Цифрови устройства: джапанки, компаратори и регистри

Цифровите устройства са изградени върху логически елементи, следователно те се подчиняват на законите на логическата алгебра. Основните устройства на цифровите технологии, заедно с логическите устройства, са тригери.

Тригер (Английски trigger — тригер) — електронно устройство, което има две стабилни състояния и може да прескача от едно състояние в друго под въздействието на външен импулс.

Тригери или по -точно системи за задействане се наричат ​​голям клас електронни устройства, които имат способността да останат в едно от двете стабилни състояния за дълго време и да ги редуват под въздействието на външни сигнали. Всяко състояние на задействане е лесно разпознат по стойността на изходното напрежение.

Всяко състояние на задействане съответства на определено (високо или ниско) ниво на изходното напрежение:

1) спусъкът е настроен на едно състояние — ниво «1».

2) джапанката е нулирана — ниво «0» на изхода.

Стационарното състояние остава толкова дълго, колкото желаете и може да бъде променено чрез външен импулс или чрез изключване на захранващото напрежение. Че. тригерът е елементарен елемент на паметта, способен да съхранява най -малката единица информация (един бит) «0» или «1».

Тригерите могат да бъдат изградени върху дискретни елементи, логически елементи, върху интегрална схема или са част от интегрална схема.

Основните видове тригери включват: RS-, D-, T- и JK-тригери… Освен това тригерите са разделени на асинхронни и синхронни. При асинхронни задействания превключването от едно състояние в друго се извършва директно с пристигането на сигнал към информационния вход. В допълнение към информационните входове, синхронизираните тригери имат вход за часовник. Тяхното превключване се извършва само при наличието на разрешаващ тактов импулс.

RS спусък има поне два входа: S (set — set) — спусъка е настроен на състоянието на ниво «1» и R (нулиране) — тригерът се нулира до състоянието на ниво «0». (Фиг. 1).

При наличието на вход C тригерът е синхронен — ​​превключването на тригера (промяна на състоянието на изхода) може да се случи само в момента на пристигане на синхронизиращия (синхронизиращ) импулс към вход C.

Фигура 1 — Конвенционално графично обозначение на RS -тригера и целта на заключенията а) асинхронно, б) синхронно

В допълнение към директния изход, тригерът може да има и обратен изход, сигналът на който ще бъде противоположен.

Таблица 1 показва състоянията, които тригерът може да приеме по време на работа. Таблицата показва стойностите на входните сигнали S и R в определен момент от време tn и състоянието на тригера (на директния изход) в следващия момент от време tn + 1 след пристигането на следващите импулси. Новото състояние на спусъка също се влияе от предишното състояние на Q n.

Че. ако е необходимо да се запише към тригера «1» — ние даваме импулс на входа S, ако «0» — изпращаме импулс към входа R.

Комбинацията S = 1, R = 1 е забранена комбинация, тъй като невъзможно е да се предвиди какво състояние ще се установи на изхода.

Таблица 1-Таблица на състоянията на синхронния RS-тригер

Работата на тригера може да се види и с помощта на времеви диаграми (фиг. 2).

Фигура 2 — Времеви диаграми на асинхронния RS -тригер

D-спусък (от английски delay — delay) има един информационен вход и часовник (синхронизиращ) вход (фиг. 3).

D-тригерът запаметява и съхранява на изхода Q сигнала, който е бил на информационния вход D в момента на пристигане на тактовия импулс C.тригерът съхранява информация, записана, когато C = 1.

Таблица 2-Таблица на състоянията на D-джапанката

Фигура 3 — D -спусък: а) конвенционално графично обозначение, б) времеви диаграми на работа

Т-тригери (от англ. tumble — преобръщане, салто), наричани още броещи тригери, имат един информационен вход T. Всеки импулс (затихване на импулса) на Т -входа (броещ вход) превключва спусъка в противоположно състояние.

Фигура 4 показва символичното обозначение (а) на Т-спусъка и времевите диаграми на работа (б).

Фигура 4-T-тригер а) конвенционално-графично обозначение, б) времеви диаграми на работа в) таблица на състоянията

JK спусък (от английския jump — jump, keer — hold) има два информационни входа J и K и тактов вход C. Присвояването на щифтове J и K е подобно на присвояването на щифтове R и S, но задействането няма забранено комбинации. Ако J = K = 1, то променя състоянието си на обратното (фиг. 5).

