Dispozitive digitale: flip-flops, comparatoare și registre

Dispozitivele digitale sunt construite pe elemente logice, prin urmare se supun legile algebrei logice. Dispozitivele de bază ale tehnologiei digitale, împreună cu dispozitivele logice, sunt flip-flops.

Trigger (în engleză trigger - trigger) - un dispozitiv electronic care are două stări stabile și poate sări de la o stare la alta sub influența unui impuls extern.

Declanșatoarele sau, mai precis, sistemele de declanșare sunt numite o clasă mare de dispozitive electronice care au capacitatea de a rămâne în una dintre cele două stări stabile pentru o perioadă lungă de timp și de a le alterna sub influența semnalelor externe. Fiecare condiție de declanșare este ușor de recunoscut după valoarea tensiunii de ieșire.

Fiecare stare de declanșare corespunde unui anumit nivel de tensiune de ieșire (înalt sau scăzut):

1) declanșatorul este setat la o singură stare - nivelul «1».

2) flip-flop-ul este resetat — nivelul «0» la ieșire.

Starea staționară rămâne atât timp cât se dorește și poate fi modificată printr-un impuls extern sau prin întreruperea tensiunii de alimentare. Che.un flip-flop este un element de memorie elementar capabil să stocheze cea mai mică unitate de informație (un bit) «0» sau «1».

Bistabilele pot fi construite pe elemente discrete, elemente logice, pe un circuit integrat sau fac parte dintr-un circuit integrat.

Principalele tipuri de flip-flop includ: RS-, D-, T-, și JK-flippers... În plus, flip-flops sunt împărțite în asincrone și sincrone. În acţionarea asincronă, trecerea de la o stare la alta se face direct cu sosirea unui semnal la intrarea informaţiei. Pe lângă intrările de date, bistabilele sincronizate au o intrare de ceas. Comutarea lor are loc numai în prezența unui impuls de ceas de activare.

Un declanșator RS are cel puțin două intrări: S (set — set) — declanșatorul este setat la starea de nivel «1» și R (resetare) — declanșatorul este resetat la starea de nivel «0». (Fig. 1).

În prezența intrării C, flip-flop-ul este sincron - comutarea flip-flop-ului (schimbarea stării ieșirii) poate avea loc numai în momentul sosirii impulsului de sincronizare (sincronizare) la intrarea C.

Figura 1 — Reprezentarea grafică convențională a flip-flop-ului RS și scopul concluziilor a) asincron, b) sincron

Pe lângă ieșirea directă, flip-flop-ul poate avea și o ieșire inversă, al cărei semnal va fi opus.

Tabelul 1 arată stările pe care le poate avea flip-flop în timpul funcționării. Tabelul arată valorile semnalelor de intrare S și R la un anumit moment de timp tn și starea flip-flop (a ieșirii directe) în următorul moment de timp tn + 1 după sosirea următorului impulsuri. Noua stare de declanșare este afectată și de starea anterioară a lui Q n.

Che.dacă este necesar să scriem la declanșatorul «1» — dăm un impuls la intrarea S, dacă «0» — trimitem un impuls la intrarea R.

Combinația S = 1, R = 1 este o combinație interzisă deoarece este imposibil de prezis ce stare va fi stabilită la ieșire.

Tabelul 1 - Tabelul stărilor flip-flop RS sincrone

Funcționarea flip-flop-ului poate fi văzută și folosind diagrame de timp (Fig. 2).

Figura 2 — Diagrame de timp ale unui flip-flop RS asincron

D-trigger (din engleză delay — delay) are o intrare de informații și o intrare de ceas (de sincronizare) (Fig. 3).

Flip-flop-ul D stochează și stochează la ieșirea Q semnalul care era la intrarea de date D la momentul sosirii impulsului de ceas C. bistabilul stochează informațiile scrise când C = 1.

Tabelul 2-Tabelul stărilor D-flip-flop-ului

Figura 3 — D -trigger: a) reprezentare grafică convențională, b) diagrame de timp ale funcționării

Declanșatoarele T (din limba engleză tumble — răsturnare, răsturnare), denumite și flip-flops de numărare, au o intrare de informație T. Fiecare impuls (decadere a pulsului) al intrării T (intrare de numărare) comută declanșatorul în starea opusă.

Figura 4 prezintă simbolul declanșatorului T (a) și diagramele de timp ale funcționării (b).

Figura 4-T-flip-flop a) notație grafică convențională, b) diagrame de timp ale funcționării c) tabel de stări

Un declanșator JK (din engleză jump — jump, keer — hold) are două intrări de date J și K și o intrare de ceas C. Alocarea pinilor J și K este similară cu alocarea pinilor R și S, dar declanșatorul are fara combinatii interzise. Dacă J = K = 1, acesta își schimbă starea în sens opus (Fig. 5).

