Układy logiczne. Część 8. D - spust

W artykule opisano wyzwalacz D, jego działanie w różnych trybach, prostą i intuicyjną technikę badania zasady działania.

W poprzedniej części artykułu rozpoczęto badanie wyzwalaczy. Wyzwalacz RS jest uważany za najprostszy w tej rodzinie, który został opisany w siódmej części artykułu. Wyzwalacze D i JK są szerzej stosowane w urządzeniach elektronicznych. Zgodnie ze znaczeniem akcji lubią Wyzwalacz RS, są również urządzeniami z dwoma stanami stabilnymi na wyjściu, ale mają bardziej złożoną logikę sygnałów wejściowych.

Należy zauważyć, że wszystkie powyższe będą prawdziwe nie tylko dla Chipy z serii K155oraz dla innych serii obwodów logicznych, na przykład K561 i K176. I nie tylko w odniesieniu do wyzwalaczy, wszystkie układy logiczne również działają dokładnie, różnica polega tylko na parametrach elektrycznych sygnałów - poziomach napięcia i częstotliwościach roboczych, zużyciu energii i obciążalności.

Wyzwalacz D.

Istnieje kilka modyfikacji przerzutników typu D w serii układów K155, jednak układ K155TM2 jest najczęstszy. W jednym 14-pinowym pakiecie znajdują się dwa niezależne przerzutniki typu D. Jedyne, co ich łączy, to wspólny obwód zasilania. Każdy wyzwalacz ma cztery wejścia poziomu logicznego i odpowiednio dwa wyjścia. Jest to wyjście bezpośrednie i odwrotne, z którym znamy już historię o wyzwalaczu RS. Tutaj pełnią tę samą funkcję. Rysunek 1 pokazuje wyzwalacz D.

Istnieją również mikroukłady zawierające cztery klapki typu D w jednej obudowie: są to mikroukłady, takie jak K155TM5 i K155TM7. Czasami w literaturze nazywane są rejestrami czterocyfrowymi.

Rysunek 1. Chip K155TM2.

Ryc. 1a pokazuje cały mikroukład w formie, jak to zwykle pokazano w podręcznikach. W rzeczywistości na schematach każdy wyzwalacz umieszczony w obudowie można przedstawić z dala od jego „partnera”, podczas gdy rysunek może nie przedstawiać wniosków, które po prostu nie są stosowane w tym obwodzie, chociaż w rzeczywistości są. Przykład takiego obrysu wyzwalacza D pokazano na rycinie 1b.

Rozważ bardziej szczegółowo sygnały wejściowe. Zostanie to wykonane za pomocą wyzwalacza z pinami 1 ... 6 jako przykładem. Odpowiednio, wszystkie powyższe będą prawdziwe w odniesieniu do innego wyzwalacza (z numerami pinów 8 ... 13).

Sygnały R i S pełnią tę samą funkcję, co podobne sygnały RS wyzwalacza: gdy logiczny poziom zerowy jest stosowany do wejścia S, wyzwalacz jest ustawiany na pojedynczy stan. Oznacza to, że jednostka logiczna pojawi się na wyjściu bezpośrednim (pin 5). Jeśli teraz zastosujesz logiczne zero na wejściu R, wyzwalacz zostanie zresetowany. Oznacza to, że na wyjściu bezpośrednim (pin 5) pojawi się logiczny poziom zerowy, a na odwrocie (pin 5) jednostka logiczna będzie obecna.

Ogólnie mówiąc, gdy mówi się o stanie wyzwalacza, oznacza to stan jego bezpośredniego wyjścia: jeśli wyzwalacz jest zainstalowany, wówczas jego bezpośrednie wyjście jest na wysokim poziomie (jednostka logiczna). W związku z tym należy rozumieć, że na odwrotnym wyjściu wszystko jest dokładnie odwrotne, więc odwrotne wyjście często nie jest wspomniane przy rozważaniu działania obwodu.

