【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．

【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。

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。

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。

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。

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（赤で示した値）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

答え． 解答はこちら（←クリック）