Loģikas mikroshēmas. 8. daļa. D - sprūda

Rakstā aprakstīts D-sprūds, tā darbība dažādos režīmos, vienkārša un intuitīva tehnika darbības principa izpētei.

Iepriekšējā raksta daļā tika sākta sprūdu izpēte. RS sprūda tiek uzskatīta par vienkāršāko šajā ģimenē, kas tika aprakstīta raksta septītajā daļā. D un JK sprūdi tiek plaši izmantoti elektronikas ierīcēs. Runājot par rīcību, viņiem patīk RS sprūda, ir arī ierīces ar diviem stabiliem stāvokļiem izejā, bet tām ir sarežģītāka ieejas signālu loģika.

Jāatzīmē, ka viss iepriekš minētais attieksies ne tikai uz K155 sērijas mikroshēmas, un citām loģisko ķēžu sērijām, piemēram, K561 un K176. Un ne tikai sprūdu gadījumā, arī visas loģiskās mikroshēmas darbojas precīzi, atšķirība ir tikai signālu elektriskajos parametros - sprieguma līmeņos un darbības frekvencēs, enerģijas patēriņā un kravnesībā.

D sprūda

K155 mikroshēmu sērijā ir vairākas D-flip-flops modifikācijas, tomēr visizplatītākā ir K155TM2 mikroshēma. Vienā 14 kontaktu paketē ir divi neatkarīgi D-flip-flops. Vienīgais, kas viņus vieno, ir kopēja strāvas ķēde. Katrā sprūda ir četras loģikas līmeņa ieejas un attiecīgi divas izejas. Šī ir tieša un apgriezta izvade, ar kuru mēs jau esam pazīstami no stāsta par RS sprūdu. Šeit viņi veic to pašu funkciju. 1. attēlā parādīts D-sprūds.

Ir arī mikroshēmas, kurās vienā korpusā ir četras D-flip-flops: tās ir mikroshēmas, piemēram, K155TM5 un K155TM7. Dažreiz literatūrā tos sauc par četrciparu reģistriem.

1. attēls. Čips K155TM2.

1.a attēlā parādīta visa mikroshēma tādā formā, kā tas parasti parādīts uzziņu grāmatās. Faktiski diagrammās katru sprūdu, kas atrodas korpusā, var attēlot prom no tā “partnera”, savukārt zīmējumā var nebūt parādīti secinājumi, kurus šajā shēmā vienkārši neizmanto, lai gan patiesībā tie ir. Šādas D-sprūda kontūras piemērs parādīts 1.b attēlā.

Sīkāk apsveriet ieejas signālus. To veiks, piemēram, izmantojot sprūdu ar tapām 1 ... 6. Attiecīgi viss iepriekš minētais būs taisnība attiecībā uz citu sprūdu (ar tapu skaitļiem 8 ... 13).

Signāli R un S veic tādu pašu funkciju kā līdzīgi sprūda RS signāli: kad ieejai S tiek piemērots nulles loģiskais līmenis, sprūda tiek iestatīta vienā stāvoklī. Tas nozīmē, ka tiešā izvadē parādīsies loģiska vienība (5. tapa). Ja tagad R ieejai piemēro loģisku nulli, sprūda tiek atiestatīta. Tas nozīmē, ka tiešajā izejā (5. pin) parādīsies loģiskais nulles līmenis, bet apgrieztā stāvoklī (6. pin) būs loģiska vienība.

Parasti, runājot par sprūda stāvokli, tas nozīmē tā tiešās izvades stāvokli: ja sprūda ir uzstādīta, tad tās tiešā izvade ir augstā līmenī (loģiskā vienība). Attiecīgi tiek saprasts, ka apgrieztajā izejā viss ir tieši pretējs, tāpēc, apsverot ķēdes darbību, apgrieztā izeja bieži netiek pieminēta.

