Logikchips. Teil 8. D - Auslöser

Der Artikel beschreibt den D-Trigger, seine Funktionsweise in verschiedenen Modi, eine einfache und intuitive Technik zur Untersuchung des Wirkprinzips.

Im vorherigen Teil des Artikels wurde mit der Untersuchung von Triggern begonnen. Der RS-Trigger gilt als der einfachste in dieser Familie, die im siebten Teil des Artikels beschrieben wurde. D- und JK-Trigger werden in elektronischen Geräten häufiger verwendet. Entsprechend der Bedeutung der Handlung mögen sie RS-Triggersind ebenfalls Geräte mit zwei stabilen Zuständen am Ausgang, haben aber eine komplexere Logik der Eingangssignale.

Es sollte beachtet werden, dass all das nicht nur für gilt Chips der Serie K155und für andere Reihen von Logikschaltungen, zum Beispiel K561 und K176. Und nicht nur in Bezug auf Trigger arbeiten alle logischen Mikroschaltungen genau, der Unterschied besteht nur in den elektrischen Parametern der Signale - Spannungspegel und Betriebsfrequenzen, Stromverbrauch und Lastkapazität.

D auslösen

Es gibt verschiedene Modifikationen von D-Flip-Flops in der K155-Chipserie, jedoch ist der K155TM2-Chip am gebräuchlichsten. In einem 14-poligen Gehäuse befinden sich zwei unabhängige D-Flip-Flops. Das einzige, was sie verbindet, ist ein gemeinsamer Stromkreis. Jeder Trigger hat vier Logikpegeleingänge und dementsprechend zwei Ausgänge. Dies ist eine direkte und inverse Ausgabe, mit der wir bereits aus der Geschichte über den RS-Trigger vertraut sind. Hier erfüllen sie die gleiche Funktion. Abbildung 1 zeigt einen D-Trigger.

Es gibt auch Mikroschaltungen mit vier D-Flip-Flops in einem Gehäuse: Dies sind Mikroschaltungen wie K155TM5 und K155TM7. In der Literatur werden sie manchmal als vierstellige Register bezeichnet.

Abbildung 1. Chip K155TM2.

Abbildung 1a zeigt die gesamte Mikroschaltung in der Form, wie sie normalerweise in Nachschlagewerken dargestellt ist. Tatsächlich kann in den Diagrammen jeder im Gehäuse befindliche Auslöser von seinem „Partner“ entfernt dargestellt werden, während die Zeichnung möglicherweise nicht die Schlussfolgerungen zeigt, die in dieser Schaltung einfach nicht verwendet werden, obwohl dies tatsächlich der Fall ist. Ein Beispiel für einen solchen Umriss eines D-Triggers ist in Abbildung 1b dargestellt.

Betrachten Sie die Eingangssignale genauer. Dies erfolgt am Beispiel eines Triggers mit den Pins 1 ... 6. Dementsprechend gilt alles oben Genannte in Bezug auf einen anderen Trigger (mit den Pin-Nummern 8 ... 13).

Die Signale R und S haben dieselbe Funktion wie ähnliche RS-Signale eines Triggers: Wenn ein logischer Nullpegel an den Eingang S angelegt wird, wird der Trigger auf einen einzelnen Zustand gesetzt. Dies bedeutet, dass am direkten Ausgang (Pin 5) eine logische Einheit erscheint. Wenn Sie jetzt eine logische Null an den R-Eingang anlegen, wird der Trigger zurückgesetzt. Dies bedeutet, dass am direkten Ausgang (Pin 5) ein logischer Nullpegel erscheint und am inversen (Pin 5) eine logische Einheit vorhanden ist.

Wenn man über den Zustand eines Triggers spricht, bezieht er sich im Allgemeinen auf den Zustand seiner direkten Ausgabe: Wenn der Trigger installiert ist, befindet sich seine direkte Ausgabe auf einem hohen Niveau (logische Einheit). Dementsprechend versteht es sich, dass am inversen Ausgang alles genau umgekehrt ist, so dass der inverse Ausgang oft nicht erwähnt wird, wenn man den Betrieb der Schaltung betrachtet.

