Digitālās ierīces: flip-flops, komparatori un reģistri

Digitālās ierīces ir veidotas uz loģiskiem elementiem, tāpēc tās pakļaujas loģiskās algebras likumiem. Digitālo tehnoloģiju pamatierīces kopā ar loģiskām ierīcēm ir flip-flops.

Trigger (angļu valodā trigger - trigger) - elektroniska ierīce, kurai ir divi stabili stāvokļi un kura var pārlēkt no viena stāvokļa uz otru ārēja impulsa ietekmē.

Trigerus vai, precīzāk, trigeru sistēmas sauc par lielu elektronisko ierīču klasi, kurām ir iespēja ilgstoši palikt vienā no diviem stabiliem stāvokļiem un tos pārmaiņus ārēju signālu ietekmē. Katrs sprūda stāvoklis ir viegli atpazīstams pēc izejas sprieguma vērtības.

Katrs sprūda stāvoklis atbilst noteiktam (augstam vai zemam) izejas sprieguma līmenim:

1) sprūda ir iestatīta vienā stāvoklī — līmenī «1».

2) flip-flop tiek atiestatīts — līmenis «0» pie izejas.

Stacionārais stāvoklis saglabājas tik ilgi, cik nepieciešams, un to var mainīt ar ārēju impulsu vai izslēdzot barošanas spriegumu. Che.flip-flop ir elementārs atmiņas elements, kas spēj saglabāt mazāko informācijas vienību (vienu bitu) "0" vai "1".

Flip-flops var būt veidots uz diskrētiem elementiem, loģiskiem elementiem, uz integrālās shēmas vai ir daļa no integrētās shēmas.

Galvenie flip-flop veidi ietver: RS-, D-, T- un JK-pleznas... Turklāt flip-flops iedala asinhronajos un sinhronajos. Asinhronā iedarbībā pārslēgšanās no viena stāvokļa uz otru tiek veikta tieši ar signāla ierašanos informācijas ievadē. Papildus datu ievadei sinhronizētajiem flip-flopiem ir pulksteņa ieeja. To pārslēgšana notiek tikai iespējojoša pulksteņa impulsa klātbūtnē.

RS sprūdam ir vismaz divas ieejas: S (set — set) — trigeris ir iestatīts uz līmeni «1» un R (reset) — trigeris tiek atiestatīts uz «0» līmeņa stāvokli. (1. att.).

Ieejas C klātbūtnē flip-flop ir sinhrons — flip-flop pārslēgšanās (izejas stāvokļa maiņa) var notikt tikai brīdī, kad ieejā C nonāk sinhronizējošais (sinhronizējošais) impulss.

1. attēls — RS flip-flop parastais grafiskais attēlojums un secinājumu mērķis a) asinhrons, b) sinhrons

Papildus tiešajai izvadei flip-flop var būt arī ar apgrieztu izeju, kuras signāls būs pretējs.

1. tabulā parādīti stāvokļi, ko flip-flop var pieņemt darbības laikā. Tabulā parādītas ieejas signālu S un R vērtības noteiktā laika momentā tn un flip-flop (tiešās izejas) stāvoklis nākamajā laika momentā tn + 1 pēc nākamā pienākšanas. pākšaugi. Jauno sprūda stāvokli ietekmē arī iepriekšējais Q n stāvoklis.

Che.ja nepieciešams rakstīt uz trigeri «1» — dodam impulsu S ieejai, ja «0» — nosūtām impulsu uz R ieeju.

Kombinācija S = 1, R = 1 ir aizliegta kombinācija, jo nav iespējams paredzēt, kāds stāvoklis tiks noteikts izejā.

1. tabula. Sinhronā RS flip-flop stāvokļa tabula

Flip-flop darbību var redzēt arī, izmantojot laika diagrammas (2. att.).

2. attēls. Asinhronās RS flip-flop laika diagrammas

D-trigeram (no angļu valodas delay — delay) ir viena informācijas ieeja un pulksteņa (sinhronizācijas) ieeja (3. att.).

D-flip-flop saglabā un saglabā izejā Q signālu, kas bija datu ieejā D pulksteņa impulsa C pienākšanas brīdī. Flip-flop saglabā informāciju, kas rakstīta, kad C = 1.

2. tabula – D-flip-flop stāvokļu tabula

3. attēls — D-trigers: a) parasts grafiskais attēlojums, b) darbības laika diagrammas

T-trigeriem (no angļu valodas tumble — apgāšanās, salto), saukti arī par skaitīšanas flip-flops, ir viena informācijas ievade T. Katrs T-ieejas (skaitīšanas ieejas) impulss (impulsa samazināšanās) pārslēdz trigeri pretējā stāvoklī.

4. attēlā parādīta T veida sprūda simbolika (a) un darbības laika diagrammas (b).

4. attēls - T-flip-flop a) parastais grafiskais apzīmējums, b) darbības laika diagrammas c) stāvokļa tabula

JK sprūdam (no angļu valodas jump — jump, keer — hold) ir divas datu ievades J un K un pulksteņa ieeja C. Tapu J un K piešķiršana ir līdzīga tapu R un S piešķiršanai, taču sprūdam ir nav aizliegtu kombināciju. Ja J = K = 1, tas maina savu stāvokli uz pretējo (5. att.).

