Logische chips. Deel 8. D - trigger

Het artikel beschrijft de D-trigger, de werking ervan in verschillende modi, een eenvoudige en intuïtieve techniek voor het bestuderen van het werkingsprincipe.

In het vorige deel van het artikel werd de studie van triggers gestart. De RS-trigger wordt beschouwd als de eenvoudigste in deze familie, die werd beschreven in het zevende deel van het artikel. D- en JK-triggers worden op grotere schaal gebruikt in elektronische apparaten. Volgens de betekenis van de actie houden ze van RS trigger, zijn ook apparaten met twee stabiele toestanden aan de uitgang, maar hebben een complexere logica van de ingangssignalen.

Opgemerkt moet worden dat al het bovenstaande waar zal zijn, niet alleen voor K155-serie chipsen voor andere series logische circuits, bijvoorbeeld K561 en K176. En niet alleen met betrekking tot triggers, alle logische microschakelingen werken ook precies, het verschil zit alleen in de elektrische parameters van de signalen - spanningsniveaus en werkfrequenties, stroomverbruik en laadvermogen.

D trigger

Er zijn verschillende aanpassingen van D-flip-flops in de K155-chipserie, maar de K155TM2-chip is de meest voorkomende. In een 14-pins pakket zijn er twee onafhankelijke D-flip-flops. Het enige dat hen verenigt, is een gemeenschappelijk stroomcircuit. Elke trigger heeft vier ingangen op logisch niveau en dienovereenkomstig twee uitgangen. Dit is een directe en omgekeerde output, waarmee we al bekend zijn uit het verhaal over de RS-trigger. Hier vervullen ze dezelfde functie. Figuur 1 toont een D-trigger.

Er zijn ook microschakelingen met vier D-flip-flops in één behuizing: dit zijn microschakelingen zoals K155TM5 en K155TM7. Soms worden ze in de literatuur viercijferige registers genoemd.

Figuur 1. Chip K155TM2.

Figuur la toont de gehele microschakeling in de vorm zoals deze gewoonlijk wordt getoond in referentieboeken. In feite kan op de diagrammen elke trigger in de behuizing worden afgebeeld weg van zijn "partner", terwijl de tekening misschien geen conclusies toont die eenvoudig niet in dit circuit worden gebruikt, hoewel ze dat in feite wel zijn. Een voorbeeld van een dergelijke schets van een D-trigger wordt getoond in figuur 1b.

Beschouw de ingangssignalen in meer detail. Dit wordt gedaan met een trigger met pennen 1 ... 6 als voorbeeld. Dienovereenkomstig zal al het bovenstaande waar zijn met betrekking tot een andere trigger (met pincode 8 ... 13).

Signalen R en S vervullen dezelfde functie als vergelijkbare RS-signalen van een trigger: wanneer een logisch nulniveau wordt toegepast op ingang S, wordt de trigger ingesteld op een enkele status. Dit betekent dat een logische eenheid op de directe uitgang verschijnt (pin 5). Als nu een logische nul op de R-ingang wordt toegepast, wordt de trigger gereset. Dit betekent dat op de directe uitgang (pin 5) een logisch nulniveau verschijnt en op de inverse (pin 5) een logische eenheid.

In het algemeen, wanneer iemand het heeft over de status van een trigger, verwijst dit naar de status van de directe output: als de trigger is geïnstalleerd, bevindt de directe output zich op een hoog niveau (logische eenheid). Dienovereenkomstig wordt begrepen dat alles precies het tegenovergestelde is op de inverse uitgang, dus de inverse uitgang wordt vaak niet genoemd bij het overwegen van de werking van het circuit.

Een logische eenheid kan zoveel als gewenst aan de ingangen R en S worden geleverd: de status van de trigger verandert niet. Dit suggereert dat de ingangen R en S laag zijn. Dat is de reden waarom de RS-ingangen beginnen met een kleine cirkel, wat aangeeft dat het werksignaalniveau laag is of, wat hetzelfde is, omgekeerd. Een dergelijke kleine cirkel in de ingangssignalen is niet alleen te vinden in triggers, maar ook in het beeld van enkele andere microschakelingen, bijvoorbeeld decoders of multiplexers, wat ook aangeeft dat het werkniveau van dit signaal een laag niveau is. Dit is een algemene regel voor alle grafische symbolen van microschakelingen.

Naast de RS-ingangen heeft de D-trigger ook een D-gegevensingang, van Engelse gegevens (data), en een synchronisatie-ingang C van de Engelse klok (puls, stroboscoop). Met deze ingangen kunt u een trigger laten werken als geheugenelement of als een teltrigger. Om de werking van de D-trigger te begrijpen, is het beter om een ​​klein circuit samen te stellen en eenvoudige experimenten uit te voeren.

Let op het beeld van ingang C: het rechteruiteinde van deze uitgang in de afbeelding eindigt met een kleine schuine streep in de richting van links - omhoog - naar rechts. Deze functie geeft aan dat de trigger-omschakeling van de ingang C plaatsvindt op het moment van overgang van het ingangssignaal van nul naar één. Figuur 3 toont een mogelijke pulsvorm aan ingang C.