Cu o conexiune adecvată a intrărilor, declanșatorul poate îndeplini funcțiile declanșatoarelor RS-, D-, T, de ex. este un declanșator universal.

Figura 5 -JK -flip-flop a) notație grafică convențională, b) tabel de stări prescurtat

Comparator (compara — compara) — un dispozitiv care compară două tensiuni — intrarea Uin cu un Uref de referință. Tensiunea de referință este o tensiune constantă cu polaritate pozitivă sau negativă, tensiunea de intrare se modifică în timp. Cel mai simplu circuit comparator bazat pe un amplificator operațional este prezentat în Figura 6, a. Dacă Uin Uop la ieșirea U — us (Fig. 6, b).

Figura 6 — Comparator op-amp: a) cea mai simplă schemă b) caracteristici de performanță

Un comparator de feedback pozitiv se numește declanșator Schmitt. Dacă comparatorul comută de la «1» la «0» și invers la aceeași tensiune, atunci declanșatorul Schmitt - la tensiuni diferite. Tensiunea de referință creează un circuit PIC R1R2, semnalul de intrare este alimentat la intrarea de inversare a amplificatorului operațional. Figura 7, b, prezintă caracteristica de transfer a declanșatorului Schmitt.

La o tensiune negativă la intrarea de inventar a OS Uout = U + sat. Aceasta înseamnă că o tensiune pozitivă acționează asupra intrării neinversoare. Pe măsură ce tensiunea de intrare crește, curentul Uin > Uneinv. (Uav — trigger) comparatorul trece la starea Uout = U -sat. O tensiune negativă este aplicată la intrarea neinversoare. În consecință, cu o scădere a tensiunii de intrare în momentul Uin <Uneinv. (Uav — trigger) comparatorul intră în starea Uout = U + sat.

Figura 7 — Funcționarea Schmitt a unui amplificator operațional: a) cea mai simplă schemă b) caracteristici de performanță

Un exemplu. Figura 8 prezintă o schemă a unui releu-contactor pentru controlul unui motor electric, permițându-i să pornească, să oprească și să inverseze.

Figura 8 — Schema de control al motorului releu-contactor

Comutația motorului electric se realizează prin demaroare magnetice KM1, KM2. Contactele liber închise KM1, KM2 împiedică funcționarea simultană a demaroarelor magnetice. Contactele deschise liber KM1, KM2 asigură autoblocarea butoanelor SB2 și SB3.

Pentru a îmbunătăți fiabilitatea funcționării, este necesar să înlocuiți circuitele de control releu-contactor și circuitele de putere cu un sistem fără contact care utilizează dispozitive și dispozitive semiconductoare.

Figura 9 prezintă un circuit de control al motorului fără contact.

Contactele de putere ale demaroarelor magnetice au fost înlocuite cu opto-simistori: KM1-VS1-VS3, KM2-VS4-VS6. Utilizarea optosimistorilor face posibilă izolarea unui circuit de control cu ​​curent scăzut de un circuit de alimentare puternic.

Declanșatoarele oferă butoane cu autoblocare SB2, SB3. Elementele logice ȘI asigură activarea simultană doar a unuia dintre demaroare magnetice.

Când tranzistorul VT1 se deschide, curentul trece prin LED-urile primului grup de opto-simistori VS1-VS3, asigurând astfel fluxul de curent prin înfășurările motorului.Deschiderea tranzistorului VT2 alimentează al doilea grup de opto-simistori VS4 -VS6, asigurand rotirea motorului electric in celalalt sens.

Figura 9 — Circuitul de control al motorului fără contact

Register - un dispozitiv electronic conceput pentru stocarea și conversia pe termen scurt a numerelor binare cu mai multe cifre. Registrul este format din flip-flops, al căror număr determină câți biți dintr-un număr binar poate stoca registrul - dimensiunea registrului (Fig. 10, a). Elementele logice pot fi folosite pentru a organiza funcționarea declanșatorilor.

Figura 10 — Registrul: a) reprezentare generală, b) notație grafică convențională

Conform metodei de intrare și ieșire a informațiilor, registrele sunt împărțite în paralel și în serie.

Într-un registru secvențial, bistabilele sunt conectate în serie, adică ieșirile flip-flop-ului precedent transmit informații la intrările următorului flip-flop. Intrările de ceas flip-flop C sunt conectate în paralel. Un astfel de registru are o intrare de date și o intrare de control - intrarea de ceas C.

Un registru paralel scrie simultan în flip-flop-uri pentru care există patru intrări de date.

Figura 10 prezintă UGO și alocarea pinului unui registru paralel-serial pe patru biți.