Digitale enheter: flipflops, komparatorer og registre

Digitale enheter er bygget på logiske elementer, derfor adlyder de lovene i logisk algebra. De grunnleggende enhetene til digital teknologi, sammen med logiske enheter, er flip-flops.

Trigger (engelsk trigger - trigger) - en elektronisk enhet som har to stabile tilstander og kan hoppe fra en tilstand til en annen under påvirkning av en ekstern impuls.

Triggere eller, mer presist, triggersystemer kalles en stor klasse av elektroniske enheter som har evnen til å forbli i en av to stabile tilstander i lang tid og veksle dem under påvirkning av eksterne signaler. Hver triggertilstand gjenkjennes lett av utgangsspenningsverdien.

Hver triggertilstand tilsvarer et visst (høyt eller lavt) utgangsspenningsnivå:

1) utløseren er satt til én tilstand — nivå «1».

2) flip-flop tilbakestilles — nivå «0» ved utgangen.

Den stabile tilstanden forblir så lenge som ønskelig og kan endres med en ekstern puls eller ved å slå av forsyningsspenningen. Che.en flip-flop er et elementært minneelement som er i stand til å lagre den minste informasjonsenheten (en bit) «0» eller «1».

Flip-flops kan bygges på diskrete elementer, logiske elementer, på en integrert krets eller er en del av en integrert krets.

Hovedtypene flip-flops inkluderer: RS-, D-, T- og JK-flip-flopper... I tillegg er flip-flops delt inn i asynkrone og synkrone. Ved asynkron aktivering gjøres bytte fra en tilstand til en annen direkte med ankomsten av et signal til informasjonsinngangen. I tillegg til datainnganger har synkroniserte flip-flops en klokkeinngang. Byttingen deres skjer bare i nærvær av en aktiverende klokkepuls.

En RS-utløser har minst to innganger: S (sett — innstilt) — triggeren settes til tilstanden til nivå «1» og R (tilbakestilling) — utløseren tilbakestilles til tilstanden nivå «0». (Figur 1).

I nærvær av inngang C, er flip-flop synkron - veksling av flip-flop (endring av tilstanden til utgangen) kan bare skje i øyeblikket for ankomst av synkronisering (synkronisering) puls på inngang C.

Figur 1 — Konvensjonell grafisk representasjon av RS flip-flop og hensikten med konklusjoner a) asynkron, b) synkron

I tillegg til den direkte utgangen, kan flip-flop også ha en invers utgang, hvis signal vil være motsatt.

Tabell 1 viser tilstandene som flip-flop kan anta under drift. Tabellen viser verdiene til inngangssignalene S og R på et bestemt tidspunkt tn og tilstanden til flip-flop (av den direkte utgangen) ved neste tidspunkt tn + 1 etter ankomsten av neste pulser. Den nye triggertilstanden påvirkes også av den forrige tilstanden Qn.

Che.hvis det er nødvendig å skrive til utløseren «1» — gir vi en puls til S-inngangen, hvis «0» — sender vi en puls til R-inngangen.

Kombinasjonen S = 1, R = 1 er en forbudt kombinasjon fordi det er umulig å forutsi hvilken tilstand som vil bli etablert ved utgangen.

Tabell 1 - Synkron RS flip-flop tilstandstabell

Funksjonen til flip-flop kan også sees ved hjelp av tidsdiagrammer (fig. 2).

Figur 2 — Tidsdiagrammer for en asynkron RS-flip-flop

D-trigger (fra engelsk delay — delay) har én informasjonsinngang og en klokkeinngang (synkronisering) (fig. 3).

D-flip-flop lagrer og lagrer ved utgang Q signalet som var på datainngangen D ved ankomsttidspunktet for klokkepulsen C. flip-flop lagrer informasjon skrevet når C = 1.

Tabell 2-Tabell over tilstander for D-flip-flop

Figur 3 — D-trigger: a) konvensjonell grafisk representasjon, b) tidsdiagrammer for operasjonen

T-triggere (fra engelsk tumble — overturning, salto), også kalt tellende flip-flops, har én informasjonsinngang T. Hver puls (pulsforfall) på T-inngangen (telleinngang) bytter utløseren til motsatt tilstand.

Figur 4 viser T-trigger-symbologien (a) og tidsdiagrammer for operasjon (b).

Figur 4-T-flip-flop a) konvensjonell grafisk notasjon, b) timingdiagrammer for operasjon c) tilstandstabell

En JK-utløser (fra det engelske jump — jump, keer — hold) har to datainnganger J og K og en klokkeinngang C. Tilordningen av pinnene J og K ligner på tilordningen av pinnene R og S, men utløseren har ingen forbudte kombinasjoner. Hvis J = K = 1, endrer den sin tilstand til det motsatte (fig. 5).