Om de werking van de D-trigger beter te begrijpen, is het het beste om het circuit te assembleren, zoals weergegeven in figuur 2.

Figuur 2. Schema voor het bestuderen van de werking van de D - trigger.

Figuur 3. Pulsopties op ingang C.

Voor de duidelijkheid is de trigger verbonden met zijn uitgangen (pennen 5 en 6) LED-indicatoren. We verbinden dezelfde indicator met ingang C. Ingang D wordt via een weerstand van 1 kΩ aangesloten op de +5 V-voedingsbus en, zoals in het diagram wordt getoond, op de SB1-knop. Nadat het circuit is geassembleerd, controleren we de installatiekwaliteit en kunt u de stroom inschakelen.

Werk D trigger op RS-ingangen

Bij het inschakelen moet een van de LED's HL2 of HL3 branden. Stel dat het HL3 is en daarom, wanneer ingeschakeld, de trigger op één staat, hoewel deze ook op nul kan worden ingesteld. De lage ingangssignalen naar de RS-ingangen worden geleverd met behulp van een stuk flexibele geleider verbonden met een gemeenschappelijke draad.

Laten we eerst proberen een laag niveau toe te passen op ingang S, gewoon pin 4 sluiten op de gemeenschappelijke draad. Wat gaat er gebeuren? Aan de uitgangen van de trigger blijven de signalen in dezelfde staat als toen ze werden ingeschakeld. Waarom? Alles is heel eenvoudig: de trigger bevindt zich al in een enkele status of is geïnstalleerd en de levering van een stuursignaal aan ingang S bevestigt eenvoudig deze triggerstatus, de status verandert niet. Deze werkingsmodus voor de trigger is helemaal niet schadelijk en wordt vaak gevonden in de werking van echte circuits.

Nu, met dezelfde draad, zullen we een laag niveau toepassen op ingang R. Het resultaat zal niet lang op zich laten wachten: de trigger zal naar het lage niveau schakelen, of, zoals ze zeggen, het zal worden gereset. Herhaalde en daaropvolgende toevoer van een laag niveau aan ingang R zal ook eenvoudig een toestand bevestigen, deze keer nul, op dezelfde manier als hierboven beschreven voor ingang S. Uit deze status kan dit worden afgeleid door een laag niveau aan ingang S te leveren, of combinatie van signalen op ingangen C en D.

Opgemerkt moet worden dat soms een D-trigger eenvoudig kan worden gebruikt als een RS-trigger, dat wil zeggen dat ingangen C en D niet worden gebruikt. In dit geval moeten ze, om de ruisimmuniteit te vergroten, worden aangesloten op de +5 V-bus via weerstanden met een weerstand van 1 KOhm, of worden aangesloten op een gemeenschappelijke draad.

Triggerwerking op ingangen C en D

Stel dat de trigger momenteel is geïnstalleerd, zodat de HL3-LED brandt. Wat gebeurt er als u op de SB1-knop drukt? Absoluut niets, de status van de trigger-uitgangssignalen zal niet veranderen. Als nu de trigger op ingang R wordt gereset, gaat de LED HL2 branden en gaat HL3 uit. Als u in dit geval op de SB1-knop drukt, wordt de trigger-status niet gewijzigd. Dit suggereert dat er geen klokpulsen zijn op ingang C.

Laten we nu proberen klokpulsen toe te passen op ingang C. De eenvoudigste manier om dit te doen is door een rechthoekige pulsgenerator samen te stellen, die we al kennen uit de vorige delen van het artikel. Het circuit is weergegeven in figuur 4.

Figuur 4. Klokgenerator.

Om de werking van het circuit visueel te observeren, moet de frequentie van de generator klein zijn, met de details die op het circuit worden aangegeven, is het ongeveer 1 Hz, dat wil zeggen 1 oscillatie (puls) per seconde. De frequentie van de generator kan worden gewijzigd door condensator C1 te selecteren. De status van ingang C wordt aangegeven door LED HL1: de LED brandt - bij ingang C een hoog niveau, indien uit, dan is het niveau laag.Op het moment van ontsteking van de LED HL1 op de ingang C wordt een positieve spanningsval gevormd (van laag naar hoog). Het is deze overgang die de D trigger triggert op ingang C, en niet de aanwezigheid van een hoog of laag spanningsniveau op deze ingang. Dit moet worden onthouden en het gedrag van de trigger precies volgen op het moment dat het pulsfront wordt gevormd.

Als de pulsgenerator is aangesloten op ingang C en de stroom is ingeschakeld, wordt de trigger ingesteld op één met de eerste puls, de daaropvolgende pulsen van de triggertoestand veranderen niet. Dit alles geldt voor het geval dat de schakelaar SB1 zich in de positie bevindt die in de afbeelding wordt getoond.

