Digitale enheder: flip-flops, komparatorer og registre

Digitale enheder er bygget på logiske elementer, derfor adlyder de lovene i logisk algebra. De grundlæggende enheder inden for digital teknologi, sammen med logiske enheder, er flip-flops.

Trigger (engelsk trigger - trigger) - en elektronisk enhed, der har to stabile tilstande og kan hoppe fra en tilstand til en anden under påvirkning af en ekstern impuls.

Triggere eller mere præcist triggersystemer kaldes en stor klasse af elektroniske enheder, der har evnen til at forblive i en af ​​to stabile tilstande i lang tid og veksle dem under påvirkning af eksterne signaler. Hver triggertilstand genkendes let af udgangsspændingsværdien.

Hver triggertilstand svarer til et bestemt (højt eller lavt) udgangsspændingsniveau:

1) udløseren er indstillet til én tilstand — niveau «1».

2) flip-floppen nulstilles — niveau «0» ved udgangen.

Den stabile tilstand forbliver så længe som ønsket og kan ændres med en ekstern impuls eller ved at slukke for forsyningsspændingen. Che.en flip-flop er et elementært hukommelseselement, der er i stand til at lagre den mindste informationsenhed (en bit) «0» eller «1».

Flip-flops kan bygges på diskrete elementer, logiske elementer, på et integreret kredsløb eller er en del af et integreret kredsløb.

Hovedtyperne af flip-flops omfatter: RS-, D-, T- og JK-flipper... Derudover er flip-flops opdelt i asynkrone og synkrone. Ved asynkron aktivering sker skift fra en tilstand til en anden direkte med ankomsten af ​​et signal til informationsinputtet. Ud over dataindgange har synkroniserede flip-flops en clock-indgang. Deres omskiftning finder kun sted i nærværelse af en aktiverende urimpuls.

En RS-trigger har mindst to indgange: S (set — sæt) — triggeren er indstillet til tilstanden på niveau «1» og R (reset) — udløseren er nulstillet til tilstanden på niveau «0». (Fig. 1).

Ved tilstedeværelse af input C er flip-flop'en synkron - omskiftning af flip-flop (ændring af udgangstilstand) kan kun ske ved ankomsten af ​​den synkroniserende (synkroniserende) puls til indgang C.

Figur 1 — Konventionel grafisk repræsentation af RS flip-flop og formålet med konklusionerne a) asynkron, b) synkron

Ud over den direkte udgang kan flip-floppen også have en omvendt udgang, hvis signal vil være modsat.

Tabel 1 viser de tilstande, som flip-flop'en kan antage under drift. Tabellen viser værdierne af indgangssignalerne S og R på et bestemt tidspunkt tn og tilstanden af ​​flip-flop (af den direkte udgang) på det næste tidspunkt tn + 1 efter ankomsten af ​​den næste pulser. Den nye triggertilstand påvirkes også af den tidligere tilstand af Qn.

Che.hvis det er nødvendigt at skrive til triggeren «1» — giver vi en puls til S-indgangen, hvis «0» — sender vi en puls til R-indgangen.

Kombinationen S = 1, R = 1 er en forbudt kombination, fordi det er umuligt at forudsige, hvilken tilstand der vil blive etableret ved udgangen.

Tabel 1 - Synkron RS flip-flop tilstandstabel

Funktionen af ​​flip-flop'en kan også ses ved hjælp af tidsdiagrammer (fig. 2).

Figur 2 — Tidsdiagrammer for en asynkron RS flip-flop

D-trigger (fra engelsk delay — delay) har én informationsindgang og en clock-indgang (synkronisering) (fig. 3).

D-flip-flop'en gemmer og gemmer ved udgangen Q det signal, der var ved dataindgangen D på tidspunktet for ankomsten af ​​clock-impulsen C. flip-flop'en gemmer information skrevet, når C = 1.

Tabel 2-Tabel over tilstande for D-flip-flop

Figur 3 — D-trigger: a) konventionel grafisk repræsentation, b) timingdiagrammer for drift

T-triggere (fra engelsk tumble — overturning, salto), også kaldet tælle-flip-flops, har én informationsindgang T. Hver puls (pulsforfald) på T-indgangen (tælleindgang) skifter triggeren til den modsatte tilstand.

Figur 4 viser T-trigger-symbologien (a) og tidsdiagrammer for operation (b).

Figur 4-T-flip-flop a) konventionel grafisk notation, b) timingdiagrammer for operation c) tilstandstabel

En JK-trigger (fra det engelske jump — jump, keer — hold) har to dataindgange J og K og en clock-indgang C. Tildelingen af ​​ben J og K svarer til tildelingen af ​​ben R og S, men udløseren har ingen forbudte kombinationer. Hvis J = K = 1, ændrer den sin tilstand til det modsatte (fig. 5).

