Loginiai lustai. 8 dalis. D - gaidukas

Straipsnyje aprašomas D-gaidukas, jo veikimas įvairiais režimais, paprasta ir intuityvi veiksmų principo tyrimo technika.

Ankstesnėje straipsnio dalyje buvo pradėtas trigerių tyrimas. RS trigeris laikomas paprasčiausiu šioje šeimoje, kuris buvo aprašytas septintojoje straipsnio dalyje. D ir JK trigeriai plačiau naudojami elektronikos prietaisuose. Pagal veiksmo prasmę jiems patinka RS trigeris, taip pat yra įrenginiai, turintys dvi stabilias būsenas išėjime, tačiau turi sudėtingesnę įvesties signalų logiką.

Reikėtų pažymėti, kad visa tai, kas pasakyta, bus teisinga ne tik K155 serijos lustai, ir kitoms loginių schemų serijoms, pavyzdžiui, K561 ir K176. Ir ne tik atsižvelgiant į paleidiklius, visos loginės mikroschemos taip pat veikia tiksliai, skirtumas yra tik signalų elektriniuose parametruose - įtampos lygiuose ir veikimo dažniuose, energijos suvartojime ir apkrovos galioje.

D trigeris

K155 serijos lustuose yra keletas D-flip-flops modifikacijų, tačiau dažniausiai pasitaiko K155TM2 lustas. Vienoje 14 kontaktų pakuotėje yra du nepriklausomi D-flip-flops. Vienintelis dalykas, kuris juos vienija, yra bendra elektros grandinė. Kiekvienas trigeris turi keturis loginio lygio įėjimus ir atitinkamai du išėjimus. Tai yra tiesioginis ir atvirkštinis išėjimas, su kuriuo mes jau esame susipažinę iš pasakojimo apie RS gaiduką. Čia jie atlieka tą pačią funkciją. 1 paveiksle parodytas D gaidukas.

Taip pat yra mikroschemų, kuriose viename korpuse yra keturi D-atvartai: tai yra tokios mikroschemos kaip K155TM5 ir K155TM7. Kartais literatūroje jie vadinami keturženkliais registrais.

1 paveikslas. Lustas K155TM2.

1a paveiksle pavaizduota visa mikro grandinė tokia forma, kokia ji paprastai parodoma žinynuose. Tiesą sakant, schemose kiekvienas gaidukas, esantis korpuse, gali būti pavaizduotas atokiau nuo jo „partnerio“, o brėžinyje gali būti nerodomos išvados, kurios paprasčiausiai nenaudojamos šioje grandinėje, nors iš tikrųjų jos yra. Tokio D-gaiduko kontūro pavyzdys parodytas 1b paveiksle.

Išsamiau apsvarstykite įvesties signalus. Tai bus padaryta naudojant trigerį su 1 ... 6 kaiščiais. Atitinkamai, visa tai, kas pasakyta, bus teisinga kito trigerio atžvilgiu (su kaiščių skaičiais 8 ... 13).

Signalai R ir S atlieka tą pačią funkciją kaip ir panašūs trigerio RS signalai: kai įvesties S atveju taikomas loginis nulio lygis, trigeris nustatomas į vieną būseną. Tai reiškia, kad tiesioginiame išvestyje pasirodys loginis vienetas (5 kaištis). Jei dabar R įvedimui pritaikysite loginį nulį, gaidukas bus iš naujo nustatytas. Tai reiškia, kad tiesioginiame išėjime (5 kaištis) pasirodys loginis nulinis lygis, o atvirkštiniame (5 kaištis) bus loginis vienetas.

Paprastai kalbant apie trigerio būseną, nurodoma jo tiesioginio išėjimo būsena: jei trigeris yra įdiegtas, tada jo tiesioginis išėjimas yra aukšto lygio (loginis vienetas). Atitinkamai suprantama, kad atvirkštiniame išėjime viskas yra atvirkščiai, todėl, vertinant grandinės veikimą, atvirkštinė išvestis dažnai neminima.

