Zvyšování kvality výuky technických oborů Klíčová aktivita V.2 Inovace a zkvalitnění výuky směřující k rozvoji odborných kompetencí žáků středních škol Téma V.2.1 Logické obvody Kapitola 20 Klopný obvod JK Ing. Igor Třaska 1.9.2013
Obsah ÚVOD... 1 1 KLOPNÝ OBVOD JK... 2 2 DOPORUČENÁ LITERATURA... 6 3 POUŽITÁ LITERATURA A ZDROJE... 7 4 SEZNAM OBRÁZKŮ... 8
Úvod Výukový materiál vysvětluje klopný obvod JK, jeho vlastnosti a realizaci obvodů prostřednictvím kombinačních logických funkcí. Výukový materiál je doplněn o pracovní list, který je zaměřen na kontrolní otázky k probíranému tématu. Výukový materiál je přednostně určen studentům 4. ročníku vzdělávacího oboru 39-41- L/01 Autotronik a vzdělávacího oboru 23-45-M/01 Dopravní prostředky. Vzdělávací materiál pokrývá nejdůležitější obsahovou část odborných předmětů Automatizace, Aplikovaná elektronika a Odborný výcvik. Každý pracovní list (dále jen PL) provede studenta probíranou tématikou ve formě praktického zapojování, měření a výpočtu, kdy si student sám ověří platnost probírané problematiky. Pro úspěšné zvládnutí měřicích úloh je nezbytná dostatečná teoretická příprava studentů v elektrotechnických odborných předmětech, zejména v předmětu Elektronika a elektrotechnika a Automatizace. 1
1 Klopný obvod JK Zdokonalováním paměťové funkce bistabilních klopných obvodů došlo k jejich zdvojování. Představitelem této skupiny je klopný obvod JK. Klopný obvod JK patří mezi složitější klopné obvody. Obvod má celkem 5 vstupů. Jedná se o vstupy R a S, které mají stejnou funkci jako u klopného obvodu RS. Kdykoliv po příchodu log 1 na vstup S se výstup Q překlopí na hodnotu log 1. Další dvojice vstupů je označena jako J a K. Tyto dva vstupy jsou řízeny vstupem hodinových impulsů Clock. Signál log 1 na vstupu J nastaví výstup Q do log 1 jen v okamžiku sestupné hrany hodinového signálu. Signál log 1 na vstupu K nastaví výstup Q do log 1 jen v okamžiku sestupné hrany hodinového signálu. Schematická značka funkce Klopný obvod D může být realizován pomocí kombinačních logických funkcí. Jednou z možností je realizace klopného obvodu D je realizace pomocí logické funkce NAND. Obrázek 1. JK realizovaný NAND 2
Z realizace obvodu pomocí logické funkce NAND je zřejmé, že je obvod složen ze dvou klopných obvodů RST a jednoho invertoru. Invertor zabezpečuje logickou funkci negace. První z klopných obvodů se označuje jako řídící (master - pán) a druhý je řízený (slave - otrok). Proto tento typ klopných obvodů je rovněž označován jako klopný obvod typu master-slave Činnost obvodu: Pokud na C nepřijde časový impuls, první klopný obvod se vstupy JK nepracuje. Přijde -li na vstup C hodinový impuls (krátký impuls log. 1), způsobí tento signál na vstupech J a K příslušnou změnu prvního klopného obvodu. Na druhý klopný obvod se však tento signál zatím nedostane, neboť jeho hodinový vstup je působením invertoru ve stavu log 0. Teprve s ukončením hodinového impulsu C prvního klopného obvodu přejde i vstup C druhého klopného obvodu na úroveň log 1 a v tomto okamžiku se výstupní stav prvního klopného obvodu přenese do druhého klopného obvodu. Mohou nastat celkem čtyři stavy Na vstupu J i K je trvale log 1 