Λογικές μάρκες. Μέρος 8. Δ - ενεργοποίηση

Το άρθρο περιγράφει τη σκανδάλη D, τη λειτουργία της σε διάφορους τρόπους λειτουργίας, μια απλή και διαισθητική τεχνική για τη μελέτη της αρχής της δράσης.

Στο προηγούμενο μέρος του άρθρου ξεκίνησε η μελέτη των ενεργοποιητών. Η σκανδάλη RS θεωρείται η απλούστερη στην οικογένεια αυτή, η οποία περιγράφηκε στο έβδομο μέρος του άρθρου. Οι ενεργοποιητές D και JK χρησιμοποιούνται ευρύτερα στις ηλεκτρονικές συσκευές. Από την άποψη της δράσης, όπως, RS σκανδάλη, είναι επίσης συσκευές με δύο σταθερές καταστάσεις στην έξοδο, αλλά έχουν μια πιο πολύπλοκη λογική των σημάτων εισόδου.

Θα πρέπει να σημειωθεί ότι όλα τα παραπάνω θα είναι αληθινά όχι μόνο για Σειρές σειρών K155, και για άλλες σειρές λογικών κυκλωμάτων, για παράδειγμα K561 και K176. Και όχι μόνο σε σχέση με τους ενεργοποιητές, όλα τα λογικά τσιπ λειτουργούν επίσης ακριβώς, η διαφορά είναι μόνο στις ηλεκτρικές παραμέτρους των σημάτων - επίπεδα τάσης και συχνότητες λειτουργίας, κατανάλωση ισχύος και χωρητικότητα φορτίου.

D σκανδάλη

Υπάρχουν αρκετές τροποποιήσεις των D-flip-flops στη σειρά K155 των τσιπ, ωστόσο το τσιπ K155TM2 είναι το πιο κοινό. Σε μία συσκευασία 14 ακίδων υπάρχουν δύο ανεξάρτητα D-flip-flops. Το μόνο που τους ενώνει είναι ένα κοινό κύκλωμα ισχύος. Κάθε σκανδάλη έχει τέσσερις εισόδους λογικού επιπέδου και, κατά συνέπεια, δύο έξοδοι. Αυτή είναι μια άμεση και ανάστροφη έξοδος, με την οποία είμαστε ήδη εξοικειωμένοι με την ιστορία της σκανδάλου RS. Εδώ εκτελούν την ίδια λειτουργία. Το σχήμα 1 δείχνει μια σκανδάλη D.

Υπάρχουν επίσης μικροκυκλώματα που περιέχουν τέσσερα D-flip-flops σε ένα περίβλημα: αυτά είναι μικροκυκλώματα όπως K155TM5 και K155TM7. Μερικές φορές στη βιβλιογραφία ονομάζονται τετραψήφια μητρώα.

Σχήμα 1. Chip K155TM2.

Το σχήμα 1α δείχνει ολόκληρη τη μικροκυκλοφορία στη μορφή όπως συνήθως φαίνεται στα βιβλία αναφοράς. Στην πραγματικότητα, στα διαγράμματα κάθε σκανδάλη που βρίσκεται στο περίβλημα μπορεί να απεικονιστεί μακριά από τον "σύντροφο", ενώ το σχέδιο μπορεί να μην παρουσιάζει τα συμπεράσματα που απλά δεν χρησιμοποιούνται σε αυτό το κύκλωμα, αν και στην πραγματικότητα είναι. Ένα παράδειγμα τέτοιας διάταξης ενός σκανδάλου D φαίνεται στο σχήμα 1b.

Εξετάστε λεπτομερέστερα τα σήματα εισόδου. Αυτό θα γίνει χρησιμοποιώντας μια σκανδάλη με ακίδες 1 ... 6 ως παράδειγμα. Κατά συνέπεια, όλα τα παραπάνω θα είναι αληθινά σε σχέση με μια άλλη σκανδάλη (με αριθμούς καρφίτσας 8 ... 13).

