Logické čipy. Část 8. D - spouště

Článek popisuje D-trigger, jeho fungování v různých režimech, jednoduchou a intuitivní techniku ​​pro studium principu činnosti.

V předchozí části článku bylo zahájeno studium spouštěčů. Spouštěč RS je v této rodině považován za nejjednodušší, který byl popsán v sedmé části článku. Spouštěče D a JK se v elektronických zařízeních používají více. Podle smyslu akce se jim líbí RS trigger, jsou také zařízení se dvěma stabilními stavy na výstupu, ale mají složitější logiku vstupních signálů.

Je třeba poznamenat, že výše uvedené platí nejen pro Čipy řady K155a pro další řadu logických obvodů, například K561 a K176. A nejen s ohledem na spouštěče, všechny logické mikroobvody fungují také přesně, rozdíl je pouze v elektrických parametrech signálů - úrovně napětí a provozní frekvence, spotřeba energie a kapacita zátěže.

D spouště

U řady čipů K155 existuje několik úprav D-flip-flopů, nejběžnější je však čip K155TM2. V jednom 14-pólovém balení jsou dvě nezávislé D-klopné obvody. Jediné, co je spojuje, je společný napájecí obvod. Každý spouštěč má čtyři vstupy logické úrovně a podle toho dva výstupy. Toto je přímý a inverzní výstup, s nímž jsme již obeznámeni z příběhu o RS-triggeru. Zde vykonávají stejnou funkci. Obrázek 1 ukazuje D-spouštěč.

Existují také mikroobvody obsahující čtyři D-klopné obvody v jednom pouzdru: jedná se o mikroobvody jako K155TM5 a K155TM7. Někdy se v literatuře nazývají čtyřmístné registry.

Obrázek 1. Čip K155TM2.

Obrázek la ukazuje celý mikroobvod ve formě, jak je obvykle ukázáno v referenčních knihách. Ve skutečnosti lze na diagramech znázornit každý trigger umístěný v pouzdru od jeho „partnera“, zatímco výkres nemusí ukazovat závěry, které se v tomto obvodu jednoduše nepoužívají, i když ve skutečnosti jsou. Příklad takového obrysu D-spouštěče je znázorněn na obrázku 1b.

Podrobněji zvažte vstupní signály. To bude provedeno pomocí příkladu spouště s kolíky 1 ... 6. Všechny výše uvedené tedy budou platit s ohledem na další spoušť (s čísly pinů 8 ... 13).

Signály R a S vykonávají stejnou funkci jako podobné signály RS spouště. Pokud je na vstup S aplikována logická nulová úroveň, je spouštěč nastaven do jediného stavu. To znamená, že na přímém výstupu se objeví logická jednotka (pin 5). Pokud nyní na vstup R použijeme logickou nulu, spoušť se resetuje. To znamená, že na přímém výstupu (pin 5) se objeví logická nulová úroveň a na inverzní (pin 5) bude přítomna logická jednotka.

Obecně platí, že když se mluví o stavu spouště, týká se stavu jeho přímého výstupu: pokud je spouštěč nainstalován, pak je jeho přímý výstup na vysoké úrovni (logická jednotka). V souladu s tím se rozumí, že na inverzním výstupu je všechno přesně opačné, takže inverzní výstup se často nezmiňuje při zvažování činnosti obvodu.

Logická jednotka může být dodávána na vstupy R a S libovolně: stav spouště se nemění. To naznačuje, že vstupy jsou nízké R a S. Proto RS vstupy začínají malým kruhem, což znamená, že úroveň pracovního signálu je nízká nebo, která je stejná, inverzní. Takový malý kruh ve vstupních signálech lze nalézt nejen ve spouštěch, ale také v obraze některých jiných mikroobvodů, například dekodérů nebo multiplexerů, což také ukazuje, že pracovní úroveň tohoto signálu je nízká. Toto je obecné pravidlo pro všechny grafické symboly mikroobvodů.

Kromě vstupů RS má D-trigger také vstup D dat, z anglických dat (data) a synchronizační vstup C z anglických hodin (puls, stroboskop). Pomocí těchto vstupů můžete aktivovat spoušť buď jako paměťový prvek, nebo jako počítací spoušť. Abychom porozuměli činnosti D-triggeru, je lepší sestavit malý obvod a provést jednoduché experimenty.

Věnujte pozornost obrázku vstupu C: pravý konec tohoto výstupu na obrázku končí malým lomítkem ve směru zleva - doprava. Tato funkce indikuje, že spouštěcí přepínání na vstupu C nastává v okamžiku přechodu vstupního signálu z nuly na jeden. Obrázek 3 ukazuje možný tvar pulsu na vstupu C.

