【問題15】 D-FFによるシフトレジスタ：完全マスター！ 電子回路ドリル II（17）

今回は、動作を制御するためのクロック信号入力がある“エッジ・トリガ型”のフリップフロップ「JK-FF」について詳しく解説します。

[横田一弘 埼玉県立新座総合技術高等学校 教諭，＠IT MONOist]

【問題14】の解答

　前回の宿題【問題14】は、JK-FFの「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14

答え．

【問題14】の解説

　JK-FFは、【問題13】の解説で紹介した「SR-FF」に改良を加えたものです。

　まずは、図1をご覧ください。これはJK-FFの論理記号です。

図1　JK-FFの論理記号

　JK-FFの入力「J」はSR-FFのS（Set）に相当し、「K」はSR-FFのR（Reset）に相当しています。

　前回解説したSR-FFでは、S＝“1”、R＝“1”にすることを禁止していました。しかし、JK-FFでは、J＝“1”、K＝“1”にするとQとQとが反転することになっています。

　以下に、JK-FFの状態表を示します（表1）。

表1　JK-FFの状態表

　J＝“0”、K＝“0”のとき、次に取るべき値（Qt＋1）は、いまの値（Qt）になっています。これは前の状態を保持することを意味します。

　J＝“1”、K＝“0”のとき、Qが“1”になるのでJK-FFがセットされ、J＝“0”、K＝“1”のとき、Qが“0”になるのでJK-FFがリセットされます。

　また、J＝“1”、K＝“1”のとき、前述のとおり、QとQは反転します。

　実はフリップフロップには、“レベル・センシティブ”で動作するタイプと、“エッジ・トリガ”で動作するタイプがあります（ここでは触れませんが、そのほかに“マスター・スレーブ”で動作するタイプもあります）。ちなみに、【問題13】の解説で紹介したSR-FFはレベル・センシティブ型のフリップフロップで、入力のレベルに応じてフリップフロップが動作します。

　これに対し、エッジ・トリガ型のフリップフロップには動作を制御するクロック信号入力（図2）があり、クロック信号の立ち上がりエッジ（“0”から“1”に変化する時点）、または立ち下りエッジ（“1”から“0”に変化する時点）に、瞬間的にフリップフロップが動作します。今回解説しているJK-FFにはクロック信号入力端子がありますので、エッジ・トリガ型となります。

図2　エッジ・トリガ型フリップフロップのクロックの記号

　以上の解説を基に、【問題14】のタイムチャートを作成した結果が図3になります。

図3　JK-FFのタイムチャート

　ここでは、クロックの立ち上がりでJK-FFが動作するものと考えます。

• （1）のときに、J=“0”、K=“0”であることから、Qには“1”が保持されます。
• （2）のときに、J=“0”、K=“1”であることから、Qは“0”にリセットされます。
• （3）のときに、J=“1”、K=“1”であることから、Qは“1”に反転します。
• （4）のときに、J=“1”、K=“0”であることから、Qには“1”がセットされます。
• （5）のときに、J=“0”、K=“0”であることから、Qには“1”が保持されます。

次回までの宿題 ― 【問題15】

問題15

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

答え． 解答はこちら（←クリック）