Jetoane logice. Partea 8. D - declanșator

Articolul descrie declanșatorul D, funcționarea sa în diverse moduri, o tehnică simplă și intuitivă pentru studierea principiului acțiunii.

În partea anterioară a articolului a fost început studiul declanșatorilor. Declanșatorul RS este considerat cel mai simplu din această familie, care a fost descris în a șaptea parte a articolului. Declanșatoarele D și JK sunt mai utilizate pe scară largă în dispozitivele electronice. În funcție de sensul acțiunii, ei le place Declanșator RS, sunt de asemenea dispozitive cu două stări stabile la ieșire, dar au o logică mai complexă a semnalelor de intrare.

Trebuie menționat că toate cele de mai sus vor fi adevărate nu numai pentru Jetoane din seria K155, și pentru alte serii de circuite logice, de exemplu, K561 și K176. Și nu numai în ceea ce privește declanșatoarele, toate microcircuitele logice funcționează exact, diferența este doar în parametrii electrici ai semnalelor - niveluri de tensiune și frecvențe de operare, consum de energie și capacitate de încărcare.

D declanșator

Există mai multe modificări ale D-flip-flops în seria de chipsuri K155, cu toate acestea, cipul K155TM2 este cel mai frecvent. Într-un pachet de 14 pini există două D-flip-flops independente. Singurul lucru care le unește este un circuit comun de alimentare. Fiecare declanșator are patru intrări la nivel logic și, în consecință, două ieșiri. Aceasta este o ieșire directă și inversă, cu care suntem deja familiarizați din povestea despre declanșatorul RS. Aici îndeplinesc aceeași funcție. Figura 1 prezintă un declanșator D.

Există, de asemenea, microcircuite care conțin patru D-flip-flops într-o singură carcasă: acestea sunt microcircuite precum K155TM5 și K155TM7. Uneori în literatura de specialitate se numesc registre cu patru cifre.

Figura 1. Chip K155TM2.

Figura 1a prezintă întregul microcircuit sub formă așa cum este de obicei arătat în cărțile de referință. De fapt, pe diagrame, fiecare declanșator situat în carcasă poate fi descris departe de „partenerul” său, în timp ce desenul poate să nu prezinte concluziile care pur și simplu nu sunt utilizate în acest circuit, deși acestea sunt de fapt. Un exemplu de astfel de contur al declanșatorului D este prezentat în figura 1b.

Luați în considerare mai detaliat semnalele de intrare. Acest lucru se va face folosind un exemplu de declanșare cu pinii 1 ... 6. În consecință, toate cele de mai sus vor fi adevărate în ceea ce privește un alt declanșator (cu numerele de pin 8 ... 13).

Semnalele R și S îndeplinesc aceeași funcție ca semnalele RS similare ale unui declanșator: când se aplică un nivel zero logic la intrarea S, declanșatorul este setat la o singură stare. Aceasta înseamnă că pe ieșirea directă va apărea o unitate logică (pin 5). Dacă acum aplicați un zero logic intrării R, declanșatorul este resetat. Aceasta înseamnă că la ieșirea directă (pin 5), va apărea un nivel de logică zero, iar la invers (pin 5) va fi prezentă o unitate logică.

În general, când se vorbește despre starea unui declanșator, se referă la starea de ieșire directă a acestuia: dacă este instalat declanșatorul, atunci ieșirea directă a acestuia este la un nivel înalt (unitate logică). În consecință, se înțelege că totul este exact opus la ieșirea inversă, deci ieșirea inversă nu este adesea menționată atunci când se ia în considerare funcționarea circuitului.

O unitate logică poate fi furnizată intrărilor R și S atât cât doriți: starea declanșatorului nu se schimbă. Acest lucru sugerează că intrările sunt R și S mici. De aceea, intrările RS încep cu un cerc mic, ceea ce indică faptul că nivelul semnalului de lucru este scăzut sau, care este același, invers. Un astfel de cerc mic în semnalele de intrare poate fi găsit nu numai în declanșatoare, ci și în imaginea altor microcircuite, de exemplu, decodificatoare sau multiplexoare, ceea ce indică, de asemenea, că nivelul de lucru al acestui semnal este un nivel scăzut. Aceasta este o regulă generală pentru toate simbolurile grafice ale microcircuitelor.

Pe lângă intrările RS, declanșatorul D are și o intrare de date D, din English Data (date) și o intrare de sincronizare C din ceasul englezesc (puls, stroboscop). Folosind aceste intrări, puteți face ca un declanșator să funcționeze fie ca element de memorie, fie ca declanșator de numărare. Pentru a înțelege funcționarea declanșatorului D, este mai bine să asamblați un mic circuit și să efectuați experimente simple.

Atenție la imaginea de intrare C: capătul din dreapta al acestei ieșiri din figură se termină cu o mică oblic în direcția de la stânga - sus - la dreapta. Această caracteristică indică faptul că trecerea de declanșare a intrării C are loc în momentul tranziției semnalului de intrare de la zero la unu. Figura 3 prezintă o posibilă formă de impuls la intrarea C.

