NAND 기반 Set-Reset 플립플롭 회로 제작

부품 및 재료

• 4011 쿼드 NAND 게이트 (Radio Shack 카탈로그 # 276-2411)
• 4001 쿼드 NOR 게이트 (Radio Shack 카탈로그 # 276-2401)
• 8위치 DIP 스위치 (Radio Shack 카탈로그 # 275-1301)
• 10세그먼트 바 그래프 LED (Radio Shack 카탈로그 # 276-081)
• 6V 배터리 1개
• 10kΩ 저항 3개
• 470Ω 저항 2개

주의! 4011 IC는 CMOS이므로 정전기 방전에 매우 민감합니다. 부품 목록은 10세그먼트 LED 바 그래프를 요구하지만, 삽화는 브레드보드 공간 제한으로 두 개별 LED를 보여줍니다. 공간이 충분하면 원래 의도대로 바 그래프를 설치하세요.

참조

• Lessons In Electric Circuits, Volume 4, Chapter 3: "Logic Gates"
• Lessons In Electric Circuits, Volume 4, Chapter 10: "Multivibrators"

학습 목표

• 게이티드(또는 인에이블드) 래치와 플립플롭 구분
• 에지 트리거 동작을 가능하게 하는 펄스 검출 회로 구성
• 기계적 스위치 바운스가 디지털 로직을 교란하는 방식 이해 및 완화 전략 학습

회로도

삽화

지침

게이티드(또는 인에이블드) 래치와 플립플롭의 핵심 차이는 트리거 메커니즘입니다: 플립플롭은 클럭 에지에만 반응하는 반면 래치는 지속적 인에이블 신호를 따릅니다. 인에이블드 래치를 플립플롭으로 변환하려면 클럭 에지를 짧은 하이 인에이블 펄스로 변환하는 펄스 검출기만 추가하면 됩니다.

펄스 검출기는 단일 NOR 게이트와 세 개의 인버터를 사용합니다. NOR 입력을 병렬로 연결하여 의도적으로 전파를 느리게 하여 모든 하강 클럭 에지에서 좁은 펄스를 생성합니다.

일반적으로 NOR 게이트는 한 입력을 접지에 연결하고 다른 쪽에 신호를 공급하여 인버터로 배선하는데, 이는 정전용량을 최소화하고 속도를 최대화합니다. 이 회로에서는 의도적으로 입력을 병렬로 연결하여 느린 인버터를 만들고, 펄스가 래치를 트리거할 만큼 충분히 길게 유지되도록 합니다.

이 설계는 클럭의 모든 하강 에지에서 하이 출력 펄스를 생성합니다. 결과적으로 SR 래치는 중간 스위치가 '온'에서 '오프'로 이동할 때만 Set과 Reset에 반응합니다. 실제로는 접점 바운스로 인해 양쪽 전이에서 반응하는 것을 관찰할 수도 있습니다.

기계적 스위치는 처음 작동할 때 바운스(rapidly opening and closing)하는 경향이 있습니다. 이는 펄스 검출기를 의도치 않게 두 번 트리거할 수 있는 다중 로우-하이-로우 전이를 생성하여 래치가 양쪽 클럭 에지에 반응하게 만듭니다. 접점 바운스를 이해하고 완화하는 것은 신뢰할 수 있는 디지털 로직에 필수적입니다.

관련 워크시트

• Flip-Flop Circuits Worksheet