Jednostka logiczna może być dostarczona do wejść R i S tak długo, jak jest to pożądane: stan wyzwalacza nie zmienia się. Sugeruje to, że wejścia są niskie R i S. Dlatego wejścia RS zaczynają się od małego kółka, co wskazuje, że poziom sygnału roboczego jest niski lub, co jest takie samo, odwrotny. Tak małe kółko w sygnałach wejściowych można znaleźć nie tylko w wyzwalaczach, ale także w obrazie niektórych innych mikroukładów, na przykład dekoderów lub multiplekserów, co również wskazuje, że poziom roboczy tego sygnału jest niski. Jest to ogólna zasada dla wszystkich symboli graficznych mikroukładów.

Oprócz wejść RS, wyzwalacz D ma również wejście danych D, z danych angielskich (dane) oraz wejście synchronizacji C z zegara angielskiego (puls, stroboskop). Za pomocą tych danych wejściowych można uruchomić wyzwalacz jako element pamięci lub wyzwalacz zliczający. Aby zrozumieć działanie wyzwalacza D, lepiej jest złożyć mały obwód i przeprowadzić proste eksperymenty.

Zwróć uwagę na obraz wejścia C: prawy koniec tego wyjścia na rysunku kończy się małym ukośnikiem w kierunku od lewej - do góry - w prawo. Ta funkcja wskazuje, że przełączenie wyzwalacza na wejściu C następuje w momencie przejścia sygnału wejściowego z zera na jeden. Ryc. 3 pokazuje możliwy kształt impulsu na wejściu C.

Aby dokładniej zrozumieć działanie wyzwalacza D, najlepiej zmontować obwód, jak pokazano na rysunku 2.

Ryc. 2. Schemat badania działania wyzwalacza D.

Rysunek 3. Opcje impulsu na wejściu C.

Dla jasności wyzwalacz jest podłączony do jego wyjść (styki 5 i 6) wskaźników LED. Podłączamy ten sam wskaźnik do wejścia C. Wejście D, poprzez rezystor 1 kΩ, jest podłączone do szyny zasilającej +5 V i, jak pokazano na schemacie, przycisk SB1. Po zmontowaniu obwodu sprawdzimy jakość instalacji, a następnie możesz włączyć zasilanie.

Wyzwalacz pracy D na wejściach RS

Podczas włączania jedna z diod LED HL2 lub HL3 musi się świecić. Załóżmy, że jest to HL3, dlatego po włączeniu wyzwalacz jest ustawiony na jeden, chociaż można go również ustawić na zero. Niskopoziomowe sygnały wejściowe do wejść RS będą dostarczane za pomocą kawałka elastycznego przewodu podłączonego do wspólnego przewodu.

Najpierw spróbujmy zastosować niski poziom do wejścia S, po prostu zamykając pin 4 do wspólnego przewodu. Co się stanie Na wyjściach wyzwalacza sygnały pozostaną w tym samym stanie, w jakim były po włączeniu. Dlaczego Wszystko jest bardzo proste: wyzwalacz jest już w jednym stanie lub jest zainstalowany, a dostarczenie sygnału sterującego do wejścia S po prostu potwierdza ten stan wyzwalania, stan się nie zmienia. Ten tryb działania wyzwalacza wcale nie jest szkodliwy i często występuje w działaniu rzeczywistych obwodów.

Teraz, używając tego samego drutu, zapewnimy niski poziom na wejściu R. Wynik nie będzie długo oczekiwany: spust przełączy się na niski poziom lub, jak mówią, zresetuje się. Powtarzające się i kolejne zasilanie niskiego poziomu na wejście R również po prostu potwierdzi stan, tym razem zero, w taki sam sposób, jak opisano powyżej dla wejścia S. Z tego stanu można wywnioskować albo poprzez podanie niskiego poziomu na wejście S, albo kombinacja sygnałów na wejściach C i D.

