電子工作

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　部品編４

１，フリップ・フロップ

ここからは、少しステップアップして、フリップフロップ（以下、ＦＦ）に入ります。
ＦＦは、簡単に説明すると、１ビットのメモリーです。

ＦＦには、Ｄ−ＦＦ，ＲＳ−ＦＦ，Ｔ−ＦＦ，ＪＫ−ＦＦの４種類があります。

●Ｄ−ＦＦ

Ｄ−ＦＦは、最もポピュラーなＦＦです。まずは、Ｄ−ＦＦを
２つ内蔵した４０１３の真理値表をご覧ください。

４０１３

	ＰＲ	ＣＬＲ	Ｄ	ＣＬＫ	Ｑ	Ｑ~
Clear	0	1	X		0	1
Preset	1	0			1	0
(禁止)	1	1			1	1
change	0	0	n		n	n~
保持			X	0 or 1	Q	Q~

注)　Q~はQのインバースの意味

ゲートＩＣと比べてかなり複雑になっています。
このD-FFには、ＣＬＫ、Ｄという基本となる入力端子に対して
Ｑという出力端子があります。これに加え、ＣＬＲ(クリアー)とＰＲ(プリセット)
がついています。

まずは、１〜３行目をご覧ください。
PRが0のときCLRを1にするとクリアーが実行され、出力Ｑが0になります。
反対にCLR=0、PR=1にするとプリセットが実行され、Ｑは1になります。
もし両方とも1にすると、Qも、Q~も1になります。通常、このような使い方はしないでしょう。
DやCLKの欄には、「X」になっていますが、これはどんな値でもよいという意味です。
PRやCLRは優先権が高いので、DやCLKがどんなことになっていても
影響されないのです。

次に、４〜５行目をご覧ください。
PRもCLRも0の状態でDには適当な値「n」が入力されています。(nは0か1)
この状態で、CLKが0から1へと変化する（これを立ち上がりといい、で示す）と、
Qの値がDの値へと変化します。一度変化したら、次のCLKの立ち上がりが
来るまで、Qの値は保持されます。

以上が、Ｄ−ＦＦの動作です。

●ＲＳ−ＦＦ

ＲＳ−ＦＦは、Ｄ−ＦＦからDとCLKをなくしたものです。
このＲＳ−ＦＦはIC単体として存在しないので、実際に回路をつくるときは
Ｄ−ＦＦのCLKとDを0にした状態で用います。

この真理値表も、前回のものと同じです。
「保持」の行でQの値がQになっていますが、これはQの出力は
前回のQである、すなわち保持されるという意味です。

●Ｔ−ＦＦ

Ｔ−ＦＦは、入力されたクロック周波数を１／２にします。
このクロックというのは、０と１が周期的に変わるパルス状の信号のことです。

このICも単体では存在しなく、Ｄ−ＦＦを改造して作ります。
改造はＤ−ＦＦのPRとCLRを0に接続し、Q~をDに接続して完成です。
クロック信号をCLKに入力させると、1/2にされたクロックがQから出力されます。

●ＪＫ−ＦＦ

最後に、ＪＫ−ＦＦの説明をします。以下は、ＪＫ−ＦＦを２つ内蔵した
４０２７のピン配置と真理値表です。

４０２７

	ＰＲ	ＣＬＲ	ＣＬＫ	Ｊ	Ｋ	Ｑ	Ｑ~
Clear	0	1	X			0	1
Preset	1	0				1	0
(禁止)	1	1				1	1
保持	0	0		0	0	Q	Q~
0へ				0	1	0	1
1へ				1	0	1	0
反転				1	1	Q~	Q
保持			0 or 1	X		Q	Q~

かなり複雑に見えますが、１〜３の機能は、Ｄ−ＦＦと同じです。
４〜７行目は、ＪＫ−ＦＦ独自の機能です。
Ｊ，Ｋの両方とも０にした場合、出力の変化はありません。
Ｋのみ１にした場合、Ｑの値が０になります。一見CLRに似ていますが
CLRはCLKに関係なく実行されるのに対し、これは、CLKの立ち上がり時にのみ実行されます。
反対にＪのみ１にした場合は、Ｑは１になります。
おもしろいのは、Ｊ，Ｋ両方とも１にした場合には、Ｑの値が反転します。

２，カウンター

●簡易カウンター

カウンターは、入力されるクロックをカウントするＩＣです。
Ｑ0からＱ3に２進数の各ビットが出力されます。
ＩＣには、４５１８と４５２０という２種類がありますが
４５１８は１０進カウンターで、９までカウントすると０に戻ります。
４５２０はＦまでカウントした後０に戻ります。

