Digitala enheter: flipflops, komparatorer och register

Digitala enheter är byggda på logiska element, därför lyder de logisk algebras lagar. Den digitala teknikens grundläggande enheter, tillsammans med logiska enheter, är flip-flops.

Trigger (engelsk trigger - trigger) - en elektronisk enhet som har två stabila tillstånd och kan hoppa från ett tillstånd till ett annat under påverkan av en extern impuls.

Triggers eller, mer exakt, triggersystem kallas en stor klass av elektroniska enheter som har förmågan att förbli i ett av två stabila tillstånd under lång tid och alternera dem under påverkan av externa signaler. Varje triggertillstånd känns lätt igen av utspänningsvärdet.

Varje triggertillstånd motsvarar en viss (hög eller låg) utspänningsnivå:

1) avtryckaren är inställd på ett tillstånd — nivå «1».

2) vippan återställs — nivå «0» vid utgången.

Det stationära tillståndet förblir så länge som önskas och kan ändras med en extern puls eller genom att stänga av matningsspänningen. Che.en flip-flop är ett elementärt minneselement som kan lagra den minsta informationsenheten (en bit) «0» eller «1».

Vippor kan byggas på diskreta element, logiska element, på en integrerad krets eller är en del av en integrerad krets.

Huvudtyperna av flip-flops inkluderar: RS-, D-, T- och JK-flippers... Dessutom är vipporna indelade i asynkrona och synkrona. Vid asynkron aktivering sker omkoppling från ett tillstånd till ett annat direkt med ankomsten av en signal till informationsingången. Förutom dataingångar har synkroniserade flipflops en klockingång. Deras omkoppling sker endast i närvaro av en aktiverande klockpuls.

En RS-trigger har minst två ingångar: S (set — set) — triggern är inställd på nivån «1» och R (reset) — triggern återställs till nivån «0». (Figur 1).

I närvaro av ingång C är vippan synkron - omkoppling av vippan (ändring av utgångens tillstånd) kan endast ske vid ankomsten av synkroniseringspulsen (synkroniseringspulsen) på ingång C.

Figur 1 — Konventionell grafisk representation av RS-vippan och syftet med slutsatserna a) asynkron, b) synkron

Förutom den direkta utgången kan vippan också ha en invers utgång, vars signal kommer att vara motsatt.

Tabell 1 visar de tillstånd som vippan kan anta under drift. Tabellen visar värdena för ingångssignalerna S och R vid en viss tidpunkt tn och tillståndet för vippan (för direktutgången) vid nästa tidpunkt tn + 1 efter ankomsten av nästa pulser. Det nya triggertillståndet påverkas också av det tidigare tillståndet Qn.

Che.om det är nödvändigt att skriva till triggern «1» — ger vi en puls till S-ingången, om «0» — skickar vi en puls till R-ingången.

Kombinationen S = 1, R = 1 är en förbjuden kombination eftersom det är omöjligt att förutsäga vilket tillstånd som kommer att etableras vid utgången.

Tabell 1 - Synkron RS flip-flop-tillståndstabell

Funktionen av vippan kan också ses med hjälp av tidsdiagram (fig. 2).

Figur 2 — Tidsdiagram för en asynkron RS-vippa

D-trigger (från engelska delay — delay) har en informationsingång och en klocka (synkronisering) ingång (Fig. 3).

D-vippan lagrar och lagrar vid utgången Q signalen som fanns vid dataingången D vid tiden för ankomsten av klockpulsen C. vippan lagrar information skriven när C = 1.

Tabell 2-Tabell över tillstånden för D-vippan

Figur 3 — D-trigger: a) konventionell grafisk representation, b) tidsdiagram för driften

T-triggers (från engelska tumble — overturning, salto), även kallade counting flip-flops, har en informationsingång T. Varje puls (pulsavklingning) på T-ingången (räkneingång) kopplar avtryckaren till motsatt tillstånd.

Figur 4 visar T-triggersymboliken (a) och tidsdiagram för operationen (b).

Figur 4-T-vippa a) konventionell grafisk notation, b) tidsdiagram för operation c) tillståndstabell

En JK-trigger (från engelskan jump — jump, keer — hold) har två dataingångar J och K och en klockingång C. Tilldelningen av stift J och K liknar tilldelningen av stift R och S, men triggern har inga förbjudna kombinationer. Om J = K = 1 ändrar den sitt tillstånd till det motsatta (fig. 5).