Loginis vienetas gali būti tiekiamas įvestims R ir S, kiek tik nori: gaiduko būsena nesikeičia. Tai rodo, kad įvestys yra žemos R ir S. Štai kodėl RS įėjimai prasideda mažu apskritimu, kuris rodo, kad darbinio signalo lygis yra žemas arba, atvirkščiai, tas pats. Tokį mažą įvesties signalų ratą galima rasti ne tik suveikikliuose, bet ir kai kurių kitų mikroschemų, pavyzdžiui, dekoderių ar multiplekserių, paveikslėlyje, o tai taip pat rodo, kad šio signalo darbinis lygis yra žemas. Tai yra bendra visų grafinių mikroschemų simbolių taisyklė.

Be RS įėjimų, D-trigeris taip pat turi D duomenų įvestį iš „English Data“ (duomenys) ir sinchronizacijos įvestį C iš „English Clock“ (impulsas, strobos). Naudodamiesi šiais įvestimis galite sukelti trigerį kaip atminties elementą arba kaip skaičiavimo trigerį. Norint suprasti D-gaiduko veikimą, geriau surinkti mažą grandinę ir atlikti paprastus eksperimentus.

Atkreipkite dėmesį į įvesties C atvaizdą: dešinysis šio išvesties galas paveiksle baigiasi mažu pasviruoju brūkšniu kryptimi iš kairės į viršų į dešinę. Ši savybė rodo, kad gaiduko perjungimas per įvestį C įvyksta įvesties signalo perėjimo nuo nulio iki vieno momentu. 3 paveiksle parodyta galima impulso forma įvestyje C.

Norint išsamiau suprasti D gaiduko veikimą, geriausia surinkti grandinę, kaip parodyta 2 paveiksle.

2 pav. D-gaiduko veikimo tyrimo schema.

3 pav. Impulsų parinktys C įvestyje.

Aiškumo dėlei trigeris yra prijungtas prie jo išvesties (5 ir 6 kaiščiai) LED indikatorių. Mes prijungiame tą patį indikatorių prie įvesties C. D įėjimas per 1 kΩ varžą yra prijungtas prie +5 V maitinimo magistralės ir, kaip parodyta diagramoje, mygtukas SB1. Surinkę grandinę, mes patikrinsime montavimo kokybę, tada galėsite įjungti maitinimą.

Darbas D trigeris RS įėjimuose

Įjungiant, turi užsidegti vienas iš šviesos diodų HL2 arba HL3. Tarkime, kad tai yra HL3, todėl, įjungus, gaidukas nustatomas į vieną, nors jį taip pat galima nustatyti į nulį. Žemo lygio įvesties signalai į RS įvestis bus perduodami naudojant lankstų laidininko gabalą, sujungtą su bendra viela.

Pirmiausia pabandykime pritaikyti žemą lygį įvestyje S, tik uždarydami 4 kaištį į bendrą laidą. Kas bus? Esant trigerio išėjimams, signalai liks tokioje pačioje būsenoje, kokia jie buvo įjungiant. Kodėl? Viskas labai paprasta: gaidukas jau yra vienoje būsenoje arba yra įdiegtas, o valdymo signalo tiekimas įėjimui S tiesiog patvirtina šią trigerio būseną, būsena nesikeičia. Šis trigerio veikimo būdas visiškai nepavojingas ir dažnai sutinkamas veikiant tikroms grandinėms.

Dabar, naudodami tą pačią laidą, įvestį R pritaikysime žemą lygį. Rezultatas netruks ilgai: gaidukas perjungs į žemą lygį, arba, kaip sakoma, jis bus iš naujo nustatytas. Pakartotinis ir vėlesnis žemo lygio tiekimas įėjimui R taip pat paprasčiausiai patvirtins būseną, šiuo metu nulį, tokiu pačiu būdu, kaip aprašyta aukščiau įvesties S. Iš šios būsenos ją galima išskaičiuoti tiekiant žemą lygį įėjimui S, arba signalų derinys įvestyse C ir D.

