Logički čipovi. Dio 8. D - okidač

U članku je opisan D-okidač, njegovo djelovanje u različitim modovima, jednostavna i intuitivna tehnika za proučavanje principa djelovanja.

U prethodnom dijelu članka pokrenuto je istraživanje okidača. RS okidač smatra se najjednostavnijim u ovoj obitelji, što je opisano u sedmom dijelu članka. D i JK okidači šire se koriste u elektroničkim uređajima. Prema značenju radnje, oni vole RS okidač, također su uređaji s dva stabilna stanja na izlazu, ali imaju složeniju logiku ulaznih signala.

Treba napomenuti da će sve gore spomenuto biti istinito ne samo za Čipovi serije K155, a za ostale serije logičkih sklopova, na primjer, K561 i K176. I ne samo što se tiče okidača, svi logički čipovi također rade točno, razlika je samo u električnim parametrima signala - naponskim razinama i radnim frekvencijama, potrošnji električne energije i nosivosti.

D okidač

Postoji nekoliko modifikacija D-flip-flops-a u seriji čipova K155, međutim, čip K155TM2 najčešći je. U jednom pakovanju od 14 pina nalaze se dva neovisna D-flip-flopa. Jedino što ih ujedinjuje je zajednički strujni krug. Svaki okidač ima četiri ulaza logičke razine i, sukladno tome, dva izlaza. Ovo je izravan i obrnut izlaz, s čime smo već upoznati iz priče o RS okidaču. Ovdje oni obavljaju istu funkciju. Na slici 1 prikazan je D-okidač.

Postoje i mikro krugovi koji sadrže četiri D-okidača u jednom kućištu: to su mikro krugovi poput K155TM5 i K155TM7. Ponekad se u literaturi nazivaju četveroznamenkasti registri.

Slika 1. Čip K155TM2.

Slika 1a prikazuje čitav mikro krug u obliku koji je obično prikazan u referentnim knjigama. Zapravo, na dijagramima se svaki okidač smješten u kućištu može prikazati dalje od svog "partnera", dok crtež možda neće pokazati zaključke koji se jednostavno ne koriste u ovom krugu, iako oni zapravo jesu. Primjer takvog obrisa D-okidača prikazan je na slici 1b.

Razmotrite detaljnije ulazne signale. To će se postići primjerom okidača sa iglema 1 ... 6. U skladu s tim, sve gore navedeno bit će istinito s obzirom na još jedan okidač (s brojevima pinova 8 ... 13).

Signali R i S obavljaju istu funkciju kao slični RS signali okidača: kada se na ulaz S primijeni logička nulta razina, okidač je postavljen u jedno stanje. To znači da će se na izravnom izlazu pojaviti logička jedinica (pin 5). Ako sada primijenite logičku nulu na R-ulaz, okidač se resetira. To znači da će se na izravnom izlazu (pin 5) pojaviti logička nulta razina, a na inverznom (pin 6) će postojati logička jedinica.

Općenito, kada se govori o stanju okidača, to znači stanje njegovog izravnog izlaza: ako je okidač instaliran, tada je njegov izravni izlaz na visokoj razini (logička jedinica). Prema tome, podrazumijeva se da je na inverznom izlazu sve upravo suprotno, stoga se inverzni izlaz često ne spominje kada se razmatra rad kruga.

Ulazima R i S može se isporučiti logička jedinica po želji: stanje okidača se ne mijenja. To sugerira da su unosi R i S mali. Zbog toga RS ulazi započinju malim krugom, što ukazuje na to da je razina radnog signala niska ili, što je isto, obrnuto. Takav mali krug u ulaznim signalima može se naći ne samo u okidačima, već i na slici nekih drugih mikro krugova, na primjer, dekodera ili multipleksera, što također ukazuje da je radna razina ovog signala niska razina. Ovo je općenito pravilo za sve grafičke simbole mikrokontrole.

Pored RS ulaza, D-okidač ima i D unos podataka, iz engleskog podatka (podaci) i sinkronizacijski ulaz C iz engleskog sata (puls, strob). Pomoću ovih ulaza možete aktivirati okidač ili kao memorijski element ili kao okidač za brojanje. Da biste razumjeli rad D-okidača, bolje je sastaviti mali krug i provesti jednostavne eksperimente.

Obratite pažnju na sliku ulaza C: desni kraj ovog izlaza na slici završava malom nagnutom linijom u smjeru slijeva - gore - udesno. Ova značajka ukazuje da se okidač prekidača preko ulaza C događa u trenutku prijelaza ulaznog signala s nule na jedan. Slika 3 prikazuje mogući oblik impulsa na ulazu C.

