Peranti digital: flip-flop, pembanding dan daftar

Peranti digital dibina di atas unsur logik, oleh itu ia mematuhi undang-undang algebra logik. Peranti asas teknologi digital, bersama-sama dengan peranti logik, adalah flip-flop.

Trigger (English trigger - trigger) - peranti elektronik yang mempunyai dua keadaan stabil dan boleh melompat dari satu keadaan ke keadaan lain di bawah pengaruh dorongan luar.

Pencetus atau, lebih tepat lagi, sistem pencetus dipanggil kelas besar peranti elektronik yang mempunyai keupayaan untuk kekal dalam salah satu daripada dua keadaan stabil untuk masa yang lama dan menggantikannya di bawah pengaruh isyarat luaran. Setiap keadaan pencetus mudah dikenali oleh nilai voltan keluaran.

Setiap keadaan pencetus sepadan dengan tahap voltan keluaran tertentu (tinggi atau rendah):

1) pencetus ditetapkan kepada satu keadaan — tahap «1».

2) flip-flop ditetapkan semula — tahap «0» pada output.

Keadaan mantap kekal selama yang dikehendaki dan boleh ditukar dengan nadi luaran atau dengan mematikan voltan bekalan. Che.flip-flop ialah elemen memori asas yang mampu menyimpan unit maklumat terkecil (satu bit) «0» atau «1».

Flip-flop boleh dibina pada elemen diskret, elemen logik, pada litar bersepadu atau sebahagian daripada litar bersepadu.

Jenis-jenis flip-flop utama termasuk: RS-, D-, T-, dan JK-flippers... Selain itu, flip-flop dibahagikan kepada tak segerak dan segerak. Dalam penggerak asynchronous, pertukaran dari satu keadaan ke keadaan lain dilakukan secara langsung dengan ketibaan isyarat kepada input maklumat. Selain input data, flip-flop yang disegerakkan mempunyai input jam. Penukaran mereka berlaku hanya dengan kehadiran nadi jam yang membolehkan.

Pencetus RS mempunyai sekurang-kurangnya dua input: S (set — set) — pencetus ditetapkan kepada keadaan tahap «1» dan R (set semula) — pencetus ditetapkan semula kepada keadaan tahap «0». (Rajah 1).

Dengan kehadiran input C, flip-flop adalah segerak — penukaran flip-flop (perubahan keadaan output) boleh berlaku hanya pada saat ketibaan nadi penyegerakan (penyegerakan) pada input C.

Rajah 1 — Perwakilan grafik konvensional bagi flip-flop RS dan tujuan kesimpulan a) tak segerak, b) segerak

Sebagai tambahan kepada output langsung, flip-flop juga boleh mempunyai output songsang, yang isyaratnya akan bertentangan.

Jadual 1 menunjukkan keadaan yang boleh diandaikan oleh flip-flop semasa operasi. Jadual menunjukkan nilai isyarat input S dan R pada saat tertentu tn dan keadaan flip-flop (daripada output langsung) pada saat berikutnya masa tn + 1 selepas ketibaan seterusnya. nadi. Keadaan pencetus baharu juga dipengaruhi oleh keadaan Q n sebelumnya.

Che.jika perlu untuk menulis kepada pencetus «1» — kami memberikan nadi kepada input S, jika «0» — kami menghantar nadi ke input R.

Kombinasi S = 1, R = 1 adalah gabungan terlarang kerana adalah mustahil untuk meramalkan keadaan yang akan ditubuhkan pada output.

Jadual 1 - Jadual keadaan flip-flop RS segerak

Operasi flip-flop juga boleh dilihat menggunakan gambar rajah pemasaan (Rajah 2).

Rajah 2 — Gambar rajah pemasaan bagi flip-flop RS tak segerak

Pencetus D (dari bahasa Inggeris delay — delay) mempunyai satu input maklumat dan input jam (menyegerakkan) (Gamb. 3).

D-flip-flop menyimpan dan menyimpan pada output Q isyarat yang berada pada input data D pada masa ketibaan nadi jam C. flip-flop menyimpan maklumat yang ditulis apabila C = 1.

Jadual 2-Jadual keadaan D-flip-flop

Rajah 3 — D -pencetus: a) perwakilan grafik konvensional, b) gambar rajah masa operasi

Pencetus T (dari bahasa Inggeris tumble — terbalik, jungkir), juga dipanggil membilang flip-flop, mempunyai satu input maklumat T. Setiap nadi (pereputan nadi) input T (input mengira) menukar pencetus ke keadaan bertentangan.

Rajah 4 menunjukkan simbol T-cetusan (a) dan gambar rajah masa operasi (b).

