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Chip logici. Parte 8. D - grilletto
L'articolo descrive il D-trigger, il suo funzionamento in varie modalità, una tecnica semplice e intuitiva per lo studio del principio di azione.
Nella parte precedente dell'articolo, è stato avviato lo studio dei trigger. Il trigger RS è considerato il più semplice di questa famiglia, descritta nella settima parte dell'articolo. I trigger D e JK sono più ampiamente utilizzati nei dispositivi elettronici. Secondo il significato dell'azione, a loro piace Grilletto RS, sono anche dispositivi con due stati stabili in uscita, ma hanno una logica più complessa dei segnali di ingresso.
Va notato che tutto quanto sopra sarà vero non solo per Chip serie K155e per altre serie di circuiti logici, ad esempio K561 e K176. E non solo per quanto riguarda i trigger, anche tutti i microcircuiti logici funzionano esattamente, la differenza sta solo nei parametri elettrici dei segnali: livelli di tensione e frequenze operative, consumo di energia e capacità di carico.
Grilletto D.
Esistono diverse modifiche ai D-flip-flop nella serie di chip K155, tuttavia il chip K155TM2 è il più comune. In un pacchetto a 14 pin ci sono due D-flip-flop indipendenti. L'unica cosa che li unisce è un circuito di potenza comune. Ogni trigger ha quattro ingressi di livello logico e, di conseguenza, due uscite. Questa è un'uscita diretta e inversa, con la quale abbiamo già familiarità con la storia del trigger RS. Qui svolgono la stessa funzione. La Figura 1 mostra un D-trigger.
Esistono anche microcircuiti contenenti quattro infradito D in un unico alloggiamento: si tratta di microcircuiti come K155TM5 e K155TM7. A volte in letteratura vengono chiamati registri a quattro cifre.
Figura 1. Chip K155TM2.
La Figura 1a mostra l'intero microcircuito nella forma come è normalmente mostrato nei libri di consultazione. In effetti, sui diagrammi ogni innesco situato nell'alloggiamento può essere raffigurato lontano dal suo "partner", mentre il disegno potrebbe non mostrare conclusioni che non sono semplicemente utilizzate in questo circuito, sebbene in realtà lo siano. Un esempio di tale schema di un D-trigger è mostrato nella Figura 1b.
Considerare più in dettaglio i segnali di ingresso. Questo sarà fatto usando un trigger con i pin 1 ... 6 come esempio. Di conseguenza, tutto quanto sopra sarà vero rispetto ad un altro trigger (con i numeri di pin 8 ... 13).
I segnali R e S svolgono la stessa funzione di segnali RS simili di un trigger: quando viene applicato un livello zero logico all'ingresso S, il trigger viene impostato su un singolo stato. Ciò significa che un'unità logica apparirà sull'uscita diretta (pin 5). Se ora applica uno zero logico all'ingresso R, il trigger viene ripristinato. Ciò significa che all'uscita diretta (pin 5) apparirà un livello zero logico e all'inverso (pin 5) sarà presente un'unità logica.
In generale, quando si parla dello stato di un trigger, si fa riferimento allo stato della sua uscita diretta: se il trigger è installato, la sua uscita diretta è di alto livello (unità logica). Di conseguenza, si comprende che tutto è esattamente l'opposto sull'uscita inversa, quindi l'uscita inversa non viene spesso menzionata quando si considera il funzionamento del circuito.
Un'unità logica può essere fornita agli ingressi R e S quanto desiderato: lo stato del trigger non cambia. Ciò suggerisce che gli ingressi sono R e S bassi. Ecco perché gli ingressi RS iniziano con un piccolo cerchio, che indica che il livello del segnale di lavoro è basso o, che è lo stesso, inverso. Un cerchio così piccolo nei segnali di ingresso può essere trovato non solo nei trigger, ma anche nell'immagine di alcuni altri microcircuiti, ad esempio decodificatori o multiplexer, il che indica anche che il livello di lavoro di questo segnale è basso. Questa è una regola generale per tutti i simboli grafici dei microcircuiti.
Oltre agli ingressi RS, il D-trigger ha anche un ingresso dati D, da dati inglesi (dati) e un ingresso di sincronizzazione C dall'orologio inglese (impulso, strobo). Utilizzando questi input, è possibile far funzionare un trigger come elemento di memoria o come trigger di conteggio. Per comprendere il funzionamento del D-trigger, è meglio assemblare un piccolo circuito ed eseguire semplici esperimenti.
Prestare attenzione all'immagine dell'ingresso C: l'estremità destra di questa uscita nella figura termina con una piccola barra nella direzione da sinistra - su - a destra. Questa funzione indica che il passaggio del trigger sull'ingresso C si verifica al momento della transizione del segnale di ingresso da zero a uno. La Figura 3 mostra una possibile forma di impulso all'ingresso C.