Med lämplig anslutning av ingångarna kan triggern utföra funktionerna för RS-, D-, T-triggers, d.v.s. är en universell utlösare.

Figur 5 -JK -flip-flop a) konventionell -grafisk notation, b) förkortad tillståndstabell

Komparator (jämför — jämför) — en enhet som jämför två spänningar — ingång Uin med en referens Uref. Referensspänningen är en konstant spänning med positiv eller negativ polaritet, ingångsspänningen ändras över tiden. Den enklaste komparatorkretsen baserad på en operationsförstärkare visas i figur 6, a. Om Uin Uop vid utgången U — us (Fig. 6, b).

Figur 6 — Op-amp komparator: a) det enklaste schemat b) prestandaegenskaper

En positiv feedback-komparator kallas en Schmitt-trigger. Om komparatorn växlar från «1» till «0» och vice versa vid samma spänning, utlöser Schmitt - vid olika spänningar. Referensspänningen skapar en PIC-krets R1R2, insignalen matas till op-förstärkarens inverterande ingång. Figur 7, b, visar överföringskarakteristiken för Schmitt-utlösaren.

Vid negativ spänning vid inventeringen av OS Uout = U + sat. Detta innebär att en positiv spänning verkar på den icke-inverterande ingången. När inspänningen ökar kommer strömmen Uin > Uneinv. (Uav — trigger) komparatorn går till tillståndet Uout = U -sat. En negativ spänning appliceras på den icke-inverterande ingången. Följaktligen, med en minskning av inspänningen för tillfället Uin <Uneinv. (Uav — trigger) komparatorn går in i tillstånd Uout = U + sat.

Figur 7 — Schmitt-drift av en op-förstärkare: a) det enklaste schemat b) prestandaegenskaper

Ett exempel. Figur 8 visar en schematisk bild av en reläkontaktor för att styra en elmotor, så att den kan starta, stanna och backa.

Figur 8 — Relä-kontaktormotorstyrschema

Kommuteringen av elmotorn utförs av magnetstartare KM1, KM2. Fritt slutna kontakter KM1, KM2 förhindrar samtidig drift av magnetstartare. Fritt öppna kontakter KM1, KM2 ger självlåsning av knapparna SB2 och SB3.

För att förbättra driftsäkerheten är det nödvändigt att byta ut reläkontaktorns styrkretsar och kraftkretsar med ett beröringsfritt system som använder halvledarenheter och enheter.

Figur 9 visar en kontaktlös motorstyrkrets.

Magnetstarternas kraftkontakter ersattes med optosimistorer: KM1-VS1-VS3, KM2-VS4-VS6. Användningen av optosimistorer gör det möjligt att isolera en lågströmstyrkrets från en kraftfull matningskrets.

Utlösare ger självlåsande knappar SB2, SB3. Logiska element OCH säkerställer samtidig aktivering av endast en av magnetstarterna.

När transistorn VT1 öppnar flyter strömmen genom lysdioderna i den första gruppen optosimistor VS1-VS3, vilket säkerställer strömflödet genom motorlindningarna. Öppningen av transistorn VT2 försörjer den andra gruppen optosimistor VS4 -VS6, säkerställer att elmotorn roterar åt andra hållet.

Figur 9 — Kontaktlös motorstyrkrets

Register - en elektronisk enhet utformad för korttidslagring och konvertering av flersiffriga binära tal. Registret består av vippor, vars antal bestämmer hur många bitar av ett binärt tal registret kan lagra — storleken på registret (fig. 10, a). Logiska element kan användas för att organisera driften av triggers.

Figur 10 — Register: a) allmän representation, b) konventionell grafisk notation

Enligt metoden för inmatning och utmatning av information delas register in i parallella och seriella.

I ett sekventiellt register är vipporna kopplade i serie, det vill säga utgångarna från den föregående vippan skickar information till ingångarna på nästa vippa. Flip-flop klockingångar C är parallellkopplade. Ett sådant register har en dataingång och en kontrollingång - klockingång C.

Ett parallellregister skriver samtidigt till vippor för vilka det finns fyra dataingångar.

Figur 10 visar UGO:n och stifttilldelningen för ett fyrabitars parallell-serieregister.