Sestupnou hranou každého hodinového impulsu se bude měnit stav klopného obvodu v opačný. Na vstupu J i K je trvale logická hodnota 0 Stav klopného obvodu se s příchodem časových impulsů nemění. Vstup J je log 1 a vstup K je log 0 Sestupnou hranou hodinového impulsu se nastaví stav klopného obvodu Q do stavu log 1 a stav Q do stavu log 0. Vstup J je log 0 a vstup K je log 1 Sestupnou hranou hodinového impulsu se nastaví stav klopného obvodu Q do stavu log 1 a stav Q do stavu log 0. 3
Časový průběh funkce obvodu Z časového průběhu funkce je jasně vidět, že klopný obvod JK reaguje na vzestupnou hranu hodinového signálu Clock.(označeno jako C v časovém průběhu). Hodinový signál Clock je opět získáván z generátoru vysokofrekvenčních impulsů. Pokud shrneme všechny znalosti, můžeme definovat tabulku funkčních hodnot klopného obvodu JK. (vynecháme již známou funkci obvodu RS) Tabulka funkčních hodnot KO typu JK po příchodu náběžné hrany hodinového signálu KO typu JK J K Q Q 0 0 předchozí stav předchozí stav 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 negace předchozího stavu negace předchozího stavu Praktickým představitelem praktické realizace klopného obvodu je např. IO MH 7472. 4
Kontrolní otázky: Jaký je rozdíl mezi funkcemi klopného obvodu JK a RS? Co nastane u klopného obvodu JK s příchodem hodinového impulsu při vstupní kombinaci J = log 0 a K = log 1? Definujte výstupy Q a Q? Co nastane u klopného obvodu JK s příchodem hodinového impulsu při vstupní kombinaci J = log 1 a K = log 1? Definujte výstupy Q a Q? Co nastane u klopného obvodu JK s příchodem hodinového impulsu při vstupní kombinaci J = log 0 a K = log 0? Definujte výstupy Q a Q? Co nastane u klopného obvodu JK s příchodem hodinového impulsu při vstupní kombinaci J = log 1 a K = log 0? Definujte výstupy Q a Q? Může nastat situace, kdy bude Q = Q? Proč? 5
2 Doporučená literatura 1. Ing. Jan, Zdeněk, Ing. Ždárský, Bronislav a PaedDr. Kubát, Jindřich. AUTOMOBILY: Elektrotechnika motorových vozidel II. Brno : Avid, spol. s r.o., Brno, 2008. ISBN 978-80-87143-07-0. 2. Ing. Jan, Zdeněk, Ing. Ždárský, Bronislav a PaedDr. Kubát, Jindřich. AUTOMOBILY: Elektrotechnika motorových vozidel I. Brno : Avid, spol. s r.o., Brno, 2008. ISBN 978-80-87143-13-1. 3. Gscheidle, Rolf a kol. Příručka pro automechanika. Praha : SOBOTÁLES, 2002. ISBN 80-85920-83-2. 4. Maťátko, Ján. ELEKTRONIKA, Praha : IDEA SERVIS., 2007. ISBN 978-80-85970-64-7. 5. Jiří Tůma, Renata Wagnerová, Radim Farana, Lenka Landryová. ZÁKLADY AUTOMATIZACE, Ediční středisko VŠB TUO, Ostrava 2007. ISBN 978-80-248-1523-7 6
3 Použitá literatura a zdroje 1. Ing. Jan, Zdeněk, Ing. Ždárský, Bronislav a PaedDr. Kubát, Jindřich. AUTOMOBILY, Elektrotechnika motorových vozidel II. Brno : Avid, spol. s r.o., Brno, 2008. ISBN 978-80-87143-07-0. 2. Ing. Jan, Zdeněk, Ing. Ždárský, Bronislav a PaedDr. Kubát, Jindřich. AUTOMOBILY, Elektrotechnika motorových vozidel I. Brno : Avid, spol. s r.o., Brno, 2008. ISBN 978-80-87143-13-1. 3. Jiří Tůma, Renata Wagnerová, Radim Farana, Lenka Landryová. ZÁKLADY AUTOMATIZACE, Ediční středisko VŠB TUO, Ostrava 2007. ISBN 978-80-248-1523-7 7
4 Seznam obrázků OBRÁZEK 1. JK REALIZOVANÝ NAND... 2 8