Loogiset sirut. Osa 8. D - liipaisin

Artikkelissa kuvataan D-liipaisin, sen toiminta eri tiloissa, yksinkertainen ja intuitiivinen tekniikka toimintaperiaatteen tutkimiseksi.

Artikkelin edellisessä osassa käynnistettiin triggereiden tutkimus. RS-liipaisinta pidetään tämän perheen yksinkertaisimpana, mikä kuvailtiin artikkelin seitsemännessä osassa. D- ja JK-liipaisimia käytetään laajemmin elektroniikkalaitteissa. Toiminnan tarkoituksen mukaan he, kuten RS-liipaisin, ovat myös laitteita, joissa ulostulossa on kaksi vakaata tilaa, mutta joilla on monimutkaisempi tulosignaalien logiikka.

On huomattava, että kaikki edellä oleva pätee paitsi vain K155-sarjan pelimerkit, ja muille loogisten piirien sarjoille, esimerkiksi K561 ja K176. Ja ei vain liipaisimien suhteen, myös kaikki loogiset mikropiirit toimivat tarkasti, ero on vain signaalien sähköisissä parametreissa - jännitetasoissa ja toimintataajuuksissa, virrankulutuksessa ja kuormankapasiteetissa.

D-liipaisin

K155-sarjasiruissa on useita D-läppöjen modifikaatioita, mutta K155TM2-siru on yleisin. Yhdessä 14-nastaisessa paketissa on kaksi erillistä D-läppää. Ainoa heitä yhdistävä asia on yhteinen virtapiiri. Jokaisella liipaisimella on neljä loogisen tason tuloa ja vastaavasti kaksi ulostuloa. Tämä on suora ja käänteinen lähtö, jonka tunnemme jo RS-liipaisimesta koskevasta tarinasta. Täällä he suorittavat saman toiminnon. Kuvio 1 esittää D-liipaisimen.

Yhdessä kotelossa on myös mikropiirejä, joissa on neljä D-läppää: nämä ovat mikropiirejä, kuten K155TM5 ja K155TM7. Joskus kirjallisuudessa niitä kutsutaan nelinumeroisiksi rekistereiksi.

Kuva 1. Siru K155TM2.

Kuvio 1a näyttää koko mikropiirin sellaisessa muodossa kuin se yleensä esitetään viitekirjoissa. Itse asiassa kuvioissa kukin kotelossa oleva liipaisin voidaan kuvata kauempana sen "kumppanista", kun taas piirustus ei välttämättä osoita päätelmiä, joita ei yksinkertaisesti käytetä tässä piirissä, vaikka ne ovatkin. Esimerkki tällaisesta D-liipaisimen ääriviivasta on esitetty kuvassa 1b.

Mieti tarkemmin tulosignaaleja. Tämä tehdään käyttämällä liipaisinta, jossa on tapit 1 ... 6. Siksi kaikki yllä olevat ovat totta suhteessa toiseen liipaisimeen (nastat 8 ... 13).

Signaalit R ja S suorittavat saman toiminnon kuin liipaisimen samanlaiset RS-signaalit: kun tuloon S sovelletaan loogista nollatasoa, liipaisin asetetaan yhteen tilaan. Tämä tarkoittaa, että looginen yksikkö ilmestyy suoraan ulostuloon (nasta 5). Jos nyt käytetään loogista nollaa R-tuloon, liipaisin nollataan. Tämä tarkoittaa, että suorassa ulostulossa (nasta 5) ilmestyy looginen nollataso, ja käänteisessä (nasta 5) looginen yksikkö on läsnä.

Yleensä, kun puhutaan liipaisimen tilasta, se viittaa sen suoran lähdön tilaan: jos liipaisin on asennettu, sen suora lähtö on korkealla tasolla (looginen yksikkö). Vastaavasti ymmärretään, että käänteisulostulossa on kaikki päinvastoin, joten käänteistä lähtöä ei usein mainita piirin toimintaa tarkasteltaessa.