Med passende tilslutning af indgangene kan triggeren udføre funktionerne som RS-, D-, T-triggere, dvs. er en universel udløser.

Figur 5 -JK -flip-flop a) konventionel -grafisk notation, b) forkortet tilstandstabel

Komparator (sammenlign — sammenlign) — en enhed, der sammenligner to spændinger — input Uin med en reference Uref. Referencespændingen er en konstant spænding med positiv eller negativ polaritet, indgangsspændingen ændres over tid. Det enkleste komparatorkredsløb baseret på en operationsforstærker er vist i figur 6, a. Hvis Uin Uop ved udgangen U — us (fig. 6, b).

Figur 6 — Op-amp komparator: a) det enkleste skema b) ydeevnekarakteristika

En positiv feedback-komparator kaldes en Schmitt-trigger. Hvis komparatoren skifter fra «1» til «0» og omvendt ved samme spænding, så udløser Schmitt - ved forskellige spændinger. Referencespændingen skaber et PIC-kredsløb R1R2, indgangssignalet føres til den inverterende indgang på op-ampen. Figur 7, b, viser overførselskarakteristikken for Schmitt-udløseren.

Ved en negativ spænding ved inventarindgangen til OS Uout = U + sat. Det betyder, at en positiv spænding virker på den ikke-inverterende indgang. Når indgangsspændingen stiger, vil den aktuelle Uin > Uneinv. (Uav — trigger) komparatoren går til tilstanden Uout = U -sat. En negativ spænding påføres den ikke-inverterende indgang. Følgelig med et fald i indgangsspændingen i øjeblikket Uin <Uneinv. (Uav — trigger) komparatoren går i tilstand Uout = U + sat.

Figur 7 — Schmitt-drift af en op-amp: a) det enkleste skema b) ydeevnekarakteristika

Et eksempel. Figur 8 viser et skematisk billede af en relæ-kontaktor til styring af en elektrisk motor, så den kan starte, stoppe og vende.

Figur 8 — Relæ-kontaktormotorstyringsskema

Kommuteringen af ​​den elektriske motor udføres af magnetiske startere KM1, KM2. Frit lukkede kontakter KM1, KM2 forhindrer samtidig drift af magnetiske startere. Frit åbne kontakter KM1, KM2 giver selvlåsning af knapperne SB2 og SB3.

For at forbedre driftsikkerheden er det nødvendigt at erstatte relæ-kontaktor-kontrolkredsløbene og strømkredsløbene med et berøringsfrit system ved hjælp af halvlederenheder og -enheder.

Figur 9 viser et kontaktløst motorstyrekredsløb.

Strømkontakterne til de magnetiske startere blev erstattet med opto-simistorer: KM1-VS1-VS3, KM2-VS4-VS6. Brugen af ​​optosimistorer gør det muligt at isolere et lavstrøms styrekredsløb fra et kraftigt forsyningskredsløb.

Udløsere giver selvlåsende knapper SB2, SB3. Logiske elementer OG sikrer samtidig aktivering af kun en af ​​magnetstarterne.

Når transistoren VT1 åbner, løber strømmen gennem lysdioderne i den første gruppe af opto-simistor VS1-VS3, hvorved strømmen sikres gennem motorviklingerne. Åbningen af ​​transistoren VT2 forsyner den anden gruppe af opto-simistor VS4 -VS6, der sikrer drejning af den elektriske motor i den anden retning.

Figur 9 — Kontaktløs motorkontrolkredsløb

Register - en elektronisk enhed designet til korttidslagring og konvertering af flercifrede binære tal. Registret består af flip-flops, hvis antal bestemmer, hvor mange bits af et binært tal registret kan lagre - størrelsen af ​​registret (fig. 10, a). Logiske elementer kan bruges til at organisere driften af ​​triggere.

Figur 10 — Register: a) generel repræsentation, b) konventionel grafisk notation

Ifølge metoden til input og output af information er registre opdelt i parallelle og serielle.

I et sekventielt register er flip-flopsene forbundet i serie, det vil sige, at udgangene fra den foregående flip-flop videregiver information til indgangene på den næste flip-flop. Flip-flop clock-indgange C er forbundet parallelt. Et sådant register har én dataindgang og en kontrolindgang - urindgang C.

Et parallelregister skriver samtidigt til flip-flops, for hvilke der er fire dataindgange.

Figur 10 viser UGO'en og pin-allokeringen af ​​et fire-bit parallel-serielt register.