Τα σήματα R και S εκτελούν την ίδια λειτουργία με τα παρόμοια σήματα RS ενός σκανδάλου: όταν εφαρμόζεται μια λογική μηδενική στάθμη στην είσοδο S, η σκανδάλη τίθεται σε μία μόνο κατάσταση. Αυτό σημαίνει ότι μια λογική μονάδα θα εμφανιστεί στην άμεση έξοδο (ακίδα 5). Αν τώρα εφαρμοστεί ένα λογικό μηδέν στην είσοδο R, η σκανδάλη επαναφέρεται. Αυτό σημαίνει ότι στην άμεση έξοδο (ακίδα 5), θα εμφανιστεί το μηδενικό επίπεδο λογικής και στο αντίστροφο (pin 6) θα υπάρχει μια λογική μονάδα.

Σε γενικές γραμμές, όταν κάποιος μιλάει για την κατάσταση μιας σκανδάλης, σημαίνει την κατάσταση της άμεσης εξόδου: αν είναι εγκατεστημένη η σκανδάλη, τότε η άμεση έξοδος της είναι σε υψηλό επίπεδο (λογική μονάδα). Συνεπώς, είναι κατανοητό ότι στην αντίστροφη έξοδο όλα είναι ακριβώς το αντίθετο, επομένως, η αντίστροφη έξοδος συχνά δεν αναφέρεται όταν εξετάζεται η λειτουργία του κυκλώματος.

Μια λογική μονάδα μπορεί να τροφοδοτηθεί στις εισόδους R και S όσο χρειάζεται: η κατάσταση της σκανδάλης δεν αλλάζει. Αυτό υποδηλώνει ότι οι εισροές είναι χαμηλές σε R και S. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι είσοδοι RS αρχίζουν με ένα μικρό κύκλο, πράγμα που δείχνει ότι το επίπεδο σήματος εργασίας είναι χαμηλό ή, το ίδιο, αντίστροφο. Ένας τέτοιος μικρός κύκλος στα σήματα εισόδου μπορεί να βρεθεί όχι μόνο σε ενεργοποιητές, αλλά και στην εικόνα κάποιων άλλων μικροκυκλωμάτων, για παράδειγμα, αποκωδικοποιητών ή πολυπλεκτών, πράγμα που δείχνει επίσης ότι το επίπεδο εργασίας αυτού του σήματος είναι χαμηλό επίπεδο. Αυτός είναι ένας γενικός κανόνας για όλα τα γραφικά σύμβολα των μικροκυκλωμάτων.

Εκτός από τις εισόδους RS, η σκανδάλη D έχει επίσης μια είσοδο δεδομένων D, από τα Αγγλικά δεδομένα (data) και μια είσοδο συγχρονισμού C από το Αγγλικό ρολόι (παλμός, στροβοσκόπιο). Χρησιμοποιώντας αυτές τις εισόδους, μπορείτε να κάνετε μια εργασία σκανδαλισμού είτε ως στοιχείο μνήμης είτε ως ενεργοποίηση μέτρησης. Προκειμένου να κατανοήσετε τη λειτουργία της σκανδάλης D, είναι καλύτερο να συναρμολογήσετε ένα μικρό κύκλωμα και να εκτελέσετε απλά πειράματα.

Δώστε προσοχή στην εικόνα της εισόδου C: το δεξιό άκρο αυτής της εξόδου στο σχήμα τελειώνει με μια μικρή κάθετο προς την κατεύθυνση από αριστερά προς τα δεξιά. Αυτό το χαρακτηριστικό δείχνει ότι η σκανδάλη που μεταβαίνει στην είσοδο C εμφανίζεται τη στιγμή της μετάβασης του σήματος εισόδου από μηδέν σε ένα. Το σχήμα 3 δείχνει ένα πιθανό σχήμα παλμού στην είσοδο C.