Tuloihin R ja S voidaan toimittaa looginen yksikkö niin paljon kuin halutaan: liipaisimen tila ei muutu. Tämä viittaa siihen, että tulot ovat R ja S alhaiset. Siksi RS-tulot alkavat pienellä ympyrällä, mikä osoittaa, että työsignaalin taso on alhainen tai mikä on sama, käänteinen. Tällainen pieni ympyrä sisääntulosignaaleista löytyy paitsi liipaisimista, myös joidenkin muiden mikrosirien, esimerkiksi dekooderien tai multiplekserien kuvasta, mikä myös osoittaa, että tämän signaalin työtaso on matala. Tämä on yleinen sääntö kaikille mikropiirien graafisille symboleille.

RS-tulojen lisäksi D-liipaisimessa on myös D-datasyöttö, englanninkielisistä tiedoista (data) ja synkronointisyöttö C: stä, englanninkielinen kello (pulssi, vilkkuma). Näitä tuloja käyttämällä voit laukaista liipaisimen joko muistielementtinä tai laskentalaukaisimena. D-liipaisimen toiminnan ymmärtämiseksi on parempi koota pieni piiri ja suorittaa yksinkertaisia ​​kokeita.

Huomioi tulon C kuva: tämän kuvan lähdön oikea pää päättyy pienellä viivalla vasemmalta ylöspäin oikealle osoittamaan suuntaan. Tämä ominaisuus osoittaa, että laukaisimen vaihtaminen tulon C yli tapahtuu tulosignaalin siirtyessä nollasta yhteen. Kuvio 3 esittää mahdollista pulssimuotoa tulossa C.

D-liipaisimen toiminnan ymmärtämiseksi perusteellisesti on parasta koota piiri, kuten kuvassa 2 näytetään.

Kuva 2. Kaavio D - liipaisimen toiminnan tutkimiseksi.

Kuva 3. Pulssivaihtoehdot tulossa C.

Selvyyden vuoksi liipaisin on kytketty lähtöihin (nastat 5 ja 6) LED-merkkivalot. Yhdistämme saman merkkivalon tuloon C. Tulo D liitetään 1 kΩ: n vastuksen kautta +5 V: n virtalähdeväylään ja, kuten kaaviossa näytetään, SB1-painike. Kun piiri on koottu, tarkistamme asennuksen laadun ja voit sitten kytkeä virran päälle.

Työ D-liipaisin RS-tuloissa

Kun kytketään päälle, jonkin LED-merkkivaloista HL2 tai HL3 on oltava palava. Oletetaan, että se on HL3, siksi, kun kytketään päälle, liipaisin asetetaan kohtaan, vaikka se voidaan myös asettaa nollaan. Matalan tason tulosignaalit RS-tuloihin syötetään käyttämällä joustavaa johdinpalaa, joka on kytketty yhteiseen johtoon.

Yritämme ensin kohdistaa matala taso tuloon S sulkemalla vain nasta 4 yhteiseen johtoon. Mitä tapahtuu? Liipaisimen lähdöissä signaalit pysyvät samassa tilassa kuin ne olivat, kun ne kytkettiin päälle. Miksi? Kaikki on hyvin yksinkertaista: liipaisin on jo yhdessä tilassa tai asennettu, ja ohjaussignaalin syöttäminen tuloon S yksinkertaisesti vahvistaa tämän liipaisutilan, tila ei muutu. Tämä liipaisimen toimintatapa ei ole ollenkaan haitallinen, ja sitä esiintyy usein todellisten piirejen toiminnassa.

Nyt, käyttämällä samaa johtoa, käytämme matalaa tasoa tuloon R. Tulos ei tule kauaa tulemaan: liipaisin kytkeytyy matalaan tasoon tai, kuten he sanovat, se nollataan. Matalan tason toistuva ja myöhempi syöttäminen tuloon R myös yksinkertaisesti vahvistaa tilan, tällä kertaa nolla, samalla tavalla kuin yllä on kuvattu tulolle S. Tästä tilasta voidaan päätellä joko toimittamalla matala taso tulolle S tai signaalien yhdistelmä tuloissa C ja D.