Laten we nu SB1 naar de onderste positie schakelen volgens het circuit, waardoor een laag niveau wordt toegepast op ingang D. De allereerste impuls die van de generator kwam, brengt de trigger in een logische nulstand of de trigger wordt gereset. De HL2 LED zal ons hierover vertellen. Daaropvolgende pulsen op ingang C veranderen ook de status van de trigger niet.

Figuur 2b toont het timingdiagram van de triggerbewerking voor CD-ingangen. Er wordt aangenomen dat de status van ingang D verandert zoals weergegeven in de figuur, en periodieke klokpulsen aankomen op ingang C.

De eerste puls op ingang C stelt de trigger in op een enkele toestand (pin 5) en de tweede puls van de triggertoestand verandert niet, omdat op ingang C het niveau tot nu toe hoog blijft.

De status van ingang D tussen de tweede en derde klokpulsen verandert van een hoog naar een laag niveau, zoals te zien in figuur 2. Maar de trigger schakelt alleen naar het nulstatus aan het begin van de derde klokpuls. De vierde en vijfde pulsen op de ingang C van de triggertoestand veranderen niet.

Opgemerkt moet worden dat het signaal op ingang D zijn waarde van laag naar hoog veranderde tijdens een klokpuls op ingang C. De trigger veranderde echter niet van status, omdat de positieve flank van de klokpuls eerder was dan de niveauverandering door inlaat D.

De trigger wordt alleen door de zesde impuls, meer bepaald aan de voorkant, in een enkele toestand geschakeld. De zevende puls zal de trigger resetten, omdat er al een hoog niveau is ingesteld aan de ingang D tijdens zijn positieve flank. De volgende impulsen werken op precies dezelfde manier, zodat lezers er zelf mee kunnen omgaan.

Een ander timingdiagram wordt getoond in figuur 5.

Figuur 5. Compleet timingdiagram van D-triggerwerking.

De figuur laat zien dat de trigger in drie modi kan werken, waarvan er twee hierboven al zijn besproken. In de afbeelding zijn dit asynchrone en synchrone modi. De heersende modus is van het grootste belang in het tijddiagram: het is duidelijk dat tijdens het lage niveau op de ingang R de triggertoestand niet verandert op de ingangen C en D, wat aangeeft dat de RS-ingangen prioriteit hebben. Figuur 5 toont ook de waarheidstabel voor de D - trigger.

Uit het voorgaande kunnen de volgende conclusies worden getrokken: elk positief pulsverschil op ingang C stelt de trigger in op de status die op dat moment op ingang D was, of brengt zijn status eenvoudig over naar de directe uitgang van trigger Q. Het negatieve pulsverschil op ingang C heeft geen effect op De activeringsstatus wordt niet weergegeven.

Figuur 3 toont de mogelijke pulsvormen aan de C-ingang: het is een blokgolf (3a), korte pulsen op hoog niveau, of positieve (3b), korte pulsen op laag niveau (negatief) (3c). In ieder geval wordt de trigger veroorzaakt door een positief verschil.

In sommige gevallen zal het de voorkant van de impuls zijn, en in andere zijn achteruitgang. Met deze omstandigheid moet rekening worden gehouden bij het ontwikkelen en analyseren van circuits op D - triggers. Werking van de D - trigger in de telmodus Een van de belangrijkste doelen van de D - trigger is het gebruik in de telmodus. Om het te laten werken als een pulsteller, is het voldoende om een ​​signaal van zijn eigen inverse uitgang naar ingang D te sturen. Een dergelijke verbinding is weergegeven in figuur 6.

Figuur 6. Werking van de D-trigger in de telmodus.

In deze modus zal de trigger bij aankomst van elke puls op ingang C zijn status veranderen in het tegenovergestelde, zoals weergegeven in het tijddiagram. En de verklaring hiervoor is de eenvoudigste en meest logische: de toestand aan de ingang D is altijd tegengesteld, omgekeerd, ten opzichte van de directe uitgang. Daarom wordt, in het licht van de eerdere overweging van de triggerbewerking, zijn omgekeerde toestand overgedragen naar de directe uitvoer. Eén trigger telt, hoewel in de telmodus, niet veel, alleen maximaal twee: 0..1 en opnieuw 0..1, enzovoort.

Om een ​​teller te krijgen die kan tellen, moet u echt meerdere triggers in serie in serie verbinden. Dit wordt later in een apart artikel besproken. Bovendien moet u letten op het feit dat de pulsen aan de uitgang van de trigger een frequentie hebben die exact twee keer lager is dan de ingang aan de ingang C. Deze eigenschap wordt gebruikt in gevallen waarin het nodig is om de signaalfrequentie te delen door een factor twee: 2, 4 , 8, 16, 32 enzovoort.

De vorm van de pulsen na de deling door de trigger is altijd een meander, zelfs in het geval van zeer korte invoerpulsen op de ingang C. Dit is het einde van het verhaal over de mogelijkheden om de D-trigger te gebruiken. Het volgende deel van het artikel zal het hebben over het gebruik van JK-type triggers.

Vervolg van het artikel: Logische chips. Deel 9. JK-trigger