Per comprendere più a fondo il funzionamento del grilletto D, è meglio assemblare il circuito, come mostrato nella Figura 2.
Figura 2. Schema per lo studio del funzionamento del D - trigger.
Figura 3. Opzioni impulsi all'ingresso C.
Per chiarezza, il trigger è collegato alle sue uscite (pin 5 e 6) indicatori LED. Colleghiamo lo stesso indicatore all'ingresso C. L'ingresso D, attraverso una resistenza da 1 kΩ, è collegato al bus di alimentazione +5 V e, come mostrato nello schema, il pulsante SB1. Dopo aver assemblato il circuito, verificheremo la qualità dell'installazione e quindi potrai accendere l'alimentazione.
Lavorare il grilletto D sugli ingressi RS
All'accensione, uno dei LED HL2 o HL3 deve essere acceso. Supponiamo che sia HL3, quindi, quando attivato, il trigger è impostato su uno, sebbene possa anche essere impostato su zero. I segnali di ingresso di basso livello agli ingressi RS saranno forniti utilizzando un conduttore flessibile collegato a un filo comune.
Innanzitutto, proviamo ad applicare un livello basso all'ingresso S, chiudendo semplicemente il pin 4 sul filo comune. Cosa succederà Alle uscite del trigger, i segnali rimarranno nello stesso stato in cui erano quando sono stati accesi. Perché? Tutto è molto semplice: il trigger è già in un singolo stato o installato e la fornitura di un segnale di controllo per l'ingresso S conferma semplicemente questo stato di trigger, lo stato non cambia. Questa modalità di funzionamento per il trigger non è affatto dannosa e si trova spesso nel funzionamento di circuiti reali.
Ora, usando lo stesso filo, applicheremo un livello basso all'ingresso R. Il risultato non tarderà ad arrivare: il trigger passerà al livello basso o, come si dice, verrà resettato. Anche la fornitura ripetuta e successiva di un livello basso all'ingresso R confermerà semplicemente uno stato, questa volta zero, allo stesso modo descritto sopra per l'ingresso S. Da questo stato, può essere dedotto fornendo un livello basso all'ingresso S, oppure combinazione di segnali sugli ingressi C e D.
Va notato che a volte un D-trigger può essere utilizzato semplicemente come un RS-trigger, ovvero gli ingressi C e D non vengono utilizzati. In questo caso, per aumentare l'immunità al rumore, dovrebbero essere collegati al bus +5 V tramite resistori con una resistenza di 1 KOhm o collegati a un filo comune.
Attivazione del funzionamento sugli ingressi C e D
Supponiamo che il trigger sia attualmente installato, quindi il LED HL3 sia acceso. Cosa succede se si preme il pulsante SB1? Assolutamente nulla, lo stato dei segnali di uscita del trigger non cambierà. Se ora per resettare il grilletto sull'ingresso R, il LED HL2 si accenderà e HL3 si spegnerà. La pressione del pulsante SB1 in questo caso non cambierà lo stato di trigger. Ciò suggerisce che non ci sono impulsi di clock sull'ingresso C.
Ora proviamo ad applicare impulsi di clock all'ingresso C. Il modo più semplice per farlo è assemblando un generatore di impulsi rettangolare, già familiare dalle parti precedenti dell'articolo. Il suo circuito è mostrato in Figura 4.
Figura 4. Generatore di clock.
Per osservare visivamente il funzionamento del circuito, la frequenza del generatore deve essere piccola, con i dettagli indicati sul circuito è di circa 1 Hz, cioè 1 oscillazione (impulso) al secondo. La frequenza del generatore può essere modificata selezionando il condensatore C1. Lo stato dell'ingresso C è indicato dal LED HL1: il LED è acceso - all'ingresso C un livello alto, se spento, quindi il livello è basso.Al momento dell'accensione del LED HL1 sull'ingresso C, si forma una caduta di tensione positiva (da bassa ad alta). È questa transizione che fa scattare il trigger D sull'ingresso C e non la presenza di un livello di alta o bassa tensione su questo ingresso. Questo dovrebbe essere ricordato e monitorare il comportamento del trigger esattamente al momento della formazione della parte anteriore dell'impulso.
Se il generatore di impulsi è collegato all'ingresso C e l'alimentazione è attivata, il trigger verrà impostato su uno con il primo impulso, gli impulsi successivi dello stato di trigger non cambieranno. Tutto quanto sopra vale per il caso in cui l'interruttore SB1 è nella posizione mostrata in figura.
Ora spostiamo SB1 nella posizione inferiore in base al circuito, applicando quindi un livello basso all'ingresso D. Il primissimo impulso proveniente dal generatore metterà il trigger in uno stato di zero logico o il trigger verrà ripristinato. Il LED HL2 ci parlerà di questo. Anche gli impulsi successivi sull'ingresso C non cambiano lo stato del trigger.