Atbilstoši pieslēdzot ieejas, trigeris var veikt RS-, D-, T-trigeru funkcijas, t.i. ir universāls sprūda.

5. attēls -JK -flip-flop a) parastais -grafiskais apzīmējums, b) saīsinātā stāvokļa tabula

Comparator (salīdzināt - salīdzināt) - ierīce, kas salīdzina divus spriegumus - ievade Uin ar atsauces Uref. Atsauces spriegums ir nemainīgs spriegums ar pozitīvu vai negatīvu polaritāti, ieejas spriegums laika gaitā mainās. Vienkāršākā salīdzinājuma shēma, kuras pamatā ir darbības pastiprinātājs, ir parādīta 6. attēlā, a. Ja Uin Uop izejā U — us (6. att., b).

6. attēls. Op-amp komparators: a) vienkāršākā shēma b) veiktspējas raksturlielumi

Pozitīvu atgriezeniskās saites salīdzinājumu sauc par Šmita trigeri. Ja komparators pārslēdzas no «1» uz «0» un otrādi pie tāda paša sprieguma, tad Šmita sprūda - pie dažādiem spriegumiem. Atsauces spriegums rada PIC ķēdi R1R2, ieejas signāls tiek padots uz operētājsistēmas pastiprinātāja invertējošo ieeju. Attēlā 7, b, parādīts Schmitt sprūda pārneses raksturlielums.

Pie negatīva sprieguma pie OS inventāra ieejas Uout = U + sat. Tas nozīmē, ka pozitīvs spriegums iedarbojas uz neinvertējošu ieeju. Palielinoties ieejas spriegumam, strāva Uin > Uneinv. (Uav — trigeris) komparators nonāk stāvoklī Uout = U -sat. Neinvertējošajai ieejai tiek pielikts negatīvs spriegums. Attiecīgi, samazinoties ieejas spriegumam momentā Uin <Uneinv. (Uav — trigeris) komparators pāriet stāvoklī Uout = U + sat.

7. attēls — operētājsistēmas pastiprinātāja Šmita darbība: a) vienkāršākā shēma b) veiktspējas raksturlielumi

Piemērs. 8. attēlā parādīta releja-kontaktora shēma elektromotora vadīšanai, ļaujot tam iedarbināt, apstāties un apgriezties.

8. attēls. Releja kontaktora motora vadības shēma

Elektromotora komutāciju veic magnētiskie starteri KM1, KM2. Brīvi aizvērtie kontakti KM1, KM2 novērš magnētisko starteru vienlaicīgu darbību. Brīvi atvērtie kontakti KM1, KM2 nodrošina pogu SB2 un SB3 pašbloķēšanos.

Lai uzlabotu darbības uzticamību, ir nepieciešams nomainīt releja-kontaktora vadības ķēdes un strāvas ķēdes ar bezkontakta sistēmu, izmantojot pusvadītāju ierīces un ierīces.

9. attēlā parādīta bezkontakta motora vadības ķēde.

Magnētisko starteru jaudas kontakti tika aizstāti ar optosimistoriem: KM1-VS1-VS3, KM2-VS4-VS6. Optozimistoru izmantošana ļauj izolēt vājstrāvas vadības ķēdi no jaudīgas barošanas ķēdes.

Trigeri nodrošina pašbloķēšanas pogas SB2, SB3. Loģiskie elementi UN nodrošina vienlaicīgu tikai viena magnētiskā startera aktivizēšanu.

Atveroties tranzistoram VT1, strāva plūst caur pirmās grupas optosimistoriem VS1-VS3 gaismas diodēm, tādējādi nodrošinot strāvas plūsmu caur motora tinumiem.Tranzistora VT2 atvēršana piegādā otro optosizistoru grupu VS4 -VS6, nodrošinot elektromotora griešanos otrā virzienā.

9. attēls. Bezkontakta motora vadības ķēde

Reģistrs - elektroniska ierīce, kas paredzēta daudzciparu bināro skaitļu īslaicīgai glabāšanai un konvertēšanai. Reģistru veido flip-flops, kuru skaits nosaka, cik bināra skaitļa bitu var saglabāt reģistrā — reģistra lielumu (10. att., a). Loģiskos elementus var izmantot, lai organizētu trigeru darbību.

10. attēls. Reģistrs: a) vispārējs attēlojums, b) parasts grafiskais apzīmējums

Pēc informācijas ievades un izvadīšanas metodes reģistrus iedala paralēlajos un seriālajos.

Secīgā reģistrā flip-flops ir savienoti virknē, tas ir, iepriekšējās flip-flop izejas nodod informāciju nākamā flip-flop ieejām. Flip-flop pulksteņa ieejas C ir savienotas paralēli. Šādam reģistram ir viena datu ievade un vadības ieeja — pulksteņa ieeja C.

Paralēls reģistrs vienlaikus raksta flip-flops, kuriem ir četras datu ievades.

10. attēlā parādīts četru bitu paralēlās sērijas reģistra UGO un tapu sadalījums.