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» 2008年05月22日 00時00分 公開

【問題16】 D-FFでカウンタを作る完全マスター! 電子回路ドリル II(18)

1ビットのデータを保持するフリップフロップ「D-FF」。このD-FFを複数接続した回路のことを“シフトレジスタ”と呼びます。

[横田一弘 埼玉県立新座総合技術高等学校 教諭,@IT MONOist]

【問題15】の解答

 前回の宿題【問題15】は、D-FFの回路を基に「タイムチャート」を作成するという問題でした。

 皆さん解けましたでしょうか?

 解けた方も解けなかった方も答え合わせをして、次項の解説までぜひ読んでみてください。毎週コツコツ問題を解いて、デジタル回路の基礎知識を身に付けましょう。

 それでは、解答を発表します!


問題15

答え.

答え


【問題15】の解説

 D-FFは、“1ビットのデータを保持する”機能を持ったフリップフロップです。

 【問題13】の解説で紹介した「SR-FF」、【問題14】の解説で紹介した「JK-FF」など、フリップフロップは何種類かありますが、今回解説するD-FFはその中でも特によく使われるものです。

 まずは、図1をご覧ください。これはD-FFの論理記号です。

D-FFの論理記号 図1 D-FFの論理記号

 前述のとおり、D-FFの機能は1ビットのデータを保持することです。図2は立ち上がりエッジ型のD-FFの動作を示したものですが、D-FFはクロックパルスの立ち上がり時に入力端子Dの値を読み取り、その値をQに設定します。

D-FFの動作 図2 D-FFの動作

 それでは、ここまでの解説を基に【問題15】を解いてみましょう。

 【問題15】は図3のように複数のD-FFを接続したもので、この回路を「シフトレジスタ(Shift Register)」と呼びます。

3ビット・シフトレジスタ 図3 3ビット・シフトレジスタ

 図3において、クロック信号CLKの立ち上がり時に、

  • FF1は、Dinを保持
  • FF2は、FF1の出力Qを保持
  • FF3は、FF2の出力Qを保持

の3つが同時に起こります。これを「FF1とFF2とFF3は、クロックに同期している」といいます。

 以上の事象をタイムチャートで表すと、図4のようになります。

D-FFのタイムチャート 図4 D-FFのタイムチャート

 図4では、各D-FFがデータを読み取ってから出力するまでの時間を誇張しています。すなわち、各D-FFはCLKの立ち上がりで直前の値(で示した値)を保持していることを意味します。その結果、各D-FFの値は1クロックずつ遅れが生じるため、この回路のことをシフトレジスタと呼んでいるのです。

次回までの宿題 ― 【問題16】

問題16

以下に示すD-FFの回路を基に、そのタイムチャートを作ってください

問題16

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