Reikėtų pažymėti, kad kartais D-trigeris gali būti naudojamas tiesiog kaip RS-trigeris, tai yra, C ir D įėjimai nenaudojami. Tokiu atveju, norint padidinti atsparumą triukšmui, jie turėtų būti prijungti prie +5 V magistralės per varžus, kurių varža 1 KOhm, arba prijungti prie bendro laido.

Triggerio veikimas C ir D įėjimuose

Tarkime, kad gaidukas šiuo metu yra įmontuotas, todėl užsidega šviesos diodas HL3. Kas nutiks, jei paspausite mygtuką SB1? Visiškai nieko, trigerio išėjimo signalų būsena nepasikeis. Jei dabar norite atkurti gaiduką ties įvestimi R, užsidegs šviesos diodas HL2, o HL3 išsijungs. Paspaudus mygtuką SB1, trigerio būsena nepasikeis. Tai rodo, kad C įvestyje nėra laikrodžio impulsų.

Dabar pabandykime pritaikyti laikrodžio impulsus įvestyje C. Lengviausias būdas tai padaryti yra surinkti stačiakampį impulsų generatorių, mums jau pažįstamą iš ankstesnių straipsnio dalių. Jo grandinė parodyta 4 paveiksle.

4 pav. Laikrodžių generatorius.

Norint vizualiai stebėti grandinės veikimą, generatoriaus dažnis turi būti mažas, o ant grandinėje nurodytų detalių jis turi būti apie 1 Hz, tai yra 1 virpesys (impulsas) per sekundę. Generatoriaus dažnį galima pakeisti pasirinkus kondensatorių C1. Įvesties C būseną rodo šviesos diodas HL1: šviesos diodas užsidega - C įvestyje aukštas lygis, jei neveikia, tada žemas lygis.Šviesos diodo HL1 uždegimo metu prie įėjimo C susidaro teigiamas įtampos kritimas (nuo žemos iki aukštos). Būtent šis perėjimas lemia D jungiklio suveikimą įvestyje C, o ne aukšto ar žemo įtampos lygio buvimas šioje įvestyje. Tai reikia atsiminti ir tiksliai stebėti gaiduko elgesį pulso fronto susidarymo metu.

Jei impulsų generatorius yra prijungtas prie įėjimo C ir įjungtas maitinimas, trigeris bus nustatytas į vieną su pirmuoju impulsu, vėlesni trigerio būsenos impulsai nesikeis. Visa tai pasakytina apie atvejį, kai jungiklis SB1 yra paveikslėlyje parodytoje padėtyje.

Dabar perjunkite SB1 į žemesnę padėtį pagal grandinę, tokiu būdu įvesdami žemą lygį D. Pats pirmasis generatoriaus impulsas sukels gaiduką į loginę nulio būseną arba trigeris bus atstatytas. Apie tai mums praneš HL2 šviesos diodas. Vėlesni impulsai C įvestyje taip pat nekeičia trigerio būsenos.

2b paveiksle pavaizduota paleidimo operacijos laiko schema CD įvestims. Manoma, kad įėjimo D būsena pasikeičia, kaip parodyta paveiksle, o periodiniai laikrodžio impulsai atkeliauja į įvestį C.

Pirmasis impulsas C įvestyje nustato trigerį vienoje būsenoje (5 kaištis), o antrasis trigerio būsenos impulsas nesikeičia, nes C įvestyje lygis kol kas išlieka aukštas.

D įvesties būsena tarp antrojo ir trečiojo laikrodžio impulsų keičiasi nuo aukšto lygio prie žemos, kaip matyti 2 paveiksle. Tačiau gaidukas perjungiamas į nulio būseną tik trečiojo laikrodžio impulso pradžioje. Ketvirtasis ir penktasis impulsai ties trigerio būsenos įvestimi nesikeičia.