Med passende tilkobling av inngangene kan triggeren utføre funksjonene til RS-, D-, T-triggere, dvs. er en universell utløser.

Figur 5 -JK -flip-flop a) konvensjonell -grafisk notasjon, b) forkortet tilstandstabell

Komparator (sammenlign - sammenlign) - en enhet som sammenligner to spenninger - inngang Uin med en referanse Uref. Referansespenningen er en konstant spenning med positiv eller negativ polaritet, inngangsspenningen endres over tid. Den enkleste komparatorkretsen basert på en operasjonsforsterker er vist i figur 6, a. Hvis Uin Uop ved utgangen U — us (fig. 6, b).

Figur 6 — Op-amp komparator: a) det enkleste skjemaet b) ytelsesegenskaper

En komparator for positiv tilbakemelding kalles en Schmitt-trigger. Hvis komparatoren bytter fra «1» til «0» og omvendt ved samme spenning, utløser Schmitt - ved forskjellige spenninger. Referansespenningen skaper en PIC-krets R1R2, inngangssignalet mates til den inverterende inngangen til op-ampen. Figur 7, b, viser overføringskarakteristikken til Schmitt-utløseren.

Ved negativ spenning ved inventarinngangen til OS Uout = U + sat. Dette betyr at en positiv spenning virker på den ikke-inverterende inngangen. Etter hvert som inngangsspenningen øker, vil strømmen Uin > Uneinv. (Uav — trigger) komparatoren går til tilstanden Uout = U -sat. En negativ spenning påføres den ikke-inverterende inngangen. Følgelig, med en reduksjon i inngangsspenningen i øyeblikket Uin <Uneinv. (Uav — trigger) komparatoren går i tilstand Uout = U + sat.

Figur 7 — Schmitt-operasjon av en op-amp: a) det enkleste skjemaet b) ytelsesegenskaper

Et eksempel. Figur 8 viser et skjema av en relékontaktor for styring av en elektrisk motor, slik at den kan starte, stoppe og reversere.

Figur 8 — Relé-kontaktormotorkontrollskjema

Kommuteringen av den elektriske motoren utføres av magnetiske startere KM1, KM2. Fritt lukkede kontakter KM1, KM2 forhindrer samtidig drift av magnetiske startere. Fritt åpne kontakter KM1, KM2 gir selvlåsing av knappene SB2 og SB3.

For å forbedre driftssikkerheten er det nødvendig å erstatte relékontaktorkontrollkretser og strømkretser med et ikke-kontaktsystem som bruker halvlederenheter og enheter.

Figur 9 viser en kontaktløs motorkontrollkrets.

Strømkontaktene til magnetstarterne ble erstattet med opto-simistorer: KM1-VS1-VS3, KM2-VS4-VS6. Bruken av optosimistorer gjør det mulig å isolere en lavstrømskontrollkrets fra en kraftig forsyningskrets.

Utløsere gir selvlåsende knapper SB2, SB3. Logiske elementer OG sørger for samtidig aktivering av kun en av magnetstarterne.

Når transistoren VT1 åpner, flyter strømmen gjennom lysdiodene til den første gruppen av opto-simistor VS1-VS3, og sikrer dermed strømflyt gjennom motorviklingene. Åpningen av transistoren VT2 forsyner den andre gruppen av opto-simistor VS4 -VS6, som sikrer rotasjon av den elektriske motoren i den andre retningen.

Figur 9 — Kontaktløs motorkontrollkrets

Register - en elektronisk enhet designet for korttidslagring og konvertering av flersifrede binære tall. Registeret består av flip-flops, hvis antall bestemmer hvor mange biter av et binært tall registeret kan lagre — størrelsen på registeret (fig. 10, a). Logiske elementer kan brukes til å organisere driften av utløsere.

Figur 10 — Register: a) generell representasjon, b) konvensjonell grafisk notasjon

I henhold til metoden for input og output av informasjon, er registre delt inn i parallelle og serielle.

I et sekvensielt register er flip-floppene koblet i serie, det vil si at utgangene til den forrige flip-flop sender informasjon til inngangene til neste flip-flop. Flip-flop klokkeinnganger C er koblet parallelt. Et slikt register har én datainngang og en kontrollinngang – klokkeinngang C.

Et parallellregister skriver samtidig til flip-flops som det er fire datainnganger for.

Figur 10 viser UGO og pinnetildelingen til et fire-bits parallell-serieregister.