Ieejām R un S var piegādāt loģisku vienību, cik vien vēlaties: sprūda stāvoklis nemainās. Tas liek domāt, ka ieejas ir zemas R un S. Tāpēc RS ieejas sākas ar nelielu apli, kas norāda, ka darba signāla līmenis ir zems vai, kas ir vienāds, apgriezts. Tik mazu loku ieejas signālos var atrast ne tikai sprūdainos, bet arī dažu citu mikroshēmu attēlos, piemēram, dekodētājos vai multiplekseros, kas arī norāda, ka šī signāla darba līmenis ir zems. Šis ir vispārīgs noteikums visiem mikroshēmu grafiskajiem simboliem.

Papildus RS ieejām D-sprūdam ir arī D datu ieeja no angļu valodas Data (dati) un sinhronizācijas ieeja C no angļu valodas pulksteņa (impulss, strobe). Izmantojot šīs ieejas, sprūda var darboties kā atmiņas elements, vai kā skaitīšanas sprūda. Lai saprastu D-sprūda darbību, labāk ir salikt nelielu ķēdi un veikt vienkāršus eksperimentus.

Pievērsiet uzmanību ieejas C attēlam: attēlā šīs izejas labais gals beidzas ar nelielu slīpsvītru virzienā no kreisās uz augšu - pa labi. Šī funkcija norāda, ka sprūda pārslēgšana pār ieeju C notiek brīdī, kad ieejas signāls tiek pārslēgts no nulles uz vienu. 3. attēlā parādīta iespējamā impulsa forma pie ieejas C.

Lai pilnīgāk izprastu D sprūda darbību, vislabāk ir salikt ķēdi, kā parādīts 2. Attēlā.

2. attēls. D sprūda darbības izpētes shēma.

3. attēls. Impulsa iespējas pie ieejas C.

Skaidrības labad sprūda ir savienota ar tās izvadiem (5. un 6. kontaktdakša) LED indikatori. Mēs savienojam to pašu indikatoru ar ieeju C. Ieeja D caur 1 kΩ rezistoru ir savienota ar +5 V barošanas avotu un, kā parādīts diagrammā, pogu SB1. Pēc shēmas samontēšanas mēs pārbaudīsim instalācijas kvalitāti, un pēc tam jūs varēsit ieslēgt strāvu.

Darbs D sprūda uz RS ieejām

Ieslēdzot, ir jādeg vienai no gaismas diodēm HL2 vai HL3. Pieņemsim, ka tas ir HL3, tāpēc, ieslēdzot, sprūda tiek iestatīta uz vienu, lai gan to var arī iestatīt uz nulli. Zema līmeņa ieejas signāli RS ieejām tiks piegādāti, izmantojot elastīga vadītāja gabalu, kas savienots ar kopēju vadu.

Vispirms mēģināsim piemērot zemu līmeni S ieejai, vienkārši aizverot 4. tapu kopējajam vadam. Kas notiks? Pēc sprūda izejām signāli paliks tādā pašā stāvoklī, kādā tie bija, ieslēdzot. Kāpēc? Viss ir ļoti vienkārši: sprūda jau ir vienā stāvoklī vai uzstādīta, un vadības signāla padeve ieejai S vienkārši apstiprina šo sprūda stāvokli, stāvoklis nemainās. Šis sprūda darbības režīms nepavisam nav kaitīgs un bieži sastopams reālu ķēžu darbībā.

Tagad, izmantojot to pašu vadu, ievadei R. mēs pielietosim zemu līmeni. Rezultāts ilgi nenāks: slēdzis pārslēgsies uz zemu līmeni vai, kā saka, tas tiks atiestatīts. Atkārtota un sekojoša zema līmeņa padeve R ieejai arī vienkārši apstiprinās stāvokli, šoreiz nulles, tādā pašā veidā, kā aprakstīts iepriekš ieejai S. No šī stāvokļa to var secināt, vai nu piegādājot zemu līmeni ieejai S, vai signālu kombinācija pie ieejām C un D

Jāatzīmē, ka dažreiz D-sprūdu var izmantot vienkārši kā RS-sprūdu, tas ir, C un D ieejas netiek izmantotas. Šajā gadījumā, lai palielinātu izturību pret troksni, tie jāpievieno pie +5 V kopnes caur rezistoriem ar pretestību 1 KOhm, vai arī jāpievieno kopējam vadam.