Για να κατανοήσετε καλύτερα τη λειτουργία της σκανδάλης D, είναι καλύτερο να συναρμολογήσετε το κύκλωμα, όπως φαίνεται στο σχήμα 2.

Σχήμα 2. Σχήμα για τη μελέτη της λειτουργίας της σκανδάλης D.

Σχήμα 3. Επιλογές παλμού στην είσοδο C.

Για λόγους σαφήνειας, η σκανδάλη είναι συνδεδεμένη με τις έξοδοι (ακίδες 5 και 6) LED. Συνδέουμε τον ίδιο δείκτη στην είσοδο C. Η είσοδος D, μέσω μιας αντίστασης 1 kΩ, συνδέεται στο δίαυλο τροφοδοσίας +5 V και, όπως φαίνεται στο διάγραμμα, το κουμπί SB1. Μετά τη συναρμολόγηση του κυκλώματος, θα ελέγξουμε την ποιότητα εγκατάστασης και στη συνέχεια μπορείτε να ενεργοποιήσετε την τροφοδοσία.

Έργο D ενεργοποιεί τις εισόδους RS

Κατά την ενεργοποίηση, μία από τις λυχνίες LED HL2 ή HL3 πρέπει να είναι αναμμένη. Ας υποθέσουμε ότι είναι HL3, επομένως, όταν είναι ενεργοποιημένη, η σκανδάλη είναι ρυθμισμένη σε μία, αν και μπορεί επίσης να ρυθμιστεί στο μηδέν. Τα σήματα εισόδου χαμηλής στάθμης στις είσοδοι RS θα παρέχονται χρησιμοποιώντας ένα κομμάτι εύκαμπτου αγωγού συνδεδεμένο σε ένα κοινό καλώδιο.

Πρώτον, ας προσπαθήσουμε να εφαρμόσουμε ένα χαμηλό επίπεδο στην είσοδο S, απλά κλείνοντας τον πείρο 4 στο κοινό καλώδιο. Τι θα συμβεί; Στις εξόδους της σκανδάλης, τα σήματα θα παραμείνουν στην ίδια κατάσταση που ήταν όταν ενεργοποιούνταν. Γιατί; Όλα είναι πολύ απλά: η σκανδάλη είναι ήδη σε ενιαία κατάσταση ή έχει εγκατασταθεί και η τροφοδοσία ενός σήματος ελέγχου στην είσοδο S επιβεβαιώνει απλά αυτή την κατάσταση ενεργοποίησης, η κατάσταση δεν αλλάζει. Αυτός ο τρόπος λειτουργίας για τη σκανδάλη δεν είναι καθόλου επιβλαβής και συχνά βρίσκεται στη λειτουργία πραγματικών κυκλωμάτων.

Τώρα, χρησιμοποιώντας το ίδιο καλώδιο, θα παρέχουμε χαμηλή στάθμη στην είσοδο R. Το αποτέλεσμα δεν θα είναι πολύ μεγάλο που έρχεται: η σκανδάλη θα μεταβεί στο χαμηλό επίπεδο ή, όπως λένε, θα επαναφέρει. Επαναλαμβανόμενη και επακόλουθη παροχή χαμηλής στάθμης στην είσοδο R θα επιβεβαιώσει απλώς την κατάσταση, αυτή τη φορά μηδέν, με τον ίδιο τρόπο όπως περιγράφηκε παραπάνω για την είσοδο S. Από αυτή την κατάσταση, μπορεί να συναχθεί είτε με την παροχή χαμηλού επιπέδου στην είσοδο S, είτε συνδυασμός σημάτων στις εισόδους C και D.

