動画の解説を参照
第12回で見たように、ポジティブエッジ型D-FFでは \(CLK\) の立ち上がりのタイミングで \(Q\) が \(D\)
と同じ値になります。
そこで、書きこみ用の入力 \(W\) を4つのポジティブエッジ型D-FFの \(CLK\) に入れれば、\(W\) を 0 から 1 に切り替えたときにだけそれぞれのD-FFの入力 \(I_0\) ～ \(I_3\) の値が
\(Q_0\) ～ \(Q_3\)
に反映されるようになります。
この動作は複数桁の情報を回路に記憶 (register) させる機能として使えます。
そのため、このような回路を
レジスタといいます。
この回路では、関係があるのは \(I_0\) と \(Q_0\), \(I_1\) と \(Q_1\), \(I_2\) と \(Q_2\), \(I_3\) と \(Q_3\)
つまり上下方向には「入力と出力」という関係がありますが、
隣り合う \(I_0\)～\(I_3\) の間には全く関係がありません。こういう入力を
パラレル入力といいます。
動画の解説を参照
ポジティブエッジ型D-FFでは \(CLK\) の立ち上がりのタイミングで \(Q\) が \(D\) と同じ値になります。
そのため、このように D-FFの出力をそのまま別の D-FFの入力に入れると、
\(CLK\) の立ち上がりのたびにひとつ隣の D-FF に信号が伝わっていく動作になります。
信号が左から右に移って (shiftして) いくので、このような回路を
シフトレジスタといいます。
この回路の入力は \(S\) ひとつだけで、時間とともに 0 と 1 を切り替えて信号を伝えるような使い方をします。
このような入力を
シリアル入力といいます。
シフトレジスタでもパラレル入力を使うことができます。
そのためには、(これまで省略していた) D-FFの \(S\), \(R\) の入力を使います。
これらは \(CLK\) や \(D\) の値とは関係なく \(Q\) の値を強制的に 0, 1 にするものです。
\((S, R)\) = (0, 0) → これまで通りの動作
\((S, R)\) = (0, 1) → \(Q=0\)
\((S, R)\) = (1, 0) → \(Q=1\)
そのため、このような回路を作ると次のような動作になります。
「書き込み許可」が 1 → \(Q\) は「セット・リセット」の値と同じになる
「書き込み許可」が 0 → \(Q\) は \(CLK\) の立ち上がりで \(D\) と同じになる (この回路なら0)
これを横に並べてつなげば、以下のような動作をする回路が作れます。
- \(I_0\) ～ \(I_3\) を切り替えて入力を設定
- \(W\) を 1 にして 0 に戻す (入力と同じ値が出力に設定される)
- \(CLK\) を 1 にして 0 に戻す (ひとつずつ右にずれる → 値が2倍になる)
※ 準備 : 学籍番号を入れて「入力」をクリック (タップ) してください。
パラレル入力型のシフトレジスタで出力側の7セグメントLEDの表示が
になるように設定し、\(CLK\)
を4回切り替え、\(Q_3\) ～ \(Q_0\) の値と出力側の7セグメントLEDの表示を記録し、以下の形の表にまとめてください。
| 回数 |
\(Q_3\) |
\(Q_2\) |
\(Q_1\) |
\(Q_0\) |
表示 |
| 0 |
|
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| 1 |
|
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| 2 |
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| 3 |
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| 4 |
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課題1解説
動画の解説を参照
パラレル入力型のシフトレジスタでは最上位の桁の値の行先がないので、\(CLK\) が切り替わるたびにその情報が消えてしまいます。
そこで、一番右の D-FF の出力を一番左の D-FF の入力に入れると、そちらにコピーされて全データがループするようになります。
このような回路を
リングカウンタといいます。
この回路では \(CLK\) を4回切り替えると元に戻ります。
リングカウンタで出力側の7セグメントLEDの表示が
になるように設定し、\(CLK\)
を4回切り替え、\(Q_3\) ～ \(Q_0\) の値と出力側の7セグメントLEDの表示を記録し、以下の形の表にまとめてください。
| 回数 |
\(Q_3\) |
\(Q_2\) |
\(Q_1\) |
\(Q_0\) |
表示 |
| 0 |
|
|
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| 1 |
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| 2 |
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| 3 |
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| 4 |
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課題2解説
動画の解説を参照
リングカウンタでは一番右の D-FF の \(Q\) を一番左の D-FF の \(D\) に入れましたが、かわりに \(\bar{Q}\) を \(D\) につなぐと、出力を反転したものが先頭の
D-FFに入ることになります。
このような回路を
ジョンソンカウンタといいます。
この回路では \(CLK\) を4回切り替えるとちょうど 0, 1 を反転させた状態になり、8回目で元に戻ります。
ジョンソンカウンタで出力側の7セグメントLEDの表示が
になるように設定し、\(CLK\)
を8回切り替え、\(Q_3\) ～ \(Q_0\) の値と出力側の7セグメントLEDの表示を記録し、以下の形の表にまとめてください。
| 回数 |
\(Q_3\) |
\(Q_2\) |
\(Q_1\) |
\(Q_0\) |
表示 |
| 0 |
|
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| 1 |
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| 2 |
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| 3 |
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| 4 |
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| 5 |
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| 6 |
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| 7 |
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| 8 |
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課題3解説