Pentru a înțelege mai detaliat funcționarea declanșatorului D, este mai bine să asamblați circuitul, așa cum se arată în figura 2.

Figura 2. Schema de studiu a funcționării declanșatorului D.

Figura 3. Opțiuni de impuls la intrarea C.

Pentru claritate, declanșatorul este conectat la ieșirile sale (pinii 5 și 6) indicatoare LED. Conectăm același indicator la intrarea C. Intrarea D, printr-o rezistență de 1 kΩ, este conectată la magistrala de alimentare +5 V și, așa cum se arată în diagrama, butonul SB1. După asamblarea circuitului, vom verifica calitatea instalării, apoi puteți porni puterea.

Lucrul D declanșator la intrările RS

Când porniți, trebuie să se aprindă unul dintre ledurile HL2 sau HL3. Să presupunem că este HL3, prin urmare, atunci când este pornit, declanșatorul este setat la unul, deși poate fi de asemenea setat la zero. Semnalele de intrare la nivel scăzut la intrările RS vor fi furnizate folosind o bucată de conductor flexibil conectat la un fir comun.

În primul rând, să încercăm să aplicăm un nivel scăzut la intrarea S, doar închizând pinul 4 la cablul comun. Ce se va întâmpla? La ieșirile declanșatorului, semnalele vor rămâne în aceeași stare ca și când au fost pornite. De ce? Totul este foarte simplu: declanșatorul este deja într-o singură stare sau instalat, iar furnizarea unui semnal de control la intrarea S confirmă pur și simplu această stare de declanșare, starea nu se schimbă. Acest mod de funcționare pentru declanșator nu este deloc dăunător și se găsește adesea în funcționarea circuitelor reale.

Acum, folosind același fir, vom aplica un nivel scăzut la intrarea R. Rezultatul nu va dura mult timp: declanșatorul va trece la nivelul scăzut sau, cum se spune, va fi resetat. Furnizarea repetată și ulterioară a unui nivel scăzut la intrarea R va confirma pur și simplu starea, de data aceasta zero, în același mod descris mai sus pentru intrarea S. Din această stare, se poate deduce fie prin furnizarea unui nivel scăzut la intrarea S, fie combinație de semnale la intrările C și D.

Trebuie menționat că uneori un declanșator D poate fi folosit pur și simplu ca un declanșator RS, adică intrările C și D nu sunt utilizate. În acest caz, pentru a crește imunitatea la zgomot, acestea trebuie conectate la magistrala +5 V prin rezistențe cu o rezistență de 1 KOhm sau conectate la un fir comun.

Funcționare de declanșare la intrările C și D

Să presupunem că declanșatorul este instalat în prezent, deci LED-ul HL3 este aprins. Ce se întâmplă dacă apăsați butonul SB1? Absolut nimic, starea semnalelor de ieșire a declanșatorului nu se va schimba. Dacă acum pentru a reseta declanșatorul la intrarea R, LED-ul HL2 se va aprinde, iar HL3 se va stinge. Apăsarea butonului SB1 în acest caz nu va schimba starea declanșatorului. Acest lucru sugerează că la intrarea C. nu există impulsuri de ceas.

Acum să încercăm să aplicăm impulsuri de ceas la intrarea C. Cel mai simplu mod de a face acest lucru este prin asamblarea unui generator de impulsuri dreptunghiulare, care ne este deja familiar din părțile anterioare ale articolului. Circuitul său este prezentat în figura 4.

Figura 4. Generator de ceas.

Pentru a observa vizual funcționarea circuitului, frecvența generatorului trebuie să fie mică, cu detaliile indicate pe circuit este de aproximativ 1 Hz, adică 1 oscilație (puls) pe secundă. Frecvența generatorului poate fi modificată selectând condensatorul C1. Starea de intrare C este indicată de LED HL1: LED-ul este aprins - la intrarea C un nivel ridicat, dacă este stins, atunci nivelul este scăzut.În momentul aprinderii LED-ului HL1 la intrarea C, se formează o cădere de tensiune pozitivă (de la mic la mare). Această tranziție face ca declanșatorul D să se declanșeze la intrarea C și nu prezența unui nivel de tensiune înaltă sau joasă la această intrare. Acest lucru trebuie amintit și monitorizați comportamentul declanșatorului exact în momentul formării frontului pulsului.

Dacă generatorul de impulsuri este conectat la intrarea C și alimentarea este pornită, declanșatorul va fi setat la unul cu primul impuls, impulsurile ulterioare ale stării de declanșare nu se vor schimba. Toate cele de mai sus sunt valabile pentru cazul în care întrerupătorul SB1 este în poziția prezentată în figură.

Acum să trecem SB1 la poziția inferioară în funcție de circuit, aplicând astfel un nivel scăzut la intrarea D. Primul impuls care a venit de la generator va pune declanșatorul într-o stare de zero logică sau declanșatorul va fi resetat. LED-ul HL2 ne va povesti despre acest lucru. Impulsurile ulterioare la intrarea C nu modifică nici starea declanșatorului.

