Dispositivi digitali: infradito, comparatori e registri

I dispositivi digitali sono costruiti su elementi logici, quindi obbediscono alle leggi dell'algebra logica. I dispositivi di base della tecnologia digitale, insieme ai dispositivi logici, sono le infradito.

Trigger (trigger inglese - trigger) - un dispositivo elettronico che ha due stati stabili e può saltare da uno stato all'altro sotto l'influenza di un impulso esterno.

I trigger o, più precisamente, i sistemi di trigger sono chiamati un'ampia classe di dispositivi elettronici che hanno la capacità di rimanere a lungo in uno dei due stati stabili e alternarli sotto l'influenza di segnali esterni. Ogni condizione di trigger è facilmente riconoscibile dal valore della tensione di uscita.

Ogni stato di trigger corrisponde a un determinato livello di tensione di uscita (alto o basso):

1) il trigger è impostato su uno stato — livello «1».

2) il flip-flop viene resettato — livello «0» in uscita.

Lo stato stazionario rimane per tutto il tempo desiderato e può essere modificato da un impulso esterno o disinserendo la tensione di alimentazione. Che.un flip-flop è un elemento di memoria elementare in grado di immagazzinare la più piccola unità di informazione (un bit) «0» o «1».

I flip-flop possono essere costruiti su elementi discreti, elementi logici, su un circuito integrato o fanno parte di un circuito integrato.

I principali tipi di infradito includono: RS-, D-, T- e JK-flipper... Inoltre, le infradito sono suddivise in asincrone e sincrone. Nell'attuazione asincrona, il passaggio da uno stato all'altro avviene direttamente con l'arrivo di un segnale all'ingresso delle informazioni. Oltre agli input di dati, i flip-flop sincronizzati hanno un input di clock. La loro commutazione avviene solo in presenza di un clock di abilitazione.

Un trigger RS ​​ha almeno due ingressi: S (set — set) — il trigger è impostato allo stato del livello «1» e R (reset) — il trigger è resettato allo stato del livello «0». (Fig. 1).

In presenza dell'ingresso C, il flip-flop è sincrono: la commutazione del flip-flop (cambio di stato dell'uscita) può avvenire solo al momento dell'arrivo dell'impulso di sincronizzazione (sincronizzazione) all'ingresso C.

Figura 1 — Rappresentazione grafica convenzionale del flip-flop RS e scopo delle conclusioni a) asincrone, b) sincrone

Oltre all'uscita diretta, il flip-flop può avere anche un'uscita inversa, il cui segnale sarà opposto.

La tabella 1 mostra gli stati che il flip-flop può assumere durante il funzionamento. La tabella mostra i valori dei segnali di ingresso S e R ad un certo istante di tempo tn e lo stato del flip-flop (dell'uscita diretta) al successivo istante di tempo tn + 1 dopo l'arrivo del successivo impulsi. Il nuovo stato di trigger è influenzato anche dallo stato precedente di Q n.

Che.se è necessario scrivere sul trigger «1» — diamo un impulso all'ingresso S, se «0» — inviamo un impulso all'ingresso R.

La combinazione S = 1, R = 1 è una combinazione proibita perché è impossibile prevedere quale stato verrà stabilito all'uscita.

Tabella 1 - Tabella di stato del flip-flop RS sincrono

Il funzionamento del flip-flop può essere visto anche utilizzando i diagrammi di temporizzazione (Fig. 2).

Figura 2 — Diagrammi di temporizzazione di un flip-flop RS asincrono

D-trigger (dall'inglese delay — delay) ha un ingresso di informazioni e un ingresso di clock (sincronizzazione) (Fig. 3).

Il D-flip-flop memorizza e memorizza all'uscita Q il segnale che era all'ingresso dati D al momento dell'arrivo dell'impulso di clock C. il flip-flop memorizza le informazioni scritte quando C = 1.

Tabella 2-Tabella degli stati del D-flip-flop

Figura 3 — Trigger D: a) rappresentazione grafica convenzionale, b) diagrammi temporali di funzionamento

I trigger a T (dall'inglese tumble - ribaltamento, capriola), chiamati anche flip-flop di conteggio, hanno un ingresso di informazioni T. Ogni impulso (decadimento dell'impulso) dell'ingresso T (ingresso di conteggio) commuta il trigger nello stato opposto.

La Figura 4 mostra la simbologia del T-trigger (a) e i diagrammi temporali di funzionamento (b).

Figura 4-T-flip-flop a) notazione grafica convenzionale, b) diagrammi temporali di funzionamento c) tabella di stato

Un trigger JK (dall'inglese jump — jump, keer — hold) ha due ingressi dati J e K e un ingresso clock C. L'assegnazione dei pin J e K è simile all'assegnazione dei pin R e S, ma il trigger ha nessuna combinazione proibita. Se J = K = 1, cambia il suo stato al contrario (Fig. 5).