При подходящо свързване на входовете тригерът може да изпълнява функциите на RS-, D-, T-тригери, т.е. е универсален спусък.

Фигура 5 -JK -тригер a) конвенционално -графично обозначение, б) съкратена таблица на състоянията

Сравнител (сравнете — сравнете) — устройство, което сравнява две напрежения — вход Uin с референтен Uref. Референтното напрежение е постоянно напрежение с положителна или отрицателна полярност, входното напрежение се променя с течение на времето. Най -простата сравнителна схема, базирана на операционен усилвател, е показана на фигура 6, а. Ако Uin Uop на изхода U — us (фиг. 6, б).

Фигура 6 — Сравнител на оп -усилвател: а) най -простата схема б) характеристики на работа

Сравнителят с положителна обратна връзка се нарича тригер на Шмит. Ако компараторът превключи от «1» на «0» и обратно при едно и също напрежение, тогава спусъка на Шмит — при различни напрежения. Референтното напрежение създава PIC верига R1R2, входният сигнал се подава към инвертиращия вход на оп-усилвателя. Фигура 7, б, показва характеристиката на прехвърляне на спусъка на Шмит.

При отрицателно напрежение на инвентарния вход на ОС Uout = U + sat. Това означава, че положително напрежение действа върху неинвертиращия вход. С увеличаване на входното напрежение в момента Uin> Uneinv. (Uav — задействане) компараторът преминава в състояние Uout = U -sat. Отрицателно напрежение се прилага към неинвертиращия вход. Съответно, с намаляване на входното напрежение в момента Uin <Uneinv. (Uav — задействане) компараторът преминава в състояние Uout = U + sat.

Фигура 7 — Задействане на Шмит на оп -усилвател: а) най -простата схема б) характеристики на работа

Пример. Фигура 8 показва схема на реле-контактор за управление на електродвигател, която му позволява да стартира, спира и да се движи на заден ход.

Фигура 8 — Схема за управление на двигателя на реле -контактор

Комутацията на електродвигателя се извършва от магнитни стартери KM1, KM2. Свободно затворените контакти KM1, KM2 предотвратяват едновременната работа на магнитни стартери. Свободно отворените контакти KM1, KM2 осигуряват самозаключване на бутоните SB2 и SB3.

За да се подобри надеждността на работа, е необходимо да се подменят веригите за управление на реле-контактор и силовите вериги с безконтактна система, използваща полупроводникови устройства и устройства.

Фигура 9 показва безконтактна верига за управление на двигателя.

Захранващите контакти на магнитните стартери бяха заменени с опто-симистори: KM1-VS1-VS3, KM2-VS4-VS6. Използването на оптосимистори прави възможно изолирането на нискотокова управляваща верига от мощна захранваща верига.

Тригерите осигуряват самозаключващи се бутони SB2, SB3. Логическите елементи И осигуряват едновременно активиране само на един от магнитните стартери.

Когато транзисторът VT1 се отвори, токът преминава през светодиодите на първата група опто-симистори VS1-VS3, като по този начин осигурява потока на тока през намотките на двигателя.Отварянето на транзистора VT2 доставя втората група опто-симистори VS4-VS6, осигурявайки въртенето на електродвигателя в другата посока.

Фигура 9 — Безконтактна верига за управление на двигателя

Регистрирам -електронно устройство, предназначено за краткосрочно съхранение и преобразуване на многоцифрени двоични числа. Регистърът се състои от тригери, чийто брой определя колко бита от двоично число регистърът може да съхранява — размерът на регистъра (фиг. 10, а). Логическите елементи могат да се използват за организиране на работата на тригерите.

Фигура 10 — Регистър: а) общо представяне, б) конвенционално графично обозначение

Според метода на въвеждане и извеждане на информация регистрите се разделят на паралелни и последователни.

В последователен регистър джапанките са свързани последователно, тоест изходите на предишния тригер предават информация към входовете на следващия. Часовни входове C на джапанки са свързани паралелно. Такъв регистър има един информационен вход и контролен вход — часовник вход C.

В паралелен регистър едновременно се записва към тригери, за които има четири информационни входа.

Фигура 10 показва UGO и разпределението на щифтове на четирибитов паралелно-сериен регистър.