Da biste detaljnije razumjeli rad D - okidača, najbolje je sastaviti krug, kao što je prikazano na slici 2.

Slika 2. Shema za proučavanje rada D - okidača.

Slika 3. Opcije impulsa na ulazu C.

Radi jasnoće, okidač je povezan s njegovim LED izlazima (igle 5 i 6). Isti indikator povežemo s ulazom C. Ulaz D, putem otpornika od 1 kΩ, spojen je na +5 V sabirnicu napajanja i, kao što je prikazano na dijagramu, tipku SB1. Nakon što je sklop sklopljen, provjerit ćemo kvalitetu ugradnje i tada možete uključiti napajanje.

Rad D okidač na RS ulazima

Pri uključivanju mora biti upaljena jedna od LED-ova HL2 ili HL3. Pretpostavimo da je to HL3, dakle, kada je uključen, okidač je postavljen na jedan, iako se također može postaviti na nulu. Ulazni signali niske razine do RS ulaza isporučuju se pomoću komada fleksibilnog vodiča spojenog na zajedničku žicu.

Prvo pokušajmo primijeniti nisku razinu na ulaz S, samo zatvarajući pin 4 na zajedničku žicu. Što će se dogoditi? Na izlazima okidača signali će ostati u istom stanju kao i kad su bili uključeni. Zašto? Sve je vrlo jednostavno: okidač je već u jednom stanju ili je instaliran, a opskrba upravljačkim signalom na ulaz S jednostavno potvrđuje ovo stanje okidača, stanje se ne mijenja. Ovakav način rada okidača uopće nije štetan i često se nalazi u radu stvarnih sklopova.

Sada ćemo pomoću iste žice primijeniti nisku razinu na ulazu R. Rezultat neće dugo doći: okidač će se prebaciti na nisku razinu ili, kako kažu, resetirat će se. Ponovljeno i naknadno napajanje niske razine za ulaz R također će jednostavno potvrditi stanje, ovaj put nula, na isti način kao što je gore opisano za ulaz S. Iz ovog se stanja može zaključiti ili isporukom niske razine na ulaz S, ili kombinacija signala na ulazima C i D.

Treba napomenuti da se ponekad D-okidač može upotrijebiti jednostavno kao RS-okidač, to jest da se ulazi C i D ne koriste. U tom slučaju, za povećanje otpornosti na buku, trebali bi ih spojiti na +5 V sabirnicu preko otpornika otpornosti 1 KOhm ili spojiti na zajedničku žicu.

Pokretanje rada na ulazima C i D

Pretpostavimo da je okidač trenutno instaliran, pa LED HL3 svijetli. Što se događa ako pritisnete gumb SB1? Apsolutno ništa, stanje izlaznih signala okidača neće se promijeniti. Ako sada resetirate okidač na ulazu R, LED HL2 će svijetliti, a HL3 će se isključiti. Pritiskom na gumb SB1 u ovom slučaju neće se promijeniti stanje okidača. Ovo ukazuje da na ulazu C. nema taktnih impulsa.

Sada pokušajmo primijeniti satne impulse na ulaz C. Najlakši način za to je sastavljanje pravokutnog generatora impulsa, koji nam je već poznat iz prethodnih dijelova članka. Njegov je krug prikazan na slici 4.

Slika 4. Generator takta.

Da biste vizualno promatrali rad kruga, frekvencija generatora mora biti mala, s pojedinostima naznačenim na krugu ona iznosi oko 1 Hz, odnosno 1 oscilacija (impuls) u sekundi. Frekvencija generatora se može promijeniti odabirom kondenzatora C1. Status ulaza C označava se LED HL1: LED svijetli - na ulazu C je visoka razina, ako je isključena, tada je razina niska.U trenutku paljenja LED HL1 na ulazu C nastaje pozitivni pad napona (od niskog do visokog). Upravo ovaj prijelaz čini okidač D na ulazu C, a ne prisutnost visoke ili niske razine napona na ovom ulazu. To treba imati na umu i pratiti ponašanje okidača točno u trenutku formiranja prednjeg dijela pulsa.

Ako je generator impulsa spojen na ulaz C i napajanje je uključeno, okidač će biti postavljen na jedan s prvim impulsom, a daljnji impulsi stanja okidača neće se promijeniti. Sve gore navedeno vrijedi za slučaj kada je prekidač SB1 u položaju prikazanom na slici.

Sad prebacimo SB1 u donji položaj prema krugu, na taj način primijenimo nisku razinu na ulaz D. Prvi impuls koji je došao iz generatora će okidač staviti u logičku nulu ili će se okidač resetirati. O tome će nam reći LED HL2. Naknadni impulsi na ulazu C također ne mijenjaju stanje okidača.