Trigera darbība pie ieejām C un D

Pieņemsim, ka sprūda pašlaik ir uzstādīta, tāpēc iedegas gaismas diode HL3. Kas notiks, ja nospiedīsit pogu SB1? Pilnīgi nekas, sprūda izvades signālu stāvoklis nemainīsies. Ja tagad, lai atiestatītu sprūdu pie ieejas R, iedegsies gaismas diode HL2 un HL3 izslēgsies. Nospiežot SB1 pogu, šajā gadījumā arī sprūda stāvoklis netiek mainīts. Tas liek domāt, ka C ieejā nav pulksteņa impulsu.

Tagad mēģināsim pielietot pulksteņa impulsus ievadei C. Vienkāršākais veids, kā to izdarīt, ir montējot taisnstūra impulsu ģeneratoru, kas mums jau pazīstams no iepriekšējām raksta daļām. Tās shēma ir parādīta 4. attēlā.

4. attēls. Pulksteņu ģenerators.

Lai vizuāli novērotu ķēdes darbību, ģeneratora frekvencei jābūt mazai, ar ķēdē norādīto informāciju ir aptuveni 1 Hz, tas ir, 1 svārstība (impulss) sekundē. Ģeneratora frekvenci var mainīt, izvēloties kondensatoru C1. Ieejas C statusu norāda ar gaismas diodi HL1: iedegas gaismas diode - pie ieejas C līmenis ir augsts, ja tas ir izslēgts, līmenis ir zems.LED HL1 aizdedzes brīdī pie ieejas C veidojas pozitīvs sprieguma kritums (no zema uz augstu). Tieši šī pāreja padara D sprūda sprūdu C ieejā, nevis augsta vai zema sprieguma līmeņa klātbūtni šajā ieejā. Tas ir jāatceras un precīzi jāuzrauga sprūda uzvedība impulsa priekšējās daļas veidošanās brīdī.

Ja impulsu ģenerators ir pievienots ieejai C un barošana ir ieslēgta, sprūda tiek iestatīta uz vienu ar pirmo impulsu, nākamie sprūda stāvokļa impulsi nemainās. Viss iepriekš minētais attiecas uz gadījumu, kad slēdzis SB1 atrodas attēlā parādītajā stāvoklī.

Tagad pārslēgsim SB1 zemākā pozīcijā atbilstoši shēmai, tādējādi ievadam D piemērojot zemu līmeni. Pats pirmais impulss, kas nāca no ģeneratora, izraisīs sprūda loģiskas nulles stāvokli vai arī sprūds tiks atiestatīts. Par to mums pastāstīs HL2 LED. Arī nākamie impulsi pie ieejas C nemaina sprūda stāvokli.

2.b attēlā parādīta kompaktdisku ievades sprūda darbības shēma. Tiek pieņemts, ka ieejas D stāvoklis mainās, kā parādīts attēlā, un periodiski pulksteņa impulsi nonāk pie ieejas C.

Pirmais impulss pie ieejas C ieslēdz sprūdu vienā stāvoklī (5. tapa), un otrais sprūda stāvokļa impulss nemainās, jo ieejā C līmenis joprojām ir augsts.

Ieejas D stāvoklis starp otro un trešo pulksteņa impulsu mainās no augsta līmeņa uz zemu, kā redzams 2. attēlā. Bet sprūda pārslēdzas uz nulles stāvokli tikai trešā pulksteņa impulsa sākumā. Ceturtais un piektais impulss sprūda stāvokļa ieejā C nemainās.

Jāatzīmē, ka signāls pie ieejas D mainīja tā vērtību no zemas uz augstu pulksteņa impulsa laikā pie ieejas C. Tomēr sprūda stāvoklis nemainījās, jo pulksteņa impulsa pozitīvā mala bija agrāk nekā līmeņa maiņa par ieplūde D.

