Il più semplice circuito digitale di memoria è il flip-flop Set-Reset. Esso è costituito da due ingressi identificati con il nome Set e Reset ed una uscita indicata con .
Accade spesso che i flip flop sono dotati, anche dell’uscita .

In un dispositivo di memoria l’uscita dipende:

• dalla particolare combinazione che assumono le variabili di ingresso
• dallo stato precedente assunto dall’uscita Q.

Lo stato precedente dell’uscita lo indichiamo con .

Flip-flop SR con porte NOR

Il simbolo logico, la tabella della verità e la soluzione circuitale a porte logiche NOR di un flip-flop S-R sono indicate nell’immagine che segue:

Combinazioni

Combinazione SR=00

Combinazione di riposo in quanto l’uscita conserva lo stato precedente (Q=Qo).

Combinazione SR=01

Posto R=1, l’uscita Q si porta a 0 indipendentemente dallo stato precedente.

Combinazione SR=10

Posto S=1, l’uscita Q si porta a 1 indipendentemente dallo stato precedente.

Combinazione SR=11

Questa combinazione è da evitare in quanto dal punto di vista logico risulta incongruente, non ha alcun senso comandare il flip-flop per memorizzare lo 0 (R=1) oppure l’1 (S=1).

Modalità di memorizzazione di 1 bit

Per memorizzare 1:

• Passo 1: impostare S=1 e R=0.
• Passo 2: impostare lo stato di riposo: S=0 e R=0.

l’uscita conserva lo stato precedente: Q=Qo=1

Per memorizzare 0:

• Passo 1: S=0 e R=1.
• Passo 2: impostare lo stato di riposo: S=0 e R=0.

l’uscita conserva lo stato precedente: Q=Qo=0

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Ripasso sul funzionamento della porta NOR

L’operazione può essere effettuata su due o più variabili di ingresso. Se chiamiamo con A e B le variabili di ingresso e con Y la variabile di uscita, la somma logica negata assumerà lo stato logico 1 solo se tutte le variabili di ingresso sono allo stato 1, in tutti gli altri casi l’uscita assumerà il valore 1.

La somma logica negata corrisponde al collegamento di una OR seguita da una porta NOT.

si legge A NOR B

Nella figura che segue è mostrata la tabella della verità con le quattro possibili combinazioni delle variabili di ingresso A e B è il simbolo logico corrispondente. Nella colonna Y sono indicati i valori della variabile di uscita Y che soddisfa la definizione della porta logica NOR.

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Verifica funzionamento come Flip-Flop S-R

Passo 1

Impostare S=0 e R=1.

L’uscita Q=0, infatti l’uscita Q della porta 2 va a 0 perché l’ingresso R=1.

Su tutti e due gli ingressi della porta 1 abbiamo 0 per cui la sua uscita va ad 1.
Dovreste aver notato che le due uscite sono complementari tra loro.

Passo 2

Impostare la combinazione di riposo: R=0 e S=0.

L’uscita Q nella fase precedente era stata portata a 0 (Qo=0), l’uscita della porta 1 resta ad 1 come conseguenza l’uscita della porta 2 rimane a 0 (Q=0).

Passo 3

Impostare S=1 e R=0.

L’uscita della porta 1 va a 0 come conseguenza, poiché R=0, l’uscita della porta 2 commuta ad 1: Q=1.

Passo 4

Impostare la combinazione di riposo: R=0 e S=0.

L’uscita Q nella fase precedente era stata portata a 1 (Qo=1), l’uscita della porta 1 resta a 0 come conseguenza l’uscita della porta 2 rimane a 1 (Q=1).

Passo 5

Impostare S=1 e R=1 (combinazione proibita)

Le uscite di entrambe le porte NOR commuteranno a 0.
In questo caso, le due uscite non saranno più complementari tra loro.
Inoltre se impostate contemporaneamente R=0 e S=0 entrambe le uscite si porteranno ad 1 e poi a 0 e così via.

Accadrà inoltre che per i diversi tempi di ritardo di propagazione del segnale elettrico in ciascuna porta, uno delle due porte NOR propagherà l’1 in uscita prima dell’altra porta.

Diventa aleatorio il valore dell’uscita Q che, pertanto, potrà trovarsi a 0 oppure a 1. Anche per questo motivo è da evitare la combinazione della tabella della verità: S=1 e R=1.

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Fase 1: Verifica tabella di verità del Flip-Flop SR con integrato 7402

Realizzare il circuito e verificare la tabella di verità del Flip-Flop SR.

Lista componenti:

• IC 7402 (Quad 2 Input NOR)
• N. 2 R: 10 KOhm
• N. 2 R: 180 Ohm
• N. 1 LED Rosso
• N. 1 LED Verde
• N 2. Switch

Schema elettrico

Schema di montaggio

Pinout 7402

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Fase 2: Realizzare un simulatore di Flip-Flop SR con Arduino

Dato lo sketch Arduino che segue, non commentato, comprenderne il funzionamento, commentare ogni parte e derivare il circuito elettronico di montaggio.

Fasi operative:

• realizzare lo schema di montaggio in Fritzing;
• realizzazione pratica del circuito;
• verifica del funzionamento del circuito;
• segnalare eventuali correzioni/miglioramenti da effettuare allo sketch.

int pinQ = 10;
int pinQneg = 9;
int pinSet = 8;
int pinReset = 7;

int pinLedSet = 5;
int pinLedReset = 4;

int statoOutNorReset = 0;
int statoOutNorSet = 0;

int statoOutNorResetSuc = 0;
int statoOutNorSetSuc = 0;

boolean statoQ = 0;
boolean statoQneg = 0;
  
void setup()
{
  pinMode(pinSet, INPUT);
  pinMode(pinReset, INPUT);

  pinMode(pinQ, OUTPUT);
  pinMode(pinQneg, OUTPUT);

  pinMode(pinLedSet, OUTPUT);
  pinMode(pinLedReset, OUTPUT);
}

void loop()
{
  boolean statoSet = digitalRead(pinSet);
  boolean statoReset = digitalRead(pinReset);

  if (statoSet == 1) {
    digitalWrite(pinLedSet, HIGH);
  } else {
    digitalWrite(pinLedSet, LOW);
  }

  if (statoReset == 1) {
    digitalWrite(pinLedReset, HIGH);
  } else {
    digitalWrite(pinLedReset, LOW);
  }

  statoOutNorSet = statoQneg;
  statoOutNorReset = statoQ;
  
  statoOutNorResetSuc = !(statoReset || statoOutNorSet);
  statoOutNorSetSuc = !(statoSet || statoOutNorReset);
  
  digitalWrite(pinQ, statoOutNorReset);
  digitalWrite(pinQneg, statoOutNorSet);

  statoQneg = statoOutNorSetSuc;
  statoQ = statoOutNorResetSuc;
}

Si ricorda è obbligatorio:

• inserire un’intestazione come indicato nell’immagine che segue, in cui indicare:
  • Cognome e Nome
  • Classe
  • Esercizio/Sommario funzionamento
• tutto il codice deve essere commentato;
• tutto il codice deve essere correttamente indentato;
• ogni allievo dovrà utilizzare 1 singola scheda Arduino;
• il codice dovrà essere consegnato al docente su Google Classroom secondo le indicazioni date a lezione.

Buon lavoro 🙂