Pro důkladnější pochopení činnosti D - spouštěče je nejlepší sestavit obvod, jak je znázorněno na obrázku 2.

Obrázek 2. Schéma pro studium činnosti D - spouštěče.

Obrázek 3. Možnosti pulsu na vstupu C.

Pro přehlednost je spoušť připojena ke svým LED indikátorům (piny 5 a 6). Stejný indikátor připojujeme ke vstupu C. Vstup D je prostřednictvím odporu 1 kΩ připojen k napájecí sběrnici +5 V a, jak je znázorněno na obrázku, tlačítko SB1. Po sestavení obvodu zkontrolujeme kvalitu instalace a poté můžete zapnout napájení.

Spouštěč práce D na vstupech RS

Při zapnutí musí svítit jedna z LED HL2 nebo HL3. Předpokládejme, že se jedná o HL3, takže při zapnutí je spouště nastavena na jednu, i když ji lze také nastavit na nulu. Nízkoúrovňové vstupní signály ke vstupům RS budou dodávány pomocí kusu flexibilního vodiče připojeného ke společnému vodiči.

Nejprve se pokusíme použít nízkou úroveň na vstup S, stačí zavřít kolík 4 na společný vodič. Co se stane? Na výstupech spouštěče zůstanou signály ve stejném stavu, v jakém byly při zapnutí. Proč? Všechno je velmi jednoduché: spouště je již v jednom stavu nebo je nainstalováno a napájení řídicího signálu na vstup S jednoduše potvrzuje tento spouštěcí stav, stav se nezmění. Tento způsob ovládání spouště není vůbec škodlivý a často se vyskytuje při provozu skutečných obvodů.

Nyní pomocí stejného drátu použijeme na vstup R. nízkou úroveň. Výsledek nebude v příchodu příliš dlouhý: spouště se přepne na nízkou úroveň nebo, jak se říká, bude resetována. Opakovaná a následná dodávka nízké úrovně na vstup R také jednoduše potvrdí stav, tentokrát nulu, stejným způsobem, jak je popsáno výše pro vstup S. Z tohoto stavu lze odvodit buď dodáním nízké úrovně na vstup S, nebo kombinace signálů na vstupech C a D.

Je třeba poznamenat, že někdy lze D-trigger použít jednoduše jako RS-trigger, tj. Vstupy C a D se nepoužívají. V tomto případě, pro zvýšení odolnosti proti šumu, by měly být připojeny ke sběrnici +5 V přes odpory s odporem 1 KOhm nebo připojeny ke společnému vodiči.

Spouštěcí operace na vstupech C a D

Předpokládejme, že je spouštěč aktuálně nainstalován, takže LED HL3 svítí. Co se stane, když stisknete tlačítko SB1? Absolutně nic, stav spouštěcích výstupních signálů se nezmění. Pokud nyní resetujete spoušť na vstupu R, LED HL2 se rozsvítí a HL3 zhasne. Stisknutí tlačítka SB1 v tomto případě nezmění spouštěcí stav. To naznačuje, že na vstupu C nejsou žádné hodinové impulsy.

Nyní se pokusíme použít hodinové impulsy na vstup C. Nejjednodušší způsob, jak toho dosáhnout, je sestavení generátoru obdélníkových pulzů, který je nám již známý z předchozích částí článku. Jeho obvod je znázorněn na obrázku 4.

Obrázek 4. Generátor hodin.

Aby bylo možné vizuálně sledovat fungování obvodu, musí být frekvence generátoru malá, s podrobnostmi uvedenými na obvodu je to asi 1 Hz, tj. 1 oscilace (puls) za sekundu. Frekvence generátoru lze změnit výběrem kondenzátoru C1. Stav vstupu C je indikován LED HL1: LED svítí - na vstupu C je vysoká úroveň, pokud je vypnutá, pak je úroveň nízká.V okamžiku zapálení LED HL1 na vstupu C se vytvoří kladný pokles napětí (z nízkého na vysoký). Je to tento přechod, který způsobí spouštění D spouště na vstupu C, a nikoli přítomnost vysokého nebo nízkého napětí na tomto vstupu. To by mělo být zapamatováno a sledovat chování spouště přesně v okamžiku vytvoření čela pulsu.

Pokud je generátor impulsů připojen ke vstupu C a je zapnuto napájení, spoušť se nastaví na jednu s prvním impulzem, následné impulzy stavu spouštění se nezmění. To vše platí pro případ, kdy je spínač SB1 v poloze znázorněné na obrázku.