Den Eingängen R und S kann beliebig eine logische Einheit zugeführt werden: Der Zustand des Triggers ändert sich nicht. Dies legt nahe, dass die Eingänge R und S niedrig sind. Aus diesem Grund beginnen die RS-Eingänge mit einem kleinen Kreis, der anzeigt, dass der Arbeitssignalpegel niedrig oder umgekehrt ist. Ein derart kleiner Kreis in den Eingangssignalen findet sich nicht nur in Triggern, sondern auch im Bild einiger anderer Mikroschaltungen, beispielsweise Decodierern oder Multiplexern, was ebenfalls anzeigt, dass der Arbeitspegel dieses Signals ein niedriger Pegel ist. Dies ist eine allgemeine Regel für alle grafischen Symbole von Mikroschaltungen.

Zusätzlich zu den RS-Eingängen verfügt der D-Trigger auch über einen D-Dateneingang von English Data (Daten) und einen Synchronisationseingang C von English Clock (Puls, Strobe). Mit diesen Eingängen können Sie einen Trigger entweder als Speicherelement oder als Zähltrigger verwenden. Um die Funktionsweise des D-Triggers zu verstehen, ist es besser, eine kleine Schaltung zusammenzubauen und einfache Experimente durchzuführen.

Achten Sie auf das Bild von Eingang C: Das rechte Ende dieses Ausgangs in der Abbildung endet mit einem kleinen Schrägstrich in Richtung von links nach oben nach rechts. Diese Funktion zeigt an, dass die Triggerumschaltung über den Eingang C zum Zeitpunkt des Übergangs des Eingangssignals von Null auf Eins erfolgt. Abbildung 3 zeigt eine mögliche Pulsform am Eingang C.

Um die Funktionsweise des D-Triggers besser zu verstehen, ist es am besten, die Schaltung wie in Abbildung 2 dargestellt zusammenzubauen.

Abbildung 2. Schema zur Untersuchung der Funktionsweise des D-Triggers.

Abbildung 3. Impulsoptionen am Eingang C.

Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist der Trigger mit den LED-Anzeigen der Ausgänge (Pins 5 und 6) verbunden. Wir verbinden den gleichen Indikator mit Eingang C. Eingang D ist über einen 1-kΩ-Widerstand mit dem +5 V-Stromversorgungsbus und, wie in der Abbildung gezeigt, mit der SB1-Taste verbunden. Nach dem Zusammenbau der Schaltung überprüfen wir die Installationsqualität, und dann können Sie die Stromversorgung einschalten.

Work D-Trigger an RS-Eingängen

Beim Einschalten muss eine der LEDs HL2 oder HL3 leuchten. Angenommen, es ist HL3, daher wird der Trigger beim Einschalten auf Eins gesetzt, obwohl er auch auf Null gesetzt werden kann. Die Eingangssignale mit niedrigem Pegel zu den RS-Eingängen werden unter Verwendung eines flexiblen Leiters geliefert, der mit einem gemeinsamen Draht verbunden ist.

Lassen Sie uns zunächst versuchen, einen niedrigen Pegel an den Eingang S anzulegen, indem Sie einfach Pin 4 an den gemeinsamen Draht anschließen. Was wird passieren? An den Ausgängen des Triggers bleiben die Signale im gleichen Zustand wie beim Einschalten. Warum? Alles ist sehr einfach: Der Trigger befindet sich bereits in einem einzigen Zustand oder ist installiert, und die Lieferung eines Steuersignals an den Eingang S bestätigt einfach diesen Triggerzustand, der Zustand ändert sich nicht. Diese Betriebsart für den Trigger ist überhaupt nicht schädlich und findet sich häufig im Betrieb von realen Schaltkreisen.

Jetzt werden wir mit demselben Draht einen niedrigen Pegel an Eingang R anlegen. Das Ergebnis wird nicht lange auf sich warten lassen: Der Trigger schaltet auf den niedrigen Pegel um oder wird, wie sie sagen, zurückgesetzt. Wiederholtes und anschließendes Zuführen eines niedrigen Pegels an Eingang R bestätigt auch einfach den Zustand, diesmal Null, auf die gleiche Weise wie oben für Eingang S beschrieben. Aus diesem Zustand kann entweder durch Zuführen eines niedrigen Pegels an Eingang S oder abgeleitet werden Kombination von Signalen an den Eingängen C und D.

