Mga digital na device: flip-flops, comparators at registers

Ang mga digital na aparato ay binuo sa mga lohikal na elemento, samakatuwid sila ay sumusunod sa mga batas ng lohikal na algebra. Ang mga pangunahing aparato ng digital na teknolohiya, kasama ang mga logic device, ay mga flip-flop.

Trigger (English trigger - trigger) - isang elektronikong aparato na may dalawang matatag na estado at maaaring tumalon mula sa isang estado patungo sa isa pa sa ilalim ng impluwensya ng isang panlabas na salpok.

Ang mga trigger o, mas tiyak, ang mga trigger system ay tinatawag na isang malaking klase ng mga elektronikong device na may kakayahang manatili sa isa sa dalawang matatag na estado sa loob ng mahabang panahon at kahalili ang mga ito sa ilalim ng impluwensya ng mga panlabas na signal. Ang bawat kondisyon ng pag-trigger ay madaling makilala ng halaga ng boltahe ng output.

Ang bawat trigger state ay tumutugma sa isang tiyak (mataas o mababa) na antas ng boltahe ng output:

1) ang trigger ay nakatakda sa isang estado — antas «1».

2) ang flip-flop ay na-reset — antas «0» sa output.

Ang steady state ay nananatili hangga't ninanais at maaaring baguhin sa pamamagitan ng isang panlabas na pulso o sa pamamagitan ng pag-off ng supply boltahe. Si Che.ang flip-flop ay isang elemento ng elementarya ng memorya na may kakayahang mag-imbak ng pinakamaliit na yunit ng impormasyon (isang bit) «0» o «1».

Ang mga flip-flop ay maaaring itayo sa mga discrete elements, logic elements, sa isang integrated circuit o bahagi ng isang integrated circuit.

Ang mga pangunahing uri ng flip-flops ay kinabibilangan ng: RS-, D-, T-, at JK-flippers... Bilang karagdagan, ang mga flip-flop ay nahahati sa asynchronous at synchronous. Sa asynchronous actuation, ang paglipat mula sa isang estado patungo sa isa pa ay direktang ginagawa sa pagdating ng isang signal sa input ng impormasyon. Bilang karagdagan sa mga input ng data, ang mga naka-synchronize na flip-flop ay may input ng orasan. Ang kanilang paglipat ay nagaganap lamang sa pagkakaroon ng isang nagpapagana na pulso ng orasan.

Ang RS trigger ay may hindi bababa sa dalawang input: S (set — set) — ang trigger ay nakatakda sa estado ng level «1» at R (reset) — ang trigger ay ni-reset sa estado ng level «0». (Larawan 1).

Sa pagkakaroon ng input C, ang flip-flop ay kasabay — ang paglipat ng flip-flop (pagbabago ng estado ng output) ay maaaring mangyari lamang sa sandali ng pagdating ng synchronizing (pag-synchronize) na pulso sa input C.

Figure 1 — Maginoo graphical na representasyon ng RS flip-flop at ang layunin ng mga konklusyon a) asynchronous, b) synchronous

Bilang karagdagan sa direktang output, ang flip-flop ay maaari ding magkaroon ng kabaligtaran na output, na ang signal ay magiging kabaligtaran.

Ipinapakita sa talahanayan 1 ang mga estado na maaaring ipalagay ng flip-flop sa panahon ng operasyon. Ipinapakita ng talahanayan ang mga halaga ng input signal S at R sa isang tiyak na sandali ng oras tn at ang estado ng flip-flop (ng direktang output) sa susunod na sandali ng oras tn + 1 pagkatapos ng pagdating ng susunod mga pulso. Ang bagong estado ng pag-trigger ay apektado din ng nakaraang estado ng Q n.

Si Che.kung kinakailangan na sumulat sa trigger «1» - nagbibigay kami ng pulso sa S input, kung «0» - nagpapadala kami ng pulso sa R ​​input.

Ang kumbinasyong S = 1, R = 1 ay isang ipinagbabawal na kumbinasyon dahil imposibleng mahulaan kung anong estado ang itatatag sa output.

Talahanayan 1 - Naka-synchronous na RS flip-flop state table

Ang operasyon ng flip-flop ay makikita rin gamit ang mga timing diagram (Larawan 2).

Figure 2 — Timing diagram ng isang asynchronous na RS flip-flop

Ang D-trigger (mula sa English delay — delay) ay may isang input ng impormasyon at isang input ng orasan (nagsi-synchronize) (Fig. 3).

Iniimbak at iniimbak ng D-flip-flop sa output Q ang signal na nasa input ng data D sa oras ng pagdating ng pulso ng orasan C. Ang flip-flop ay nag-iimbak ng impormasyong nakasulat kapag C = 1.

Talahanayan 2-Talahanayan ng mga estado ng D-flip-flop

Figure 3 — D -trigger: a) conventional graphical na representasyon, b) timing diagram ng operasyon

Ang mga T-trigger (mula sa English tumble — overturning, somersault), na tinatawag ding counting flip-flops, ay may isang input na impormasyon T. Ang bawat pulso (pulse decay) ng T-input (counting input) ay inililipat ang trigger sa kabaligtaran na estado.

Ipinapakita ng Figure 4 ang T-trigger symbology (a) at mga timing diagram ng operasyon (b).

Figure 4-T-flip-flop a) conventional-graphic notation, b) timing diagram ng operasyon c) state table

Ang JK trigger (mula sa English jump — jump, keer — hold) ay may dalawang data input na J at K at isang clock input C. Ang pagtatalaga ng mga pin J at K ay katulad ng pagtatalaga ng mga pin R at S, ngunit ang trigger ay may walang ipinagbabawal na kumbinasyon. Kung J = K = 1, binabago nito ang estado nito sa kabaligtaran (Larawan 5).

