Fichas lógicas. Parte 8. D - disparador

El artículo describe el D-trigger, su funcionamiento en varios modos, una técnica simple e intuitiva para estudiar el principio de acción.

En la parte anterior del artículo, se inició el estudio de los desencadenantes. El disparador RS se considera el más simple de esta familia, que se describió en la séptima parte del artículo. Los disparadores D y JK se usan más ampliamente en dispositivos electrónicos. Según el significado de la acción, ellos, como Gatillo RS, también son dispositivos con dos estados estables en la salida, pero tienen una lógica más compleja de las señales de entrada.

Cabe señalar que todo lo anterior será cierto no solo para Chips serie K155, y para otras series de circuitos lógicos, por ejemplo, K561 y K176. Y no solo con respecto a los disparadores, todos los chips lógicos también funcionan exactamente, la diferencia está solo en los parámetros eléctricos de las señales: niveles de voltaje y frecuencias de operación, consumo de energía y capacidad de carga.

D disparador

Hay varias modificaciones de D-flip-flops en la serie de chips K155, sin embargo, el chip K155TM2 es el más común. En un paquete de 14 pines hay dos flip-flops D independientes. Lo único que los une es un circuito de alimentación común. Cada disparador tiene cuatro entradas de nivel lógico y, en consecuencia, dos salidas. Esta es una salida directa e inversa, con la que ya estamos familiarizados en la historia sobre el disparador RS. Aquí realizan la misma función. La figura 1 muestra un D-trigger.

También hay microcircuitos que contienen cuatro flip-flops D en una carcasa: estos son microcircuitos como K155TM5 y K155TM7. A veces en la literatura se les llama registros de cuatro dígitos.

Figura 1. Chip K155TM2.

La figura 1a muestra el microcircuito completo en la forma como se muestra generalmente en los libros de referencia. De hecho, en los diagramas, cada disparador ubicado en la carcasa puede representarse lejos de su "compañero", mientras que el dibujo puede no mostrar conclusiones que simplemente no se usan en este circuito, aunque de hecho lo son. Un ejemplo de dicho esquema de un D-trigger se muestra en la Figura 1b.

Considere con más detalle las señales de entrada. Esto se hará usando un disparador con los pines 1 ... 6 como ejemplo. En consecuencia, todo lo anterior será cierto con respecto a otro disparador (con los números de pin 8 ... 13).

Las señales R y S realizan la misma función que las señales RS similares de un disparador: cuando se aplica un nivel cero lógico a la entrada S, el disparador se establece en un solo estado. Esto significa que aparecerá una unidad lógica en la salida directa (pin 5). Si ahora aplica un cero lógico a la entrada R, el disparador se reinicia. Esto significa que en la salida directa (pin 5), aparecerá el nivel cero lógico, y en el inverso (pin 6) habrá una unidad lógica.

En general, cuando se habla del estado de un disparador, significa el estado de su salida directa: si el disparador está instalado, entonces su salida directa está en un nivel alto (unidad lógica). En consecuencia, se entiende que en la salida inversa todo es exactamente lo contrario, por lo tanto, la salida inversa a menudo no se menciona al considerar el funcionamiento del circuito.

Se puede suministrar una unidad lógica a las entradas R y S tanto como desee: el estado del disparador no cambia. Esto sugiere que las entradas son R y S bajas. Es por eso que las entradas RS comienzan con un círculo pequeño, lo que indica que el nivel de señal de trabajo es bajo o, lo que es lo mismo, inverso. Un círculo tan pequeño en las señales de entrada se puede encontrar no solo en los disparadores, sino también en la imagen de algunos otros microcircuitos, por ejemplo, decodificadores o multiplexores, lo que también indica que el nivel de funcionamiento de esta señal es un nivel bajo. Esta es una regla general para todos los símbolos gráficos de microcircuitos.

Además de las entradas RS, el disparador D también tiene una entrada de datos D, de datos en inglés (datos), y una entrada de sincronización C del reloj en inglés (pulso, luz estroboscópica). Con estas entradas, puede hacer que un disparador funcione como elemento de memoria o como disparador de conteo. Para comprender el funcionamiento del D-trigger, es mejor ensamblar un pequeño circuito y realizar experimentos simples.

Preste atención a la imagen de la entrada C: el extremo derecho de esta salida en la figura termina con una pequeña barra en la dirección de izquierda a derecha. Esta característica indica que la activación del interruptor sobre la entrada C ocurre en el momento de la transición de la señal de entrada de cero a uno. La Figura 3 muestra una posible forma de pulso en la entrada C.