Es ist zu beachten, dass manchmal ein D-Trigger einfach als RS-Trigger verwendet werden kann, dh die Eingänge C und D werden nicht verwendet. In diesem Fall sollten sie zur Erhöhung der Störfestigkeit über Widerstände mit einem Widerstand von 1 KOhm an den +5 V-Bus angeschlossen oder an einen gemeinsamen Draht angeschlossen werden.

Triggerbetrieb an den Eingängen C und D.

Angenommen, der Trigger ist derzeit installiert, sodass die HL3-LED leuchtet. Was passiert, wenn Sie die Taste SB1 drücken? Absolut nichts, der Zustand der Triggerausgangssignale ändert sich nicht. Wenn nun der Trigger am Eingang R zurückgesetzt werden soll, leuchtet die LED HL2 und HL3 erlischt. Durch Drücken der Taste SB1 wird in diesem Fall der Triggerstatus nicht geändert. Dies deutet darauf hin, dass am Eingang C keine Taktimpulse vorhanden sind.

Versuchen wir nun, Taktimpulse an Eingang C anzulegen. Der einfachste Weg, dies zu tun, besteht darin, einen Rechteckimpulsgenerator zusammenzubauen, der uns bereits aus den vorherigen Teilen des Artikels bekannt ist. Die Schaltung ist in Abbildung 4 dargestellt.

Abbildung 4. Taktgenerator.

Um den Betrieb der Schaltung visuell beobachten zu können, muss die Frequenz des Generators klein sein, wobei die auf der Schaltung angegebenen Details etwa 1 Hz betragen, dh 1 Schwingung (Impuls) pro Sekunde. Die Frequenz des Generators kann durch Auswahl des Kondensators C1 geändert werden. Der Status von Eingang C wird durch die LED HL1 angezeigt: Die LED leuchtet - am Eingang C ein hoher Pegel, wenn aus, dann ist der Pegel niedrig.Im Moment der Zündung der LED HL1 am Eingang C wird ein positiver Spannungsabfall gebildet (von niedrig nach hoch). Es ist dieser Übergang, der den D-Trigger am Eingang C auslöst und nicht das Vorhandensein eines Hoch- oder Niederspannungspegels an diesem Eingang. Dies sollte beachtet werden und das Verhalten des Triggers genau zum Zeitpunkt der Bildung der Impulsfront überwachen.

Wenn der Impulsgenerator an Eingang C angeschlossen ist und die Stromversorgung eingeschaltet ist, wird der Trigger mit dem ersten Impuls auf eins gesetzt, nachfolgende Impulse des Triggerzustands ändern sich nicht. All dies gilt für den Fall, dass sich der Schalter SB1 in der in der Abbildung gezeigten Position befindet.

Schalten wir nun SB1 entsprechend der Schaltung in die untere Position und legen dabei einen niedrigen Pegel an Eingang D an. Der allererste Impuls, der vom Generator kam, versetzt den Trigger in einen logischen Nullzustand oder der Trigger wird zurückgesetzt. Die HL2-LED informiert uns darüber. Nachfolgende Impulse am Eingang C ändern ebenfalls nicht den Zustand des Triggers.

Abbildung 2b zeigt das Zeitdiagramm der Triggeroperation für CD-Eingänge. Es wird angenommen, dass sich der Zustand des Eingangs D wie in der Figur gezeigt ändert und periodische Taktimpulse am Eingang C ankommen.

Der erste Impuls am Eingang C setzt den Trigger auf einen einzelnen Zustand (Pin 5), und der zweite Impuls des Triggerzustands ändert sich nicht, da am Eingang C der Pegel bisher hoch bleibt.

Der Eingangszustand D zwischen dem zweiten und dritten Taktimpuls ändert sich von einem hohen zu einem niedrigen Pegel, wie in Abbildung 2 zu sehen ist. Der Trigger wechselt jedoch erst zu Beginn des dritten Taktimpulses in den Nullzustand. Der vierte und fünfte Impuls am Eingang C des Triggerzustands ändern sich nicht.

Es ist zu beachten, dass das Signal am Eingang D seinen Wert während eines Taktimpulses am Eingang C von niedrig auf hoch änderte. Der Trigger änderte jedoch nicht den Zustand, da die positive Flanke des Taktimpulses früher war als die Pegeländerung um Einlass D.