Nyní přepněme SB1 do dolní polohy podle obvodu, čímž aplikujeme nízkou úroveň na vstup D. Úplně první impuls, který přišel z generátoru, uvede spoušť do stavu logické nuly nebo bude spoušť resetována. HL2 LED nám o tom řekne. Následné impulzy na vstupu C také nemění stav spouště.

Obrázek 2b ukazuje časový diagram spouštěcí operace pro CD vstupy. Předpokládá se, že se stav vstupu D mění, jak je znázorněno na obrázku, a periodické hodinové impulsy přicházejí na vstup C.

První impuls na vstupu C nastaví spouště do jediného stavu (pin 5) a druhý impuls spouštěcího stavu se nezmění, protože na vstupu C zůstává úroveň dosud vysoká.

Stav vstupu D mezi druhým a třetím hodinovým impulzem se mění z vysoké úrovně na nízkou, jak je vidět na obrázku 2. Spouštěč se však přepne do nulového stavu až na začátku třetího hodinového impulsu. Čtvrtý a pátý impuls na vstupu C spouštěcího stavu se nemění.

Je třeba poznamenat, že signál na vstupu D změnil svou hodnotu z nízké na vysokou během hodinového impulsu na vstupu C. Spouštěč se však nezměnil, protože kladná hrana hodinového impulsu byla dříve než změna úrovně o přívod D.

Spoušť bude přepnuta do jediného stavu pouze šestým impulsem, přesněji její přední stranou. Sedmý impulz resetuje spoušť, protože na vstupu D byla již během jeho kladné hrany nastavena vysoká úroveň. Následující impulsy pracují přesně stejným způsobem, takže čtenáři s nimi mohou jednat samostatně.

Další časový diagram je znázorněn na obrázku 5.

Obrázek 5. Kompletní časový diagram spouštění D.

Obrázek ukazuje, že spoušť může fungovat ve třech režimech, z nichž dva již byly diskutovány výše. Na obrázku jsou to asynchronní a synchronní režimy. Převládající režim má největší zájem v časovém diagramu: je zřejmé, že během nízké úrovně na vstupu R se spouštěcí stav nemění na vstupech C a D, což naznačuje, že vstupy RS jsou prioritní. Obrázek 5 také ukazuje tabulku pravdy pro D - trigger.

Z výše uvedeného lze vyvodit následující závěry: každý kladný rozdíl pulzů na vstupu C nastaví spouště do stavu, který byl v té chvíli na vstupu D, nebo jednoduše převádí svůj stav na přímý výstup spouštěče Q. Záporný rozdíl na pulsu na vstupu C nemá žádný vliv na Spouštěcí stav se nevykreslí.

Obrázek 3 ukazuje možné tvary pulzů na vstupu C: jedná se o čtvercovou vlnu (3a), krátké vysoké pulzy nebo kladné (3b), krátké nízké pulzy (záporné) (3c). Spoušť je v každém případě vyvolána kladným rozdílem.

V některých případech to bude přední impuls a v jiných jeho pokles. Tuto okolnost je třeba vzít v úvahu při vývoji a analýze obvodů na D - spouštěčích. Činnost D-spouště v režimu počítání Jedním z hlavních účelů D-spouště je jeho použití v režimu počítání. Aby to fungovalo jako čítač impulsů, stačí použít vstup z jeho vlastního inverzního výstupu na vstup D. Takové spojení je znázorněno na obr. 6.

Obrázek 6. Provoz D - spouštěče v režimu počítání.

V tomto režimu se po příchodu každého impulzu na vstupu C změní spouštěč svůj stav na opačný, jak je znázorněno v časovém diagramu. A vysvětlení je nejjednodušší a nejlogičtější: stav na vstupu D je vždy opačný, inverzní s ohledem na přímý výstup. Proto se ve světle předchozího posouzení spouštěcí operace převádí její inverzní stav na přímý výstup. Jedna spoušť, i když v režimu počítání, se příliš nepočítá, pouze do dvou: 0..1 a znovu 0..1 atd.

Chcete-li získat počítadlo schopné počítat, musíte opravdu zapojit několik spouště v režimu počítadla v sérii. To bude diskutováno později v samostatném článku. Kromě toho byste měli věnovat pozornost skutečnosti, že pulzy na výstupu spouště mají frekvenci přesně dvakrát nižší než na vstupu C. Tato vlastnost se používá v případech, kdy je nutné dělit kmitočet signálu faktorem dva: 2, 4 , 8, 16, 32 a tak dále.

Tvar impulsů po dělení spouští je vždy meandr, dokonce i v případě velmi krátkých vstupních impulsů na vstupu C. Toto je konec příběhu o možnostech použití D triggeru. Další část článku bude hovořit o použití spouštěčů typu JK.

Pokračování článku: Logické čipy. Část 9. Spouštěč JK