Para comprender mejor el funcionamiento del disparador D, es mejor ensamblar el circuito, como se muestra en la Figura 2.

Figura 2. Esquema para estudiar el funcionamiento del D - trigger.

Figura 3. Opciones de pulso en la entrada C.

Para mayor claridad, el disparador está conectado a sus salidas (pines 5 y 6) indicadores LED. Conectamos el mismo indicador a la entrada C. La entrada D, a través de una resistencia de 1 kΩ, está conectada al bus de alimentación de +5 V y, como se muestra en el diagrama, al botón SB1. Después de ensamblar el circuito, verificaremos la calidad de la instalación y luego podrá encender la alimentación.

Trabajo D disparador en entradas RS

Al encender, uno de los LED HL2 o HL3 debe estar encendido. Supongamos que es HL3, por lo tanto, cuando está activado, el disparador se establece en uno, aunque también se puede establecer en cero. Las señales de entrada de bajo nivel a las entradas RS se suministrarán utilizando un conductor flexible conectado a un cable común.

Primero, intentemos aplicar un nivel bajo a la entrada S, simplemente cerrando el pin 4 al cable común. Que va a pasar En las salidas del disparador, las señales permanecerán en el mismo estado que cuando se activaron. Por qué Todo es muy simple: el disparador ya está en un solo estado o instalado, y el suministro de una señal de control a la entrada S simplemente confirma este estado del disparador, el estado no cambia. Este modo de operación para el disparador no es dañino y a menudo se encuentra en la operación de circuitos reales.

Ahora, usando el mismo cable, aplicaremos un nivel bajo a la entrada R. El resultado no tardará en llegar: el gatillo cambiará al nivel bajo o, como dicen, se reiniciará. El suministro repetido y posterior de un nivel bajo a la entrada R también simplemente confirmará un estado, esta vez cero, de la misma manera que se describió anteriormente para la entrada S. A partir de este estado, puede deducirse suministrando un nivel bajo a la entrada S, o combinación de señales en las entradas C y D.

Cabe señalar que a veces un disparador D puede usarse simplemente como un disparador RS, es decir, no se usan las entradas C y D. En este caso, para aumentar la inmunidad al ruido, deben conectarse al bus de +5 V a través de resistencias con una resistencia de 1 KOhm, o conectarse a un cable común.

Operación de disparo en las entradas C y D

Suponga que el disparador está instalado actualmente, por lo que el LED HL3 está encendido. ¿Qué sucede si presionas el botón SB1? Absolutamente nada, el estado de las señales de salida del disparador no cambiará. Si ahora reinicia el disparador en la entrada R, el LED HL2 se iluminará y HL3 se apagará. Presionar el botón SB1 en este caso no cambiará el estado del disparador. Esto sugiere que no hay pulsos de reloj en la entrada C.

Ahora intentemos aplicar pulsos de reloj a la entrada C. La forma más fácil de hacer esto es ensamblando un generador de pulso rectangular, que ya nos resulta familiar de las partes anteriores del artículo. Su circuito se muestra en la Figura 4.

Figura 4. Generador de reloj.

Para observar visualmente el funcionamiento del circuito, la frecuencia del generador debe ser pequeña, con los detalles indicados en el circuito es de aproximadamente 1 Hz, es decir, 1 oscilación (pulso) por segundo. La frecuencia del generador se puede cambiar seleccionando el condensador C1. El estado de la entrada C se indica mediante el LED HL1: el LED está encendido: en la entrada C un nivel alto, si está apagado, entonces el nivel es bajo.En el momento del encendido del LED HL1 en la entrada C, se forma una caída de voltaje positiva (de menor a mayor). Es esta transición la que hace que el disparador D se active en la entrada C, y no la presencia de un nivel de voltaje alto o bajo en esta entrada. Esto debe recordarse y controlar el comportamiento del disparador exactamente en el momento de la formación del frente del pulso.

Si el generador de impulsos está conectado a la entrada C y se enciende la alimentación, el disparador se establecerá en uno con el primer impulso, los impulsos posteriores del estado del disparador no cambiarán. Todo lo anterior es cierto para el caso cuando el interruptor SB1 está en la posición que se muestra en la figura.

Ahora cambiemos SB1 a la posición inferior según el circuito, aplicando así un nivel bajo a la entrada D. El primer impulso que vino del generador pondrá el gatillo en un estado de cero lógico o el gatillo se reiniciará. El LED HL2 nos informará sobre esto. Los pulsos posteriores en la entrada C tampoco cambian el estado del disparador.