On huomattava, että joskus D-liipaisinta voidaan käyttää yksinkertaisesti RS-liipaisimena, ts. Tuloja C ja D ei käytetä. Meluherkkyyden lisäämiseksi ne tulee tässä tapauksessa kytkeä +5 V-väylään vastuksilla, joiden resistanssi on 1 KOhm, tai kytkeä yhteiseen johtoon.

Liipaisimen käyttö tuloissa C ja D

Oletetaan, että liipaisin on asennettu tällä hetkellä, joten HL3-merkkivalo palaa. Mitä tapahtuu, jos painat SB1-painiketta? Mikään, laukaisimen lähtösignaalien tila ei muutu. Jos nyt nollataan liipaisin tulossa R, LED HL2 syttyy ja HL3 sammuu. SB1-painikkeen painaminen ei tässä tapauksessa muuta laukaisutilaa. Tämä viittaa siihen, että sisääntulossa C ei ole kellopulsseja.

Yritetään nyt soveltaa kellopulsseja tuloon C. Helpoin tapa tehdä tämä on koota suorakulmainen pulssigeneraattori, joka on jo tuttu meille artikkelin edellisistä osista. Sen piiri on esitetty kuvassa 4.

Kuva 4. Kellogeneraattori.

Jotta piirin toimintaa voidaan tarkkailla visuaalisesti, generaattorin taajuuden on oltava pieni, ja piirissä ilmoitetut yksityiskohdat ovat noin 1 Hz, toisin sanoen 1 värähtely (pulssi) sekunnissa. Generaattorin taajuutta voidaan muuttaa valitsemalla kondensaattori C1. Tulon C tila ilmaistaan ​​LED HL1: LED palaa - tulossa C korkea taso, jos se ei pala, taso on matala.LED HL1: n syttymishetkellä tulossa C muodostuu positiivinen jännitehäviö (matalasta korkeaan). Juuri tämä siirtymä tekee D-liipaisimesta liipaisun tulossa C, eikä korkean tai matalan jännitetason läsnäolo tässä tulossa. Tämä tulee muistaa ja seurata liipaisimen käyttäytymistä tarkalleen pulssirintaman muodostumishetkellä.

Jos pulssigeneraattori on kytketty tuloon C ja virta kytketään, liipaisin asetetaan ensimmäiseen pulssiin, liipaisustilan seuraavat pulssit eivät muutu. Kaikki yllä oleva pätee tapaukseen, kun kytkin SB1 on kuvan osoittamassa asennossa.

Kytkemme nyt SB1 ala-asentoon piirin mukaisesti, siten, että syötetään matala taso tuloon D. Aivan ensimmäinen impulssi, joka tuli generaattorilta, asettaa liipaisimen loogiseen nollatilaan tai liipaisin nollataan. HL2 LED kertoo meille tästä. Seuraavat pulssit tulossa C eivät myöskään muuta liipaisimen tilaa.

Kuvio 2b esittää CD-tulojen laukaisutoiminnan ajoituskaavion. Oletetaan, että tulon D tila muuttuu kuvan osoittamalla tavalla, ja jaksolliset kellopulssit saapuvat tuloon C.

Tulossa C oleva ensimmäinen pulssi asettaa liipaisimen yhteen tilaan (nasta 5), ​​ja liipaisutilan toinen pulssi ei muutu, koska tulossa C taso on toistaiseksi korkea.

Tulon D tila toisen ja kolmannen kellopulssin välillä muuttuu korkealta tasolta matalaan, kuten voidaan nähdä kuvasta 2. Mutta liipaisin kytkeytyy nollatilaan vain kolmannen kellopulssin alussa. Käynnistystilan tulossa C oleva neljäs ja viides pulssi eivät muutu.

On huomattava, että signaali tulossa D muutti arvonsa matalasta korkealle kellopulssin aikana tulossa C. Liipaisin ei kuitenkaan muuttanut tilaa, koska kellopulssin positiivinen reuna oli aikaisempi kuin tason muutos sisääntulo D.