Πρέπει να σημειωθεί ότι μερικές φορές μια σκανδάλη D μπορεί να χρησιμοποιηθεί απλώς ως σκανδάλη RS, δηλαδή οι εισόδους C και D δεν χρησιμοποιούνται. Σε αυτή την περίπτωση, για να αυξηθεί η ασυλία θορύβου, θα πρέπει να συνδεθούν στο δίαυλο +5 V μέσω αντιστάσεων με αντίσταση 1 KOhm ή συνδεδεμένες σε ένα κοινό καλώδιο.

Λειτουργία ενεργοποίησης στις εισόδους C και D

Ας υποθέσουμε ότι η σκανδάλη είναι εγκατεστημένη, έτσι ώστε η λυχνία LED HL3 ανάβει. Τι συμβαίνει αν πατήσετε το κουμπί SB1; Απολύτως τίποτα, η κατάσταση των σημάτων εξόδου σκανδάλης δεν θα αλλάξει. Εάν τώρα πρέπει να επαναφέρετε τη σκανδάλη στην είσοδο R, η λυχνία LED HL2 θα ανάψει και το HL3 θα απενεργοποιηθεί. Πατώντας το κουμπί SB1 σε αυτή την περίπτωση επίσης δεν αλλάζει η κατάσταση σκανδάλης. Αυτό υποδηλώνει ότι δεν υπάρχουν παλμοί ρολογιού στην είσοδο C.

Τώρα ας προσπαθήσουμε να εφαρμόσουμε παλμούς ρολογιού στην είσοδο C. Ο ευκολότερος τρόπος για να γίνει αυτό είναι η συναρμολόγηση μιας ορθογώνιας γεννήτριας παλμών, ήδη γνωστής σε εμάς από τα προηγούμενα μέρη του άρθρου. Το κύκλωμά του φαίνεται στο σχήμα 4.

Εικόνα 4. Γεννήτρια ρολογιού.

Προκειμένου να παρακολουθείται οπτικά η λειτουργία του κυκλώματος, η συχνότητα της γεννήτριας πρέπει να είναι μικρή, ενώ οι λεπτομέρειες που υποδεικνύονται στο κύκλωμα είναι περίπου 1 Hz, δηλαδή 1 ταλάντωση (παλμός) ανά δευτερόλεπτο. Η συχνότητα της γεννήτριας μπορεί να αλλάξει επιλέγοντας τον πυκνωτή C1. Η κατάσταση της εισόδου C υποδεικνύεται από το LED HL1: η λυχνία LED ανάβει - στην είσοδο C, η στάθμη είναι υψηλή, αν είναι απενεργοποιημένη, η στάθμη είναι χαμηλή.Τη στιγμή της ανάφλεξης του LED HL1 στην είσοδο C, σχηματίζεται μια θετική πτώση τάσης (από χαμηλή σε υψηλή). Είναι αυτή η μετάβαση που κάνει την ενεργοποίηση σκανδάλης D στην είσοδο C, και όχι την παρουσία ενός υψηλού ή χαμηλού επιπέδου τάσης σε αυτή την είσοδο. Αυτό πρέπει να θυμόμαστε και να παρακολουθούμε τη συμπεριφορά της σκανδάλης ακριβώς τη στιγμή του σχηματισμού του μπροστινού παλμού.

Εάν η γεννήτρια παλμών είναι συνδεδεμένη στην είσοδο C και η τροφοδοσία είναι ενεργοποιημένη, η σκανδάλη θα ρυθμιστεί σε μία με τον πρώτο παλμό, οι επακόλουθοι παλμοί της κατάστασης σκανδάλης δεν θα αλλάξουν. Όλα τα παραπάνω ισχύουν για την περίπτωση όταν ο διακόπτης SB1 βρίσκεται στη θέση που φαίνεται στο σχήμα.