Der Auslöser wird nur durch den sechsten Impuls, genauer gesagt durch seine Vorderseite, in einen einzigen Zustand geschaltet. Der siebte Impuls setzt den Trigger zurück, da am Eingang D während seiner positiven Flanke bereits ein hoher Pegel eingestellt wurde. Die folgenden Impulse funktionieren genauso, sodass die Leser selbst damit umgehen können.

Ein weiteres Zeitdiagramm ist in Abbildung 5 dargestellt.

Abbildung 5. Vollständiges Zeitdiagramm des D-Trigger-Betriebs.

Die Abbildung zeigt, dass der Trigger in drei Modi arbeiten kann, von denen zwei bereits oben erläutert wurden. In der Abbildung sind dies asynchrone und synchrone Modi. Der vorherrschende Modus ist im Zeitdiagramm von größtem Interesse: Es ist klar, dass sich während des niedrigen Pegels am Eingang R der Triggerzustand an den Eingängen C und D nicht ändert, was anzeigt, dass die RS-Eingänge Priorität haben. Abbildung 5 zeigt auch die Wahrheitstabelle für den D-Trigger.

Aus dem Vorstehenden können die folgenden Schlussfolgerungen gezogen werden: Jede positive Impulsdifferenz am Eingang C setzt den Trigger auf den Zustand, der zu diesem Zeitpunkt am Eingang D war, oder überträgt seinen Zustand einfach auf den direkten Ausgang des Triggers Q. Die negative Differenz am Impuls am Eingang C hat keinen Einfluss auf Der Triggerstatus wird nicht gerendert.

Abbildung 3 zeigt die möglichen Impulsformen am C-Eingang: Es handelt sich um einen Mäander (3a), kurze Impulse mit hohem Pegel oder positive (3b), kurze Impulse mit niedrigem Pegel (negativ) (3c). In jedem Fall wird der Trigger durch eine positive Differenz ausgelöst.

In einigen Fällen wird es die Front des Impulses sein, in anderen sein Niedergang. Dieser Umstand sollte bei der Entwicklung und Analyse von Schaltkreisen für D-Trigger berücksichtigt werden. Bedienung des D-Triggers im Zählmodus Einer der Hauptzwecke des D-Triggers ist seine Verwendung im Zählmodus. Damit es als Impulszähler funktioniert, reicht es aus, ein Signal von seinem eigenen inversen Ausgang an Eingang D anzulegen. Eine solche Verbindung ist in Abbildung 6 dargestellt.

Abbildung 6. Betrieb des D - Triggers im Zählmodus.

In diesem Modus ändert der Trigger beim Eintreffen jedes Impulses am Eingang C seinen Zustand in das Gegenteil, wie im Zeitdiagramm gezeigt. Und die Erklärung dafür ist die einfachste und logischste: Der Zustand am Eingang D ist in Bezug auf den direkten Ausgang immer entgegengesetzt, umgekehrt. In Anbetracht der vorherigen Betrachtung der Triggeroperation wird daher ihr inverser Zustand auf den direkten Ausgang übertragen. Ein Trigger zählt, wenn auch im Zählmodus, nicht viel, nur bis zu zwei: 0..1 und erneut 0..1 und so weiter.

Um einen zählbaren Zähler zu erhalten, müssen Sie wirklich mehrere Trigger im Zählermodus in Reihe schalten. Dies wird später in einem separaten Artikel erläutert. Beachten Sie außerdem, dass die Impulse am Ausgang des Triggers eine Frequenz haben, die genau zweimal niedriger ist als der Eingang am Eingang C. Diese Eigenschaft wird in Fällen verwendet, in denen die Signalfrequenz durch den Faktor zwei geteilt werden muss: 2, 4 , 8, 16, 32 und so weiter.

Die Form der Impulse nach der Division durch den Trigger ist auch bei sehr kurzen Eingangsimpulsen am Eingang C immer ein Mäander. Dies ist das Ende der Geschichte über die Möglichkeiten der Verwendung des D-Triggers. Der nächste Teil des Artikels befasst sich mit der Verwendung von Triggern vom Typ JK.

Fortsetzung des Artikels: Logikchips. Teil 9. JK-Trigger