Figura 2b prezintă diagrama de sincronizare a operației de declanșare a intrărilor CD. Se presupune că starea de intrare D se schimbă așa cum se arată în figură, iar impulsurile periodice de ceas ajung la intrarea C.

Primul impuls de la intrarea C stabilește declanșatorul pe o singură stare (pinul 5), iar cel de-al doilea impuls din starea de declanșare nu se schimbă, deoarece la intrarea C nivelul rămâne ridicat până acum.

Starea de intrare D între impulsurile de ceas al doilea și al treilea se schimbă de la un nivel înalt la unul scăzut, așa cum se poate vedea în figura 2. Dar declanșatorul trece la starea zero doar la începutul celui de-al treilea impuls de ceas. Al patrulea și al cincilea impuls la intrarea C a stării de declanșare nu se schimbă.

Trebuie remarcat faptul că semnalul de la intrarea D și-a schimbat valoarea de la mic la mare în timpul unui impuls de ceas la intrare C. Cu toate acestea, declanșatorul nu a schimbat starea, deoarece marginea pozitivă a pulsului de ceas a fost anterioară decât modificarea nivelului cu intrare D.

Declanșatorul va fi comutat într-o singură stare doar prin al șaselea impuls, mai precis prin fața sa. Al șaptelea impuls va reseta declanșatorul, deoarece a fost deja stabilit un nivel ridicat la intrarea D în timpul marginii sale pozitive. Următoarele impulsuri funcționează exact în același mod, astfel încât cititorii să se poată descurca singuri.

O altă diagramă de sincronizare este prezentată în figura 5.

Figura 5. Schema de cronometrare completă a funcționării declanșatorului D.

Figura arată că declanșatorul poate funcționa în trei moduri, dintre care două au fost deja discutate mai sus. În figură, acestea sunt moduri asincrone și sincrone. Modul predominant este cel mai mare interes în diagrama de timp: este clar că în timpul nivelului scăzut la intrarea R, starea de declanșare nu se schimbă la intrările C și D, ceea ce indică faptul că intrările RS sunt prioritare. Figura 5 arată de asemenea tabelul de adevăr pentru declanșatorul D.

Din cele de mai sus, se pot trage următoarele concluzii: fiecare diferență de impuls pozitivă la intrarea C stabilește declanșatorul la starea că în acel moment se afla la intrarea D sau pur și simplu își transferă starea sa la ieșirea directă a declanșatorului Q. Diferența negativă asupra pulsului la intrarea C nu are efect asupra Starea de declanșare nu se redă.

Figura 3 prezintă formele de impulsuri posibile la intrarea C: este o undă pătrată (3a), impulsuri scurte de nivel înalt sau pozitive (3b), impulsuri scurte de nivel scăzut (negative) (3c). În orice caz, declanșatorul este declanșat de o diferență pozitivă.

În unele cazuri, va fi frontul impulsului, iar în altele declinul acestuia. Această circumstanță ar trebui să fie luată în considerare la dezvoltarea și analizarea circuitelor de declanșare D. Funcționarea declanșatorului D în modul numărare Unul dintre scopurile principale ale declanșatorului D este utilizarea acestuia în modul numărare. Pentru a-l face să funcționeze ca un contor de impulsuri, este suficient să aplicați un semnal de la propria ieșire inversă la intrarea D. O astfel de conexiune este prezentată în figura 6.

Figura 6. Funcționarea declanșatorului D în modul numărare.

În acest mod, la sosirea fiecărui impuls la intrarea C, declanșatorul își va schimba starea în sens opus, așa cum se arată în diagrama de timp. Iar explicația pentru aceasta este cea mai simplă și mai logică: starea la intrare D este întotdeauna opusă, inversă, în raport cu ieșirea directă. Prin urmare, având în vedere considerația anterioară a operației de declanșare, starea sa inversă este transferată la ieșirea directă. Un declanșator, deși în modul de numărare, nu contează mult, doar până la doi: 0..1 și din nou 0..1 și așa mai departe.

Pentru a obține un contor capabil să numere, trebuie să conectați mai multe declanșatoare în modul contor în serie. Acest lucru va fi discutat mai târziu într-un articol separat. În plus, trebuie să acordați atenție faptului că impulsurile de la ieșirea declanșatorului au o frecvență de două ori mai mică decât intrarea la intrare C. Această proprietate este utilizată în cazurile în care este necesară împărțirea frecvenței semnalului cu un factor de doi: 2, 4 , 8, 16, 32 și așa mai departe.

Forma impulsurilor după divizarea cu declanșatorul este întotdeauna un meandru, chiar și în cazul impulsurilor de intrare foarte scurte la intrarea C. Acesta este sfârșitul poveștii despre posibilitățile de utilizare a declanșatorului D. Următoarea parte a articolului va vorbi despre utilizarea declanșatoarelor de tip JK.

Continuarea articolului: Jetoane logice. Partea 9. Declanșatorul JK