdział o układach sekwencyjnych i przerzutnikach, Pearson (różne wydania).

Materiały:

  • Podręcznik z podstaw techniki cyfrowej (rozdziały o przerzutnikach i przebiegach czasowych)
  • Noty katalogowe (datasheet) typowych przerzutników D/JK (opis timing, tSU/tH, zbocza aktywne)
  • Zadania treningowe z analizy timing diagramów (przerzutniki, liczniki, rejestry)

Aktualizacja pytania: 31.03.2026



Aktualizacja pytania: 31.03.2026
📡 Brak połączenia internetowego