Flip Flop JK

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Il circuito

Stesura preliminare

In questa attività esamineremo il funzionamento di un (vecchio...) Flip Flop JK in tecnologia CMOS: il 4027. Il data sheet può essere ricercato su internet oppure scaricato seguendo questo link.

Per generare i segnali sarà utilizzato Arduino, qualunque versione è perfettamente adeguata.

Per analizzare i segnali sarà utilizzato Picoscope 2205A-MSO (Mixed Signal Oscilloscope). Il software usato è la versione 7.2.10, l'ultima disponibile nel momento della prima stesura di questa pagina.

Attività 1

Analizziamo il data sheet del componente. Si tratta di un circuito integrato che contiene due Flip Flop JK tra di loro identici ed indipendenti.

Individuiamo in particolare, scegliendo uno dei due Flip Flop:

l'ingresso di clock. Quale è il fronte attivo?
i due ingressi sincroni
i due ingressi asincroni. Sono attivi alti oppure attivi bassi?
le due uscite
i pin di alimentazione V_CC (spesso indicata con +5V oppure V_DD) e la massa (spesso indicata con GND oppure V_SS)

Attività 2

Al fine di comprendere il funzionamento di un Flip Flop, disegnare e simulare un diagramma temporale, come per esempio descritto in questa attività.

Attività 3

Il circuito

Realizzare il seguente circuito, collegando tutti gli ingressi di uno dei due Flip Flop contenuti nel circuito integrato 4027 ai pin di Arduino e agli ingressi digitali di Picoscope (nota 1):

Lo schema

Per evitare errori banali di collegamento:

si è scelto di collegare pin con lo stesso "numero" tra di loro; per esempio, il pin 3 del circuito integrato (Clock) al pin D3 di Arduino e all'ingresso D3 di Picoscope
si sono utilizzati colori diversi per ciascun collegamento, fin quando possibile, ovviamente. Rosso e nero sono obbligatoriamente riservati all'alimentazione positiva e a massa
scrivere nel codice Arduino e nella documentazione indicazioni chiare dei collegamenti fisici effettuati

Collegare quindi agli ingressi digitali di Picoscope le uscite Q e Q, gli ingressi J e K, il Clock, (facoltativi gli ingressi di Preset e Clear). Anche in questo caso utile seguire le stesse convenzioni su numerazione e colori.

Sono ovviamente possibili anche collegamenti diversi, a vostro rischio...

Il codice

Il codice di Arduino deve pilotare tutti gli ingressi del Flip Flop. Possiamo, per esempio, decidere di:

impostare J e K fissi ad 1
Preset e Clear sempre non attivi (0 per questo componente)
Clock che alterna 1 e 0

Questo il codice esemplificativo (nota 2):

Quesito a cui rispondere disegnando su carta: che comportamento avranno le uscite Q e Q?

Quesito non banale: perché, a differenza che in DEEDS si è deciso di non utilizzare gli ingressi di Clear o Preset?

L'analizzatore di stati logici

Dopo aver effettuato i collegamenti mostrati nello schema:

attivare nel software Picoscope i canali effettivamente utilizzati
(facoltativo, ma consigliato) assegnare nomi significativi ai segnali
impostare la soglia alla metà della tensione di alimentazione della porta logica

Impostazione di Picoscope

impostare il trigger su uno dei segnali mostrati, per esempio Q

Di seguito un esempio, da confrontare con quanto visto nell'attività 2:

Diagramma temporale

Misure

Misurare con i cursori la frequenza del clock e dell'uscita Q.

Utilizzando lo Zoom ("rotella" del mouse) misurare il tempo di propagazione tra il fronte attivo del Clock ed il fronte di Q.

Misurare il tempo di propagazione tra il fronte attivo del Clock ed il fronte di Q.

[Avanzata] Attività 4

Generare il seguente diagramma temporale (o altro a propria scelta):

DIagramma temporale

[Avanzata] Attività 4

Utilizzare entrambi i Flip Flop per ottenere il seguente diagramma temporale (contatore asincrono):

Diagramma temporale con due Flip Flop

Misurare il tempo di propagazione tra il fronte attivo del Clock ed il fronte di Q0.

Misurare il tempo di propagazione tra il fronte attivo del Clock ed il fronte di Q1.

Note

Potrebbe essere utile collegare uno degli ingressi asincroni del secondo Flip Flop alla tensione di alimentazione
Potrebbe essere utile utilizzare #define invece che i numeri per meglio identificare i pin

Pagina creata nel marzo 2026
Ultima modifica: 20 marzo 2026