Należy zauważyć, że czasami wyzwalacz D może być użyty po prostu jako wyzwalacz RS, to znaczy wejścia C i D nie są używane. W takim przypadku, aby zwiększyć odporność na zakłócenia, należy je podłączyć do szyny +5 V za pomocą rezystorów o rezystancji 1 KOhm lub podłączyć do wspólnego przewodu.

Wyzwalanie operacji na wejściach C i D

Załóżmy, że wyzwalacz jest obecnie zainstalowany, więc dioda LED HL3 świeci. Co się stanie, jeśli naciśniesz przycisk SB1? Absolutnie nic, stan sygnałów wyjściowych wyzwalacza nie zmieni się. Jeśli teraz zresetujesz wyzwalacz na wejściu R, dioda HL2 zaświeci się, a HL3 wyłączy się. Naciśnięcie przycisku SB1 w tym przypadku również nie zmienia stanu wyzwalania. Sugeruje to, że na wejściu C. nie ma impulsów zegarowych

Teraz spróbujmy zastosować impulsy zegarowe do wejścia C. Najłatwiej to zrobić, składając prostokątny generator impulsów, który jest nam już znany z poprzednich części artykułu. Jego obwód pokazano na rysunku 4.

Rysunek 4. Generator zegara.

Aby wizualnie obserwować działanie obwodu, częstotliwość generatora musi być mała, a szczegóły wskazane w obwodzie wynoszą około 1 Hz, czyli 1 oscylację (impuls) na sekundę. Częstotliwość generatora można zmienić, wybierając kondensator C1. Stan wejścia C jest wskazywany przez diodę LED HL1: dioda LED świeci - na wejściu C poziom jest wysoki, jeśli jest wyłączony, poziom jest niski.W momencie zapłonu diody HL1 na wejściu C powstaje dodatni spadek napięcia (od niskiego do wysokiego). To przejście powoduje wyzwalanie wyzwalacza D na wejściu C, a nie obecność wysokiego lub niskiego poziomu napięcia na tym wejściu. Należy o tym pamiętać i monitorować zachowanie spustu dokładnie w momencie formowania czoła impulsu.

Jeśli generator impulsów jest podłączony do wejścia C i zasilanie jest włączone, wyzwalacz zostanie ustawiony na jeden z pierwszym impulsem, kolejne impulsy stanu wyzwalania nie zmienią się. Wszystko powyższe jest prawdziwe w przypadku, gdy przełącznik SB1 znajduje się w położeniu pokazanym na rysunku.

Teraz przełączmy SB1 do dolnej pozycji zgodnie z obwodem, przykładając w ten sposób niski poziom do wejścia D. Pierwszy impuls pochodzący z generatora ustawi wyzwalacz w stan logicznego zera lub wyzwalacz zostanie zresetowany. Dioda LED HL2 powie nam o tym. Kolejne impulsy na wejściu C również nie zmieniają stanu wyzwalacza.

Rysunek 2b pokazuje schemat czasowy operacji wyzwalania dla wejść CD. Zakłada się, że stan wejścia D zmienia się, jak pokazano na rysunku, a okresowe impulsy zegarowe docierają do wejścia C.

Pierwszy impuls na wejściu C ustawia wyzwalacz na pojedynczy stan (pin 5), a drugi impuls na poziomie wyzwalania nie zmienia się, ponieważ na wejściu C poziom pozostaje jak dotąd wysoki.

Stan wejścia D między drugim i trzecim impulsem zegarowym zmienia się z poziomu wysokiego na niski, jak widać na rycinie 2. Ale wyzwalacz przełącza się do stanu zerowego dopiero na początku trzeciego impulsu zegara. Czwarty i piąty impuls na wejściu C stanu wyzwalania nie zmieniają się.

Należy zauważyć, że sygnał na wejściu D zmienił swoją wartość z niskiej na wysoką podczas impulsu zegarowego na wejściu C. Jednak wyzwalacz nie zmienił stanu, ponieważ dodatnia krawędź impulsu zegarowego była wcześniejsza niż zmiana poziomu o wlot D.