Liipaisin kytketään yhteen tilaan vain kuudennella impulssilla, tarkemmin sen edestä. Seitsemäs pulssi nollaa liipaisimen, koska tulolle D on jo asetettu korkea taso sen positiivisen reunan aikana. Seuraavat impulssit toimivat samalla tavalla, joten lukijat voivat käsitellä niitä yksin.

Toinen ajoituskaavio on esitetty kuvassa 5.

Kuva 5. Täydellinen ajoituskaavio D-liipaisimen toiminnasta.

Kuvio osoittaa, että liipaisin voi toimia kolmessa tilassa, joista kahta on jo käsitelty edellä. Kuviossa nämä ovat asynkronisia ja synkronisia tiloja. Aikakaaviota kiinnostaa eniten vallitseva tila: on selvää, että tulon R alhaisella tasolla liipaisutila ei muutu sisääntuloissa C ja D, mikä osoittaa, että RS-tulot ovat etusijalla. Kuvio 5 näyttää myös D - liipaisimen totuustaulukon.

Edellä esitetyn perusteella voidaan tehdä seuraavat johtopäätökset: Jokainen positiivinen pulssiero tulossa C asettaa liipaisimen tilaan, joka sillä hetkellä oli tulossa D, tai yksinkertaisesti siirtää tilansa liipaisimen Q suoraan ulostuloon. Tulon C pulssin negatiivisella erolla ei ole vaikutusta Liipaisutila ei tee.

Kuvio 3 näyttää mahdolliset pulssimuodot C-tulossa: se on mutkikkaita (3a), lyhyitä korkean tason pulsseja tai positiivisia (3b), lyhyitä matalan tason pulsseja (negatiivisia) (3c). Joka tapauksessa liipaisimen laukaisee positiivinen ero.

Joissakin tapauksissa se on impulssin eturintamassa, toisissa taas sen lasku. Tämä olosuhde tulisi ottaa huomioon kehitettäessä ja analysoitaessa piirejä D - liipaisimissa. D-liipaisimen toiminta laskuritilassa Yksi D-liipaisimen päätarkoituksista on sen käyttö laskentatilassa. Jotta se toimisi pulssinlaskurina, riittää, kun syötetään signaali omalta käänteulostuloltaan tuloon D. Tällainen yhteys on esitetty kuvassa 6.

Kuva 6. D - liipaisimen toiminta laskentatilassa.

Tässä tilassa, kun jokainen pulssi saapuu tuloon C, liipaisin muuttaa tilansa päinvastaiseksi, kuten aikakaaviossa esitetään. Ja selitys tähän on yksinkertaisin ja loogisin: tila tulossa D on aina vastapäätä, käänteistä suoran ulostulon suhteen. Siksi, laukaisutoimenpiteen aikaisemman tarkastelun valossa, sen käänteinen tila siirretään suoraan ulostuloon. Yksi liipaisin, vaikkakin laskentatavassa, ei laske paljon, vain kahta: 0..1 ja jälleen 0..1 jne.

Laskeaksesi laskurin, sinun on todella kytkettävä useita liipaisimia laskuritilassa sarjaan. Tätä käsitellään myöhemmin erillisessä artikkelissa. Lisäksi sinun tulee kiinnittää huomiota siihen, että liipaisimen lähdössä olevien pulssien taajuus on tarkalleen kaksi kertaa matalampi kuin tulon C tulo. Tätä ominaisuutta käytetään tapauksissa, joissa signaalin taajuus on tarpeen jakaa kertoimella kaksi: 2, 4 , 8, 16, 32 ja niin edelleen.

Pulssien muoto liipaisimella jaon jälkeen on aina mutkikas, jopa tapauksissa, joissa sisääntulossa C on hyvin lyhyitä pulsseja. D-liipaisimen käyttömahdollisuuksista kerrotaan tarinan loppu. Artikkelin seuraavassa osassa puhutaan JK-tyyppisten liipaisimien käytöstä.

Artikkelin jatko: Loogiset sirut. Osa 9. JK-liipaisin