４５１８ (10) ４５２０ (16)

	ＣＬＲ	ＣＬＫ	CKＥ	Ｑ0〜3
Clear	1	×		0000
カウント	0		1	+1
		0

CLRを1にすると、問答無用で0にリセットされます。
CKＥを1の状態でCLKにクロックを入力すると、立ち上がりでカウント、
CLKを0の状態でCKＥにクロックを入力すると、立ち下がりでカウントします。

●Up/Downカウンター

このあたりから本格的なカウンターになります。
４５１０は１０進、４５１６は１６進カウンターです。
このカウンターは、アップ、ダウンどちらのカウントもできる上
桁上げや、指定した値からのカウントもできます。

４５１０ (10) ４５１６(16)

	ＣＬＲ	Load	CI	U/D	ＣＬＫ	Ｐ0〜3	Ｑ0〜3
Clear	1	X					0000
Preset	0	1	X			N	N
Count Stop		0	1	X			Ｑ0〜3
Count Up			0	1		X	+1
Count Down				0			-1

CLR=1で、最優先で0にセットされます。
CLR=0,Load=1で、P0〜3の値がＱ0〜3にせっとされ、そこからカウントが始まります。
CLR=0,Load=0,CI=1では、カウントがストップします。
CLR=0,Load=0,CI=0で、CLKが立ち上がったときに初めてカウントが開始されます。
カウントアップかダウンは、U/Dで決定されます。

さて、この真理値表に載っていないCOの役割ですが、これは桁上がり(下がり)の際に使用します。
UpCountの場合、８→９で０になり９→０で１になります。０から８までは１です。
DownCountの場合、１→０で０になり０→９で１になります。９から１までは１です。
なお、この説明は１０進カウンターの場合なので、１６進の場合はＦや０の前後で
変化が起きます。

さて、このカウンターを複数個つなげると、何桁もカウントすることができます。
つなぎ方は、低位のカウンターのＣＯを高位のＣＬＫに接続するだけです。
ＣＬＲやLoad,U/Dは一つに束ねておくと、一斉にリセットなどがかけられます。

●デコーダー

今までのカウンターは、Ｑ0〜3に２進数をビットごとに出していましたが
このＩＣでは、現在のカウント値のビットだけが１になり、他ビットは０です。
このタイプのICは２種類あり、４０１７は１０進、４０２２は８進です。

４０１７
４０２２

	ＣＬＲ	ＣＬＫ	ＣＫＥ	Ｑ0〜9
Clear	1	X		Ｑ0
カウント	0		1	+1
		0

カウントアップの様子

CLR=1でリセットされカウンターの値は０になるので、Ｑ０のみ１になり
Ｑ１からＱ９は０になります。カウントは、前述の通りに動きます。

さて、このカウンターは１０進や８進なのですが、実は任意の進数に設定できます。
それは、Ｑ０からＱｎまでのｎ＋１進にしたい場合は、Ｑｎ＋１の出力をＣＬＲに
接続すればＯＫです。

ＣＯは４０１７の場合で、カウント値が０から４のときで１、５から９のときで０になります。

３，シフトレジスタ

シフトレジスタは、Ｆ・Ｆを横に並べたもので、
クロックが入力されるたびにデータを次々にシフトさせます。
次の図は、シフトレジスタ内部の様子です。Ｄ−ＦＦが並んでいるのがわかるでしょう。

この回路では、ＣＫの立ち上がりによってＤの値が読み込まれて
Ｑ１に出力されます。その後、再びＣＫの立ち上がりが来ると
隣のＦＦにシフトし、Ｑ２に出力されます。
このようなことが繰り返されＱ４までいくと、そのデータはこのICから消滅します。
以下のは系チャートは、シフトレジスタの各ピンの変化の様子です。

ＣＫが立ち上がるごとにデータがＱ１からＱ４へと移っていく様子が分かります。

４０１５

	ＣＬＲ	ＣＫ	Ｄ	Ｑ1〜4
Clear	1	X		0000
Preset	0			(シフト)
保持		0,1	X	(変化なし)

４０１５には、４段階のシフトレジスタが２回路入っています。
もし、両方のＣＬＫ同士とＣＬＲ同士をつないだ上に、
一方のQ4ともう一方のDを結べば、８段階のシフトレジスタができます。

４００６

４００６には、４段階（一部５段階）のシフトレジスタが４回路入っています。
しかし、最終段近辺の値しか出力されていません。

たとえば、a回路では、Daに値が入力されたら、4段階シフトした後に
Qa+4に値が出力されます。

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