Rajah 4-T-flip-flop a) tatatanda grafik konvensional, b) gambar rajah masa operasi c) jadual keadaan

Pencetus JK (daripada lompat Inggeris — lompat, keer — tahan) mempunyai dua input data J dan K dan input jam C. Penetapan pin J dan K adalah serupa dengan penetapan pin R dan S, tetapi pencetus mempunyai tiada gabungan terlarang. Jika J = K = 1, ia menukar keadaannya kepada sebaliknya (Rajah 5).

Dengan sambungan input yang sesuai, pencetus boleh melaksanakan fungsi pencetus RS-, D-, T, i.e. adalah pencetus universal.

Rajah 5 -JK -flip-flop a) konvensional -notasi grafik, b) jadual keadaan singkatan

Pembanding (bandingkan — bandingkan) — peranti yang membandingkan dua voltan — input Uin dengan rujukan Uref. Voltan rujukan ialah voltan malar dengan kekutuban positif atau negatif, voltan input berubah dari semasa ke semasa. Litar pembanding termudah berdasarkan penguat kendalian ditunjukkan dalam Rajah 6, a. Jika Uin Uop pada output U — us (Rajah 6, b).

Rajah 6 — Pembanding op-amp: a) skema termudah b) ciri prestasi

Pembanding maklum balas positif dipanggil pencetus Schmitt. Jika komparator bertukar dari «1» ke «0» dan sebaliknya pada voltan yang sama, maka pencetus Schmitt - pada voltan yang berbeza. Voltan rujukan mencipta litar PIC R1R2, isyarat input disalurkan kepada input penyongsangan op-amp. Rajah 7, b, menunjukkan ciri pemindahan pencetus Schmitt.

Pada voltan negatif pada input inventori OS Uout = U + sat. Ini bermakna voltan positif bertindak ke atas input bukan penyongsangan. Apabila voltan masukan meningkat, arus Uin > Uneinv. (Uav — pencetus) pembanding pergi ke keadaan Uout = U -sat. Voltan negatif dikenakan pada input bukan penyongsangan. Sehubungan itu, dengan penurunan voltan masukan pada masa ini Uin <Uneinv. (Uav — pencetus) pembanding masuk ke keadaan Uout = U + sat.

Rajah 7 — Operasi Schmitt bagi op-amp: a) skema termudah b) ciri prestasi

Satu contoh. Rajah 8 menunjukkan skematik penyambung-geganti untuk mengawal motor elektrik, membenarkannya dimulakan, berhenti dan berundur.

Rajah 8 — Skim kawalan motor penghubung geganti

Pertukaran motor elektrik dilakukan oleh pemula magnet KM1, KM2. Kenalan tertutup bebas KM1, KM2 menghalang operasi serentak pemula magnet. Kenalan terbuka KM1, KM2 menyediakan penguncian sendiri butang SB2 dan SB3.

Untuk meningkatkan kebolehpercayaan operasi, adalah perlu untuk menggantikan litar kawalan relay-contactor dan litar kuasa dengan sistem bukan hubungan menggunakan peranti dan peranti semikonduktor.

Rajah 9 menunjukkan litar kawalan motor tanpa sentuh.

Sentuhan kuasa pemula magnet telah digantikan dengan opto-simistors: KM1-VS1-VS3, KM2-VS4-VS6. Penggunaan optosimistor memungkinkan untuk mengasingkan litar kawalan arus rendah daripada litar bekalan berkuasa.

Pencetus menyediakan butang mengunci sendiri SB2, SB3. Unsur logik DAN memastikan pengaktifan serentak hanya satu daripada permulaan magnet.

Apabila transistor VT1 dibuka, arus mengalir melalui LED kumpulan pertama opto-simistor VS1-VS3, dengan itu memastikan aliran arus melalui belitan motor. Pembukaan transistor VT2 membekalkan kumpulan kedua opto-simistors VS4 -VS6, memastikan putaran motor elektrik ke arah lain.

Rajah 9 — Litar kawalan motor tanpa sentuhan

Daftar - peranti elektronik yang direka untuk penyimpanan jangka pendek dan penukaran nombor binari berbilang digit. Daftar terdiri daripada flip-flop, bilangan yang menentukan berapa banyak bit nombor binari yang boleh disimpan oleh daftar — saiz daftar (Rajah 10, a). Unsur logik boleh digunakan untuk mengatur operasi pencetus.

Rajah 10 — Daftar: a) perwakilan am, b) tatatanda grafik konvensional

Mengikut kaedah input dan output maklumat, daftar dibahagikan kepada selari dan bersiri.

Dalam daftar berjujukan, flip-flop disambungkan secara bersiri, iaitu output flip-flop sebelumnya menghantar maklumat kepada input flip-flop seterusnya. Input jam flip-flop C disambung secara selari. Daftar sedemikian mempunyai satu input data dan input kawalan—input jam C.

Daftar selari secara serentak menulis ke flip-flop yang mana terdapat empat input data.

Rajah 10 menunjukkan UGO dan peruntukan pin bagi daftar siri selari empat bit.