Spust zostanie przełączony do jednego stanu tylko przez szósty impuls, a dokładniej przez jego przód. Siódmy impuls zresetuje wyzwalacz, ponieważ podczas jego dodatniego zbocza na wejściu D ustalono już wysoki poziom. Następujące impulsy działają dokładnie w ten sam sposób, więc czytelnicy mogą sobie z nimi poradzić samodzielnie.

Kolejny wykres czasowy pokazano na rycinie 5.

Rysunek 5. Pełny schemat czasowy działania wyzwalacza D.

Rysunek pokazuje, że spust może działać w trzech trybach, z których dwa zostały już omówione powyżej. Na rysunku są to tryby asynchroniczne i synchroniczne. Dominujący tryb jest najbardziej interesujący na wykresie czasowym: jasne jest, że podczas niskiego poziomu na wejściu R stan wyzwalania nie zmienia się na wejściach C i D, co wskazuje, że wejścia RS mają priorytet. Rycina 5 pokazuje również tabelę prawdy dla wyzwalacza D.

Z powyższego można wyciągnąć następujące wnioski: każda dodatnia różnica impulsów na wejściu C ustawia wyzwalacz na stan, który był na wejściu D w tym momencie lub po prostu przenosi jego stan na bezpośrednie wyjście wyzwalacza Q. Negatywna różnica impulsów na wejściu C nie ma wpływu na Stan wyzwalania nie jest renderowany.

Rysunek 3 pokazuje możliwe kształty impulsów na wejściu C: jest to fala prostokątna (3a), krótkie impulsy wysokiego poziomu lub dodatnie (3b), krótkie impulsy niskiego poziomu (ujemne) (3c). W każdym razie wyzwalacz jest wyzwalany przez różnicę dodatnią.

W niektórych przypadkach będzie to przód impulsu, w innych jego zanik. Tę okoliczność należy wziąć pod uwagę przy opracowywaniu i analizowaniu obwodów na wyzwalaczach typu D. Działanie wyzwalacza D w trybie zliczania Jednym z głównych celów wyzwalacza D jest jego użycie w trybie zliczania. Aby działał jak licznik impulsów, wystarczy zastosować sygnał z własnego odwrotnego wyjścia na wejście D. Takie połączenie pokazano na rysunku 6.

Rysunek 6. Działanie wyzwalacza D w trybie zliczania.

W tym trybie, po nadejściu każdego impulsu na wejściu C, wyzwalacz zmieni swój stan na przeciwny, jak pokazano na schemacie czasowym. Wyjaśnienie tego jest najprostsze i najbardziej logiczne: stan na wejściu D jest zawsze odwrotny w stosunku do wyjścia bezpośredniego. Dlatego w świetle wcześniejszego rozważenia operacji wyzwalania jej odwrotny stan jest przenoszony na wyjście bezpośrednie. Jeden wyzwalacz, choć w trybie zliczania, nie liczy wiele, tylko do dwóch: 0..1 i ponownie 0..1 i tak dalej.

Aby uzyskać licznik zdolny do liczenia, naprawdę musisz połączyć kilka wyzwalaczy w trybie licznika szeregowo. Zostanie to omówione później w osobnym artykule. Ponadto należy zwrócić uwagę na fakt, że impulsy na wyjściu wyzwalacza mają częstotliwość dokładnie dwa razy niższą niż wejście na wejściu C. Ta właściwość jest używana w przypadkach, w których konieczne jest podzielenie częstotliwości sygnału przez współczynnik dwa: 2, 4 , 8, 16, 32 i tak dalej.

Kształt impulsów po podziale przez wyzwalacz jest zawsze meandrem, nawet w przypadku bardzo krótkich impulsów wejściowych na wejściu C. To koniec historii o możliwościach użycia wyzwalacza D. W następnej części artykułu omówiono użycie wyzwalaczy typu JK.

Kontynuacja artykułu: Układy logiczne. Część 9. Wyzwalacz JK