Sprūdu vienā stāvoklī var pārslēgt tikai ar sesto impulsu, precīzāk - ar tā priekšējo pusi. Septītais impulss atiestatīs sprūdu, jo tā pozitīvās malas laikā pie ieejas D ir jau noteikts augsts līmenis. Šie impulsi darbojas tieši tādā pašā veidā, tāpēc lasītāji var ar tiem tikt galā paši.

Cita laika diagramma parādīta 5. attēlā.

5. attēls. Pilnīga D sprūda darbības laika diagramma.

Attēlā redzams, ka sprūda var darboties trīs režīmos, no kuriem divi jau ir apskatīti iepriekš. Attēlā šie ir asinhroni un sinhroni režīmi. Dominējošais režīms visvairāk interesē laika diagrammu: ir skaidrs, ka zema līmeņa ieejā R sprūda stāvoklis nemainās pie ieejām C un D, ​​kas norāda, ka RS ieejām ir prioritāte. 5. attēlā parādīta arī D sprūda patiesības tabula.

No visa iepriekšminētā var izdarīt šādus secinājumus: katra pozitīvā impulsa starpība pie ieejas C ieslēdz sprūdu tādā stāvoklī, kāds tajā brīdī bija pie ieejas D, vai vienkārši pārsūta savu stāvokli uz sprūda Q tiešo izvadi. Negatīvā impulsa starpība pie ieejas C neietekmē Sprūda stāvokli neizveido.

3. attēlā parādītas iespējamās impulsu formas pie C ieejas: tas ir kvadrātveida vilnis (3a), īsi augsta līmeņa impulsi vai pozitīvi (3b), īsi zema līmeņa impulsi (negatīvi) (3c). Jebkurā gadījumā sprūda tiek iedarbināta ar pozitīvu starpību.

Dažos gadījumos tas būs impulsa priekšgals, bet citos - tā samazināšanās. Šis apstāklis ​​jāņem vērā, izstrādājot un analizējot D sprūda ķēdes. D-sprūda darbība skaitīšanas režīmā Viens no D-sprūda galvenajiem mērķiem ir tā izmantošana skaitīšanas režīmā. Lai tas darbotos kā impulsu skaitītājs, pietiek ar signāla ievadīšanu no pašas apgrieztas izejas uz ieeju D. Šāds savienojums ir parādīts 6. attēlā.

6. attēls. D-sprūda darbība skaitīšanas režīmā.

Šajā režīmā pēc katra impulsa saņemšanas pie ieejas C sprūda mainīs savu stāvokli uz pretējo, kā parādīts laika diagrammā. Un izskaidrojums tam ir visvienkāršākais un loģiskākais: stāvoklis ieejā D vienmēr ir pretējs, apgriezts attiecībā pret tiešo izvadi. Tāpēc, ņemot vērā sprūda darbības iepriekšējo apsvērumu, tā apgrieztais stāvoklis tiek pārnests uz tiešo izvadi. Viens sprūda, kaut arī skaitīšanas režīmā, neskaitās daudz, tikai līdz diviem: 0..1 un atkal 0..1 utt.

Lai iegūtu skaitītāju, kurš var skaitīt, jums patiešām virknē ir jāpieslēdz vairāki sprūda skaitītāja režīmā. Tas tiks apspriests vēlāk atsevišķā rakstā. Turklāt jums jāpievērš uzmanība faktam, ka impulsu pie sprūda izejas frekvence ir tieši divas reizes zemāka nekā ieejas pie ieejas C. Šo īpašību izmanto gadījumos, kad signāla frekvence ir jāsadala ar koeficientu divi: 2, 4. , 8, 16, 32 un tā tālāk.

Impulsu forma pēc dalīšanas ar sprūda vienmēr ir līkumu, pat ļoti īsu ievades impulsu gadījumā pie ieejas C. Tas ir stāsta beigas par D sprūda izmantošanas iespējām. Nākamajā raksta daļā tiks runāts par JK tipa sprūdu izmantošanu.

Raksta turpinājums: Loģikas mikroshēmas. 9. daļa. JK sprūda