Slika 2b prikazuje vremenski dijagram pokretanja rada za CD ulaze. Pretpostavlja se da se stanje ulaza D mijenja kao što je prikazano na slici, a periodični impulsi takta dolaze na ulaz C.

Prvi impuls na ulazu C postavlja okidač u jedno stanje (pin 5), a drugi impuls stanja okidača ne mijenja se, jer na ulazu C razina do sada ostaje visoka.

Stanje ulaza D između drugog i trećeg takta impulsa mijenja se s visoke razine na nisku, kao što se može vidjeti na slici 2. Ali okidač prelazi u nulto stanje tek na početku trećeg takta takta. Četvrti i peti impuls na ulazu C stanja okidača ne mijenjaju se.

Treba napomenuti da je signal na ulazu D promijenio svoju vrijednost iz niske u visoku tijekom takta pulsa na ulazu C. Međutim, okidač nije promijenio stanje, budući da je pozitivni rub takta pulsa bio prije nego što se razina promjene promijenila za dovod D.

Okidač će biti prebačen u jedno stanje tek šestim impulsom, tačnije njegovim prednjim dijelom. Sedmi impuls resetirat će okidač, jer je na ulazu D tijekom pozitivnog ruba već uspostavljena visoka razina. Sljedeći impulsi djeluju na potpuno isti način, tako da se čitatelji mogu sami nositi s njima.

Drugi vremenski dijagram prikazan je na slici 5.

Slika 5. Kompletan vremenski dijagram rada D okidača.

Na slici je prikazano kako okidač može raditi u tri načina, od kojih su dva već spomenuti gore. Na slici su to asinhroni i sinkroni modusi. Prevladavajući način je od najvećeg interesa za vremenski dijagram: jasno je da se tijekom niske razine na ulazu R stanje okidača ne mijenja na ulazima C i D, što ukazuje na to da su RS ulazi prioritetni. Na slici 5 prikazana je i tablica istine za D - okidač.

Iz prethodnog se mogu izvući sljedeći zaključci: svaka pozitivna razlika impulsa na ulazu C postavlja okidač u stanje koje je u tom trenutku bilo na ulazu D ili jednostavno njegovo stanje prenosi na izravni izlaz okidača Q. Negativna razlika impulsa na ulazu C nema utjecaja na Stanje okidača se ne prikazuje.

Na slici 3 prikazani su mogući oblici impulsa na ulazu C: to je kvadratni val (3a), kratki impulsi visoke razine ili pozitivni (3b), kratki impulsi niske razine (negativni) (3c). U svakom slučaju, okidač je pokrenut pozitivnom razlikom.

U nekim će slučajevima biti prednji dio impulsa, a u drugima pad. Ovu okolnost treba uzeti u obzir pri razvoju i analiziranju krugova na D - okidačima. Djelovanje D - okidača u načinu brojanja Jedna od glavnih svrha D - okidača je njegova uporaba u načinu brojanja. Da bi on radio kao brojač impulsa, dovoljno je primijeniti signal s vlastitog inverznog izlaza na ulaz D. Takva veza prikazana je na slici 6.

Slika 6. Rad D - okidača u načinu brojanja.

U ovom načinu rada, po dolasku svakog impulsa na ulaz C, okidač će promijeniti svoje stanje u suprotno, kao što je prikazano u vremenskom dijagramu. A objašnjenje za to je najjednostavnije i najlogičnije: stanje na ulazu D uvijek je suprotno, obrnuto, s obzirom na izravni izlaz. Stoga, u svjetlu prethodnog razmatranja operacije okidača, njegovo inverzno stanje prenosi se na izravan izlaz. Jedan okidač, iako je u načinu brojanja, ne broji puno, samo do dva: 0..1 i opet 0..1, i tako dalje.

Da biste dobili brojač sposoban za brojanje, zaista trebate serijski spojiti nekoliko okidača u brojaču. O ovome će se govoriti u zasebnom članku. Uz to, trebate obratiti pažnju na činjenicu da impulsi na izlazu okidača imaju frekvenciju točno dva puta manju od ulaza na ulazu C. Ovo svojstvo koristi se u slučajevima kada je potrebno podijeliti frekvenciju signala s faktorom dva: 2, 4 , 8, 16, 32 i tako dalje.

Oblik impulsa nakon podjele okidača uvijek je meander, čak i u slučaju vrlo kratkih ulaznih impulsa na ulazu C. Ovo je kraj priče o mogućnostima korištenja D okidača. Sljedeći dio članka govori o korištenju okidača tipa JK.

Nastavak članka: Logički čipovi. Dio 9. JK okidač