Reikėtų pažymėti, kad signalo įvestyje D signalas pakeitė savo vertę iš žemos į aukštą, esant laikrodžio impulsui įvestyje C. Tačiau trigeris būsenos nepakeitė, nes teigiamas laikrodžio impulso kraštas buvo ankstesnis nei lygio pokytis D. įvadas

Trigeris bus perjungtas į vieną būseną tik šeštuoju impulsu, tiksliau jo priekiu. Septintasis impulsas atkurs trigerį, nes jo įvestyje D buvo nustatytas aukštas lygis jo teigiamo krašto metu. Šie impulsai veikia lygiai taip pat, todėl skaitytojai gali su jais susitvarkyti patys.

Kita laiko schema parodyta 5 paveiksle.

5 paveikslas. Išsami D trigerio veikimo laiko schema.

Paveikslėlyje parodyta, kad gaidukas gali veikti trimis režimais, iš kurių du jau buvo aptarti aukščiau. Paveiksle tai yra asinchroniniai ir sinchroniniai režimai. Vyraujantis režimas labiausiai domina laiko schema: aišku, kad esant žemam įvesties R lygiui, trigerio būsena nesikeičia įėjimuose C ir D, o tai rodo, kad RS įėjimai yra prioritetiniai. 5 paveiksle taip pat parodyta D-gaiduko tiesos lentelė.

Remiantis tuo, kas išdėstyta, galima padaryti šias išvadas: kiekvienas teigiamas impulsų skirtumas įvestyje C nustato trigerį būsenai, kuri tuo metu buvo D įvestyje, arba tiesiog perkelia savo būseną į tiesioginį trigerio išėjimą. Neigiamas impulso skirtumas C įvestyje neturi jokios įtakos. Suaktyvinimo būsena nerodo.

3 paveiksle pavaizduotos galimos įėjimo C impulsų formos: tai yra kvadrato banga (3a), trumpi aukšto lygio impulsai arba teigiami (3b), trumpi žemo lygio impulsai (neigiami) (3c). Bet kokiu atveju trigerį sukelia teigiamas skirtumas.

Kai kuriais atvejais tai bus impulsų priekis, o kitais - jo nuosmukis. Į šią aplinkybę reikia atsižvelgti kuriant ir analizuojant D - trigerių grandines. D-gaiduko veikimas skaičiavimo režime Vienas iš pagrindinių D-gaiduko tikslų yra jo naudojimas skaičiavimo režime. Norint, kad jis veiktų kaip impulsų skaitiklis, pakanka įvesti signalą iš jo paties atvirkštinio išėjimo. Toks ryšys parodytas 6 paveiksle.

6 pav. D - gaiduko veikimas skaičiavimo režimu.

Šiuo režimu, kai kiekvienas impulsas gaunamas įvestyje C, trigerio būsena pasikeis į priešingą pusę, kaip parodyta laiko diagramoje. Tai paaiškinti paprasčiausia ir logiškiausia: būsena D įvestyje tiesioginės išvesties atžvilgiu visada yra priešinga, atvirkštinė. Todėl, atsižvelgiant į ankstesnį trigerio veikimo svarstymą, jo atvirkštinė būsena perkeliama į tiesioginį išėjimą. Vienas trigeris, nors ir skaičiavimo režimu, neskaičiuoja daug, tik iki dviejų: 0..1 ir vėl 0..1 ir pan.

Norėdami gauti skaitiklį, galintį suskaičiuoti, iš tikrųjų turite nuosekliai sujungti kelis trigerius skaitiklio režime. Tai bus aptarta vėliau atskirame straipsnyje. Be to, turėtumėte atkreipti dėmesį į tai, kad impulsai iškroviklio išvestyje turi tiksliai du kartus mažesnį dažnį nei įvestis prie įėjimo C. Ši savybė naudojama tais atvejais, kai reikia padalinti signalo dažnį iš koeficiento du: 2, 4. , 8, 16, 32 ir pan.

Impulsų forma, padalyta iš trigerio, visada yra vingiuota, net ir labai trumpų impulsų, esančių C. įvestyje, pabaigoje yra pasakojimas apie D trigerio naudojimo galimybes. Kitoje straipsnio dalyje bus kalbama apie JK tipo trigerių naudojimą.

Straipsnio tęsinys: Loginiai lustai. 9 dalis. JK gaidukas