Con il collegamento appropriato degli ingressi, il trigger può svolgere le funzioni di RS-, D-, T-trigger, ad es. è un trigger universale.

Figura 5 -JK -flip-flop a) notazione grafica convenzionale, b) tabella di stato abbreviata

Comparatore (confronta - confronta) - un dispositivo che confronta due tensioni - input Uin con un riferimento Uref. La tensione di riferimento è una tensione costante con polarità positiva o negativa, la tensione di ingresso cambia nel tempo. Il circuito comparatore più semplice basato su un amplificatore operazionale è mostrato in Figura 6, a. Se Uin Uop all'uscita U — us (Fig. 6, b).

Figura 6 — Comparatore op-amp: a) lo schema più semplice b) caratteristiche prestazionali

Un comparatore di feedback positivo è chiamato trigger di Schmitt. Se il comparatore passa da «1» a «0» e viceversa alla stessa tensione, allora il grilletto di Schmitt - a tensioni diverse. La tensione di riferimento crea un circuito PIC R1R2, il segnale di ingresso viene inviato all'ingresso invertente dell'amplificatore operazionale. La Figura 7, b, mostra la caratteristica di trasferimento del trigger di Schmitt.

A una tensione negativa all'ingresso dell'inventario del sistema operativo Uout = U + sat. Ciò significa che sull'ingresso non invertente agisce una tensione positiva. All'aumentare della tensione di ingresso, la corrente Uin > Uneinv. (Uav — trigger) il comparatore passa allo stato Uout = U -sat. All'ingresso non invertente viene applicata una tensione negativa. Di conseguenza, con una diminuzione della tensione di ingresso al momento Uin <Uneinv. (Uav — trigger) il comparatore entra nello stato Uout = U + sat.

Figura 7 - Funzionamento di Schmitt di un amplificatore operazionale: a) lo schema più semplice b) caratteristiche prestazionali

Un esempio. La figura 8 mostra uno schema di un relè-contattore per il controllo di un motore elettrico, consentendone l'avvio, l'arresto e l'inversione.

Figura 8 — Schema di controllo del motore del relè-contattore

La commutazione del motore elettrico viene effettuata dagli avviatori magnetici KM1, KM2. I contatti liberamente chiusi KM1, KM2 impediscono il funzionamento simultaneo di avviatori magnetici. I contatti liberamente aperti KM1, KM2 forniscono l'autobloccaggio dei pulsanti SB2 e SB3.

Per migliorare l'affidabilità del funzionamento, è necessario sostituire i circuiti di controllo e di potenza del relè-contattore con un sistema senza contatto che utilizza dispositivi e dispositivi a semiconduttore.

La Figura 9 mostra un circuito di controllo del motore senza contatto.

I contatti di potenza degli avviatori magnetici sono stati sostituiti con opto-simistori: KM1-VS1-VS3, KM2-VS4-VS6. L'uso di optosimistori consente di isolare un circuito di controllo a bassa corrente da un potente circuito di alimentazione.

I trigger forniscono pulsanti autobloccanti SB2, SB3. Gli elementi logici AND garantiscono l'attivazione simultanea di uno solo degli avviatori magnetici.

Quando il transistor VT1 si apre, la corrente scorre attraverso i LED del primo gruppo di opto-simistori VS1-VS3, assicurando così il flusso di corrente attraverso gli avvolgimenti del motore.L'apertura del transistor VT2 alimenta il secondo gruppo di opto-simistori VS4 -VS6, garantendo la rotazione del motore elettrico nell'altra direzione.

Figura 9 — Circuito di controllo del motore senza contatto

Registro: un dispositivo elettronico progettato per l'archiviazione a breve termine e la conversione di numeri binari a più cifre. Il registro è costituito da flip-flop, il cui numero determina quanti bit di un numero binario può memorizzare il registro: la dimensione del registro (Fig. 10, a). Gli elementi logici possono essere utilizzati per organizzare il funzionamento dei trigger.

Figura 10 — Registro: a) rappresentazione generale, b) notazione grafica convenzionale

Secondo il metodo di input e output delle informazioni, i registri sono divisi in parallelo e seriale.

In un registro sequenziale, i flip-flop sono collegati in serie, cioè le uscite del flip-flop precedente passano le informazioni agli ingressi del flip-flop successivo. Gli ingressi di clock flip-flop C sono collegati in parallelo. Tale registro ha un ingresso dati e un ingresso di controllo: l'ingresso di clock C.

Un registro parallelo scrive simultaneamente su flip-flop per i quali sono presenti quattro ingressi di dati.

La Figura 10 mostra l'UGO e l'allocazione dei pin di un registro parallelo-seriale a quattro bit.