La figura 2b muestra el diagrama de temporización de la operación de disparo para entradas de CD. Se supone que el estado de la entrada D cambia como se muestra en la figura, y los pulsos de reloj periódicos llegan a la entrada C.

El primer pulso en la entrada C establece el disparador en un solo estado (pin 5), y el segundo pulso del estado del disparador no cambia, porque en la entrada C el nivel permanece alto hasta ahora.

El estado de la entrada D entre el segundo y el tercer pulso de reloj cambia de un nivel alto a uno bajo, como se puede ver en la Figura 2. Pero el disparador cambia al estado cero solo al comienzo del tercer pulso de reloj. Los pulsos cuarto y quinto en la entrada C del estado de disparo no cambian.

Cabe señalar que la señal en la entrada D cambió su valor de bajo a alto durante un pulso de reloj en la entrada C. Sin embargo, el disparador no cambió de estado, ya que el borde positivo del pulso de reloj fue anterior al cambio de nivel por entrada D.

En un solo estado, el gatillo se cambiará solo por el sexto pulso, más precisamente por su frente. El séptimo pulso restablecerá el disparador, ya que se ha establecido un nivel alto en la entrada D durante su flanco positivo. Los siguientes impulsos funcionan exactamente de la misma manera, por lo que los lectores pueden lidiar con ellos por su cuenta.

Otro diagrama de tiempos se muestra en la Figura 5.

Figura 5. Diagrama de temporización completo de la operación del disparador D.

La figura muestra que el disparador puede funcionar en tres modos, dos de los cuales ya se han discutido anteriormente. En la figura, estos son modos asíncronos y síncronos. El modo predominante es de gran interés en el diagrama de tiempo: está claro que durante el nivel bajo en la entrada R, el estado de activación no cambia en las entradas C y D, lo que indica que las entradas RS son prioritarias. La Figura 5 también muestra la tabla de verdad para el disparador D.

De lo anterior, se pueden sacar las siguientes conclusiones: cada diferencia de pulso positiva en la entrada C establece el disparador en el estado que en ese momento estaba en la entrada D, o simplemente transfiere su estado a la salida directa del disparador Q. La diferencia negativa en el pulso en la entrada C no tiene efecto en El estado del disparador no se procesa.

La Figura 3 muestra las posibles formas de pulso en la entrada C: es una onda cuadrada (3a), pulsos cortos de alto nivel, o pulsos positivos (3b), cortos de bajo nivel (negativos) (3c). En cualquier caso, el disparador se dispara por una diferencia positiva.

En algunos casos, será el frente del impulso, y en otros su declive. Esta circunstancia debe tenerse en cuenta al desarrollar y analizar circuitos en activadores D. Operación del disparador D en modo de conteo Uno de los propósitos principales del disparador D es su uso en modo de conteo. Para que funcione como un contador de pulsos, es suficiente aplicar una señal desde su propia salida inversa a la entrada D. Tal conexión se muestra en la Figura 6.

Figura 6. Operación del disparador D en modo de conteo.

En este modo, al llegar cada impulso a la entrada C, el disparador cambiará su estado al opuesto, como se muestra en el diagrama de tiempo. Y la explicación de esto es la más simple y lógica: el estado en la entrada D siempre es opuesto, inverso, con respecto a la salida directa. Por lo tanto, a la luz de la consideración previa de la operación del disparador, su estado inverso se transfiere a la salida directa. Un disparador, aunque en modo de conteo, no cuenta mucho, solo hasta dos: 0..1 y nuevamente 0..1, y así sucesivamente.

Para obtener un contador capaz de contar, realmente necesita conectar varios disparadores en modo contador en serie. Esto se discutirá más adelante en un artículo separado. Además, debe prestar atención al hecho de que los pulsos en la salida del disparador tienen una frecuencia exactamente dos veces menor que la entrada en la entrada C. Esta propiedad se usa en los casos en que es necesario dividir la frecuencia de la señal por un factor de dos: 2, 4 , 8, 16, 32 y así sucesivamente.

La forma de los pulsos después de la división por el disparador siempre es un meandro, incluso en el caso de pulsos de entrada muy cortos en la entrada C. Este es el final de la historia sobre las posibilidades de usar el disparador D. La siguiente parte del artículo hablará sobre el uso de disparadores de tipo JK.

Continuación del artículo: Fichas lógicas. Parte 9. Gatillo JK