Τώρα ας σβήσουμε το SB1 στην κάτω θέση σύμφωνα με το κύκλωμα, εφαρμόζοντας έτσι ένα χαμηλό επίπεδο στην είσοδο D. Η πρώτη πρώτη ώθηση που προήλθε από τη γεννήτρια θα θέσει τη σκανδάλη σε κατάσταση λογικού μηδενός ή η σκανδάλη θα επαναφερθεί. Το LED HL2 θα μας το πει για αυτό. Οι επόμενοι παλμοί στην είσοδο C επίσης δεν αλλάζουν την κατάσταση της σκανδάλης.

Το σχήμα 2b δείχνει το διάγραμμα χρονισμού της λειτουργίας σκανδαλισμού για εισόδους CD. Υποτίθεται ότι η κατάσταση της εισόδου D αλλάζει όπως φαίνεται στο σχήμα, και οι περιοδικοί παλμοί ρολογιού φθάνουν στην είσοδο C.

Ο πρώτος παλμός στην είσοδο C θέτει τη σκανδάλη σε μία κατάσταση (ακίδα 5) και ο δεύτερος παλμός της κατάστασης σκανδάλης δεν αλλάζει, επειδή στην είσοδο C το επίπεδο παραμένει υψηλό μέχρι στιγμής.

Η κατάσταση της εισόδου D μεταξύ του δεύτερου και του τρίτου παλμού ρολογιού αλλάζει από ένα υψηλό επίπεδο σε ένα χαμηλό, όπως φαίνεται στο σχήμα 2. Αλλά η σκανδάλη μεταβαίνει στην κατάσταση μηδέν μόνο στην αρχή του τρίτου παλμού ρολογιού. Ο τέταρτος και ο πέμπτος παλμός στην είσοδο C της κατάστασης σκανδαλισμού δεν αλλάζουν.

Θα πρέπει να σημειωθεί ότι το σήμα στην είσοδο D άλλαξε την τιμή του από χαμηλό σε υψηλό κατά τη διάρκεια ενός παλμού ρολογιού στην είσοδο C. Ωστόσο, η σκανδάλη δεν άλλαξε κατάσταση, δεδομένου ότι η θετική άκρη του παλμού ρολογιού ήταν νωρίτερα από την αλλαγή στάθμης είσοδος D.

Σε μία κατάσταση, η σκανδάλη θα αλλάξει μόνο από τον έκτο παλμό, πιο συγκεκριμένα από το μέτωπό της. Ο έβδομος παλμός θα επαναφέρει τη σκανδάλη, καθώς κατά τη διάρκεια της θετικής ακμής της στην είσοδο D έχει ήδη καθοριστεί υψηλό επίπεδο. Οι παρακάτω παρορμήσεις λειτουργούν ακριβώς με τον ίδιο τρόπο, έτσι οι αναγνώστες μπορούν να τα αντιμετωπίσουν μόνοι τους.

Ένα άλλο γράφημα χρονισμού παρουσιάζεται στο σχήμα 5.

Σχήμα 5. Πλήρες διάγραμμα χρονισμού της λειτουργίας D ενεργοποίησης.

Το σχήμα δείχνει ότι η σκανδάλη μπορεί να λειτουργήσει σε τρεις τρόπους, δύο από τους οποίους έχουν ήδη συζητηθεί παραπάνω. Στο σχήμα, αυτές είναι ασύγχρονες και σύγχρονες λειτουργίες. Ο επικρατούμενος τρόπος παρουσιάζει το μεγαλύτερο ενδιαφέρον για το χρονικό διάγραμμα: είναι σαφές ότι κατά τη χαμηλή στάθμη στην είσοδο R, η κατάσταση σκανδαλισμού δεν αλλάζει στις εισόδους C και D, πράγμα που δείχνει ότι οι είσοδοι RS έχουν προτεραιότητα. Το σχήμα 5 δείχνει επίσης τον πίνακα αλήθειας για την σκανδάλη D.