La Figura 2b mostra il diagramma di temporizzazione dell'operazione di trigger per gli ingressi CD. Si presume che lo stato dell'ingresso D cambi come mostrato in figura e che impulsi di orologio periodici arrivino all'ingresso C.
Il primo impulso sull'ingresso C imposta il trigger su un singolo stato (pin 5) e il secondo impulso dello stato di trigger non cambia, poiché all'ingresso C il livello rimane finora elevato.
Lo stato dell'ingresso D tra il secondo e il terzo impulso di clock cambia da un livello alto a uno basso, come si può vedere nella Figura 2. Ma il trigger passa allo stato zero solo all'inizio del terzo impulso di clock. Il quarto e il quinto impulso all'ingresso C dello stato di trigger non cambiano.
Va notato che il segnale sull'ingresso D ha cambiato il suo valore da basso ad alto durante un impulso di clock sull'ingresso C. Tuttavia, il trigger non ha cambiato stato, poiché il fronte positivo dell'impulso di clock era precedente alla variazione di livello di ingresso D.
Il trigger verrà commutato in un singolo stato solo dal sesto impulso, più precisamente dalla sua parte anteriore. Il settimo impulso ripristinerà il trigger, poiché è già stato stabilito un livello alto sull'ingresso D durante il suo fronte positivo. I seguenti impulsi funzionano esattamente allo stesso modo, quindi i lettori possono gestirli da soli.
Un altro diagramma di temporizzazione è mostrato nella Figura 5.
Figura 5. Diagramma di temporizzazione completo dell'operazione del grilletto D.
La figura mostra che il trigger può funzionare in tre modalità, due delle quali sono già state discusse in precedenza. Nella figura, si tratta di modalità asincrone e sincrone. La modalità prevalente è di grande interesse per il diagramma temporale: è chiaro che durante il livello basso sull'ingresso R, lo stato di trigger non cambia sugli ingressi C e D, il che indica che gli ingressi RS sono prioritari. La Figura 5 mostra anche la tabella di verità per il D-trigger.
Da quanto precede, si possono trarre le seguenti conclusioni: ogni differenza di impulso positivo sull'ingresso C imposta il trigger sullo stato che in quel momento era sull'ingresso D, o semplicemente trasferisce il suo stato sull'uscita diretta del trigger Q. La differenza negativa sull'impulso sull'ingresso C non ha alcun effetto su Lo stato del trigger non viene visualizzato.
La Figura 3 mostra le possibili forme di impulso sull'ingresso C: è un meandro (3a), impulsi di alto livello brevi o positivo (3b), impulsi di basso livello brevi (negativo) (3c). In ogni caso, il trigger viene attivato da una differenza positiva.
In alcuni casi, sarà la parte anteriore dell'impulso e in altri il suo declino. Questa circostanza dovrebbe essere presa in considerazione durante lo sviluppo e l'analisi dei circuiti sui grilletti a D. Funzionamento del grilletto D in modalità di conteggio Uno degli scopi principali del grilletto D è il suo uso in modalità di conteggio. Per farlo funzionare come contatore di impulsi, è sufficiente applicare un segnale dalla propria uscita inversa all'ingresso D. Tale connessione è mostrata in Figura 6.
Figura 6. Funzionamento del grilletto D in modalità conteggio.
In questa modalità, all'arrivo di ciascun impulso sull'ingresso C, il trigger cambierà il suo stato al contrario, come mostrato nel diagramma temporale. E la spiegazione di ciò è la più semplice e la più logica: lo stato all'ingresso D è sempre opposto, inverso, rispetto all'uscita diretta. Pertanto, alla luce della precedente considerazione dell'operazione di trigger, il suo stato inverso viene trasferito all'uscita diretta. Un trigger, sebbene in modalità di conteggio, non conta molto, solo fino a due: 0..1 e ancora 0..1 e così via.
Per ottenere un contatore in grado di contare, è davvero necessario collegare più trigger in modalità contatore in serie. Questo sarà discusso più avanti in un articolo separato. Inoltre, è necessario prestare attenzione al fatto che gli impulsi sull'uscita del trigger hanno una frequenza esattamente due volte inferiore rispetto all'ingresso sull'ingresso C. Questa proprietà viene utilizzata nei casi in cui è necessario dividere la frequenza del segnale per un fattore due: 2, 4 , 8, 16, 32 e così via.
La forma degli impulsi dopo la divisione per il trigger è sempre un meandro, anche nel caso di impulsi di input molto brevi all'ingresso C. Questa è la fine della storia sulle possibilità di usare il trigger D. La prossima parte dell'articolo parlerà dell'uso dei trigger di tipo JK.
Continuazione dell'articolo: Chip logici. Parte 9. Trigger JK
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