Sa naaangkop na koneksyon ng mga input, ang trigger ay maaaring magsagawa ng mga function ng RS-, D-, T-trigger, i.e. ay isang unibersal na trigger.

Figure 5 -JK -flip-flop a) conventional -graphic notation, b) abbreviated state table

Comparator (compare — compare) — isang device na naghahambing ng dalawang boltahe — input Uin na may reference na Uref. Ang reference na boltahe ay isang pare-parehong boltahe na may positibo o negatibong polarity, nagbabago ang input boltahe sa paglipas ng panahon. Ang pinakasimpleng comparator circuit batay sa isang operational amplifier ay ipinapakita sa Figure 6, a. Kung Uin Uop sa output U — us (Fig. 6, b).

Figure 6 — Op-amp comparator: a) ang pinakasimpleng scheme b) mga katangian ng pagganap

Ang isang positibong feedback comparator ay tinatawag na Schmitt trigger. Kung ang comparator ay lumipat mula sa «1» hanggang «0» at vice versa sa parehong boltahe, pagkatapos ay ang Schmitt trigger - sa iba't ibang mga boltahe. Ang reference na boltahe ay lumilikha ng isang PIC circuit R1R2, ang input signal ay pinapakain sa inverting input ng op-amp. Ipinapakita ng Figure 7, b, ang katangian ng paglilipat ng Schmitt trigger.

Sa negatibong boltahe sa input ng imbentaryo ng OS Uout = U + sat. Nangangahulugan ito na ang isang positibong boltahe ay kumikilos sa non-inverting input. Habang tumataas ang input boltahe, ang kasalukuyang Uin > Uneinv. (Uav — trigger) napupunta ang comparator sa state Uout = U -sat. Ang isang negatibong boltahe ay inilapat sa non-inverting input. Alinsunod dito, na may pagbaba sa input boltahe sa sandaling ito Uin <Uneinv. (Uav — trigger) ang comparator ay napupunta sa state Uout = U + sat.

Figure 7 — Schmitt na operasyon ng isang op-amp: a) ang pinakasimpleng scheme b) mga katangian ng pagganap

Isang halimbawa. Ang Figure 8 ay nagpapakita ng isang eskematiko ng isang relay-contactor para sa pagkontrol ng isang de-koryenteng motor, na nagpapahintulot na ito ay magsimula, huminto at mag-reverse.

Figure 8 — Relay-contactor motor control scheme

Ang commutation ng electric motor ay isinasagawa ng mga magnetic starter na KM1, KM2. Ang mga malayang saradong contact na KM1, KM2 ay pumipigil sa sabay-sabay na operasyon ng mga magnetic starter. Ang mga malayang bukas na contact na KM1, KM2 ay nagbibigay ng self-locking ng mga button na SB2 at SB3.

Upang mapabuti ang pagiging maaasahan ng operasyon, kinakailangan upang palitan ang mga relay-contactor control circuit at power circuit na may non-contact system gamit ang mga semiconductor device at device.

Ang Figure 9 ay nagpapakita ng isang contactless motor control circuit.

Ang mga power contact ng mga magnetic starter ay pinalitan ng opto-simistors: KM1-VS1-VS3, KM2-VS4-VS6. Ang paggamit ng mga optosimistors ay ginagawang posible na ihiwalay ang isang low-current control circuit mula sa isang malakas na supply circuit.

Nagbibigay ang mga trigger ng mga self-locking button na SB2, SB3. Mga elemento ng lohika AT tiyakin ang sabay-sabay na pag-activate ng isa lamang sa mga magnetic starter.

Kapag bumukas ang transistor VT1, dumadaloy ang kasalukuyang sa pamamagitan ng mga LED ng unang grupo ng mga opto-simistors VS1-VS3, sa gayon tinitiyak ang daloy ng kasalukuyang sa pamamagitan ng mga windings ng motor. Ang pagbubukas ng transistor VT2 ay nagbibigay ng pangalawang grupo ng mga opto-simistors VS4 -VS6, tinitiyak ang pag-ikot ng de-koryenteng motor sa kabilang direksyon.

Figure 9 — Contactless motor control circuit

Register - isang elektronikong aparato na idinisenyo para sa panandaliang pag-iimbak at pag-convert ng mga multi-digit na binary na numero. Ang rehistro ay binubuo ng mga flip-flop, ang bilang nito ay tumutukoy kung gaano karaming mga bit ng isang binary number ang maiimbak ng rehistro - ang laki ng rehistro (Larawan 10, a). Maaaring gamitin ang mga elemento ng lohika upang ayusin ang pagpapatakbo ng mga trigger.

Figure 10 — Register: a) pangkalahatang representasyon, b) conventional graphical notation

Ayon sa paraan ng input at output ng impormasyon, ang mga rehistro ay nahahati sa parallel at serial.

Sa isang sequential register, ang mga flip-flop ay konektado sa serye, iyon ay, ang mga output ng nakaraang flip-flop ay nagpapasa ng impormasyon sa mga input ng susunod na flip-flop. Ang mga input ng flip-flop na orasan C ay konektado nang magkatulad. Ang nasabing rehistro ay may isang input ng data at isang input ng kontrol—input ng orasan C.

Ang isang parallel na rehistro ay sabay-sabay na nagsusulat sa mga flip-flop kung saan mayroong apat na input ng data.

Ipinapakita ng Figure 10 ang UGO at ang pin allocation ng isang four-bit parallel-serial register.