Από τα προηγούμενα μπορούν να εξαχθούν τα ακόλουθα συμπεράσματα: κάθε θετική διαφορά παλμού στην είσοδο C θέτει την σκανδάλη στην κατάσταση που ήταν στην είσοδο D εκείνη την στιγμή ή απλά μεταφέρει την κατάσταση της στην άμεση έξοδο της σκανδάλης Q. Η αρνητική διαφορά παλμού στην είσοδο C δεν έχει επίδραση Η κατάσταση σκανδαλισμού δεν εκπέμπει.

Το σχήμα 3 δείχνει τα πιθανά σχήματα παλμών στην είσοδο C: πρόκειται για ένα τετραγωνικό κύμα (3α), βραχείς παλμούς υψηλού επιπέδου ή θετικούς (3b), βραχείς παλμούς χαμηλού επιπέδου (αρνητικό) (3c). Σε κάθε περίπτωση, η σκανδάλη ενεργοποιείται από μια θετική διαφορά.

Σε ορισμένες περιπτώσεις, θα είναι το μέτωπο της ώθησης, και σε άλλες την πτώση της. Αυτή η περίσταση θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά την ανάπτυξη και την ανάλυση κυκλωμάτων σε ενεργοποιητές D. Λειτουργία της σκανδάλης D σε λειτουργία μέτρησης Ένας από τους κύριους σκοπούς της σκανδάλης D είναι η χρήση της στη λειτουργία μέτρησης. Προκειμένου να λειτουργήσει ως μετρητής παλμών, αρκεί να εφαρμοστεί ένα σήμα από τη δική του αντίστροφη έξοδο στην είσοδο D. Μια τέτοια σύνδεση φαίνεται στο σχήμα 6.

Σχήμα 6. Λειτουργία της σκανδάλης D στη λειτουργία μέτρησης.

Σε αυτή τη λειτουργία, κατά την άφιξη κάθε παλμού στην είσοδο C, η σκανδάλη θα αλλάξει την κατάστασή της στο αντίθετο, όπως φαίνεται στο διάγραμμα χρόνου. Και η εξήγηση γι 'αυτό είναι η απλούστερη και πιο λογική: η κατάσταση στην είσοδο D είναι πάντα αντίθετη, αντίστροφη, σε σχέση με την άμεση έξοδο. Επομένως, υπό το φως της προηγούμενης εκτίμησης της πράξης ενεργοποίησης, η αντίστροφη κατάσταση μεταφέρεται στην άμεση παραγωγή. Μια σκανδάλη, αν και σε κατάσταση μέτρησης, δεν μετρά πολύ, μόνο μέχρι δύο: 0..1 και πάλι 0..1, και ούτω καθεξής.

Για να πάρετε έναν μετρητή ικανό να μετράει, θα πρέπει πραγματικά να συνδέσετε αρκετές σκανδάλες σε λειτουργία μετρητή σε σειρά. Αυτό θα συζητηθεί αργότερα σε ξεχωριστό άρθρο. Επιπλέον, πρέπει να δώσετε προσοχή στο γεγονός ότι οι παλμοί στην έξοδο της σκανδάλης έχουν μια συχνότητα ακριβώς δύο φορές χαμηλότερη από την είσοδο στην είσοδο C. Αυτή η ιδιότητα χρησιμοποιείται σε περιπτώσεις όπου είναι απαραίτητο να διαιρέσει τη συχνότητα σήματος κατά συντελεστή δύο: 2, 4 , 8, 16, 32 και ούτω καθεξής.

Το σχήμα των παλμών μετά τη διαίρεση από τη σκανδάλη είναι πάντοτε μαιάνδρος, ακόμη και στην περίπτωση πολύ βραχυχρόνιων παλμών εισόδου στην είσοδο C. Αυτό είναι το τέλος της ιστορίας για τις δυνατότητες χρήσης της σκανδάλης D. Το επόμενο μέρος του άρθρου θα μιλήσει για τη χρήση των ενεργοποιητών τύπου JK.

Συνέχεια του άρθρου: Λογικές μάρκες. Μέρος 9. Δόνηση JK