Wyzwalacz to element technologii cyfrowej, urządzenie bistabilne, które przełącza się w jeden ze stanów i może w nim przebywać bez końca, nawet po usunięciu sygnałów zewnętrznych. Jest zbudowany z elementów logicznych pierwszego poziomu (AND-NOT, OR-NOT itp.) i należy do urządzeń logicznych drugiego poziomu.
W praktyce przerzutniki są produkowane w postaci mikroukładów w osobnym opakowaniu lub wchodzą jako elementy w duże układy scalone (LSI) lub programowalne tablice logiczne (PLM).
Zawartość
Klasyfikacja i rodzaje synchronizacji wyzwalaczy
Wyzwalacze dzielą się na dwie szerokie klasy:
- asynchroniczny;
- synchroniczny (taktowany).
Zasadnicza różnica między nimi polega na tym, że dla pierwszej kategorii urządzeń poziom sygnału wyjściowego zmienia się jednocześnie ze zmianą sygnału na wejściu (wejściach).W przypadku wyzwalaczy synchronicznych zmiana stanu następuje tylko wtedy, gdy na przewidzianym do tego wejściu pojawi się sygnał synchronizujący (zegar, stroboskop). W tym celu zapewnione jest specjalne wyjście, oznaczone literą C (zegar). W zależności od rodzaju bramkowania elementy synchroniczne dzielą się na dwie klasy:
- dynamiczny;
- statyczny.
Dla pierwszego typu poziom wyjściowy zmienia się w zależności od konfiguracji sygnałów wejściowych w momencie pojawienia się czoła (zbocze natarcia) lub opadu impulsu zegarowego (w zależności od konkretnego typu przerzutnika). Pomiędzy pojawieniem się frontów synchronizujących (slops) na wejścia można podać dowolne sygnały, stan przerzutnika nie ulegnie zmianie. W drugiej opcji znakiem taktowania nie jest zmiana poziomu, ale obecność jedynki lub zera na wejściu Clock. Istnieją również złożone urządzenia wyzwalające klasyfikowane według:
- liczba stanów stabilnych (3 lub więcej, w przeciwieństwie do 2 dla głównych elementów);
- liczba poziomów (również więcej niż 3);
- inne cechy.
Złożone elementy mają ograniczone zastosowanie w określonych urządzeniach.
Rodzaje wyzwalaczy i sposób ich działania
Istnieje kilka podstawowych typów wyzwalaczy. Przed zrozumieniem różnic należy zwrócić uwagę na wspólną właściwość: po włączeniu zasilania wyjście dowolnego urządzenia jest ustawiane w dowolnym stanie. Jeśli ma to krytyczne znaczenie dla ogólnego działania obwodu, należy zapewnić obwody nastawcze. W najprostszym przypadku jest to obwód RC, który generuje sygnał do ustawienia stanu początkowego.
Klapki RS
Najpopularniejszym typem asynchronicznego urządzenia bistabilnego jest przerzutnik RS. Dotyczy to przerzutników z osobnym ustawieniem stanu 0 i 1.Są na to dwa wejścia:
- S - zestaw (instalacja);
- R - reset (reset).
Jest wyjście bezpośrednie Q, może być też wyjście odwrócone Q1. Poziom logiczny na nim jest zawsze przeciwieństwem poziomu na Q - jest to przydatne podczas projektowania obwodów.
Gdy do wejścia S zostanie przyłożony dodatni poziom, wyjście Q zostanie ustawione na jednostkę logiczną (jeśli jest odwrócone wyjście, przejdzie do poziomu 0). Następnie, na wejściu konfiguracji, sygnał może się zmieniać, jak chcesz - nie wpłynie to na poziom wyjściowy. Dopóki na wejściu R nie pojawi się 1. Spowoduje to ustawienie przerzutnika w stan 0 (1 na odwróconym wyjściu). Teraz zmiana sygnału na wejściu resetu nie wpłynie na dalszy stan elementu.
Ważny! Opcja, gdy na obu wejściach znajduje się jednostka logiczna, jest zabroniona. Wyzwalacz zostanie ustawiony w dowolnym stanie. Przy projektowaniu schematów należy unikać takiej sytuacji.
Przerzutnik RS może być zbudowany w oparciu o powszechnie stosowane dwuwejściowe elementy NAND. Ta metoda jest implementowana zarówno na konwencjonalnych mikroukładach, jak i wewnątrz programowalnych macierzy.
Jedno lub oba wejścia można odwrócić. Oznacza to, że na tych pinach spust jest kontrolowany przez pojawienie się nie wysokiego, ale niskiego poziomu.
Jeśli zbudujesz przerzutnik RS na dwuwejściowych elementach AND-NOT, to oba wejścia będą odwrotne - sterowane podaniem logicznego zera.
Dostępna jest bramowana wersja klapek RS. Posiada dodatkowe wejście C. Przełączanie następuje, gdy spełnione są dwa warunki:
- obecność wysokiego poziomu na wejściu Set lub Reset;
- obecność sygnału zegarowego.
Taki element jest stosowany w przypadkach, gdy przełączenie musi być opóźnione, na przykład w momencie zakończenia transjentów.
Japonki D
D-trigger („transparent trigger”, „latch”, zatrzask) należy do kategorii urządzeń synchronicznych, taktowanych przez wejście C. Istnieje również wejście danych D (Data). Pod względem funkcjonalności urządzenie należy do wyzwalaczy z odbiorem informacji przez jedno wejście.
Dopóki na wejściu zegara występuje logiczny, sygnał na wyjściu Q powtarza sygnał na wejściu danych (tryb przezroczystości). Gdy tylko poziom stroboskopu osiągnie stan 0, poziom na wyjściu Q pozostanie taki sam, jak w momencie zbocza (zatrzaski). Możesz więc w dowolnym momencie ustalić poziom wejściowy na wejściu. Są też japonki typu D-flip z taktowaniem z przodu. Zatrzaskują sygnał na dodatnim zboczu stroboskopu.
W praktyce w jednym mikroukładzie można połączyć dwa rodzaje urządzeń bistabilnych. Na przykład flip-flop D i RS. W takim przypadku wejścia Set/Reset mają pierwszeństwo. Jeśli jest na nich logiczne zero, element zachowuje się jak normalny D-flip-flop. Gdy wysoki poziom występuje na co najmniej jednym wejściu, wyjście jest ustawiane na 0 lub 1, niezależnie od sygnałów na wejściach C i D.
Przezroczystość klapek typu D nie zawsze jest użyteczną funkcją. Aby tego uniknąć stosuje się podwójne elementy (flip-flop, „klaszczący” spust), są one oznaczane literami TT. Pierwszym wyzwalaczem jest zwykły zatrzask, który przekazuje sygnał wejściowy na wyjście. Drugi wyzwalacz służy jako element pamięci. Oba urządzenia są taktowane jednym stroboskopem.
T-japonki
T-trigger należy do klasy policzalnych elementów bistabilnych. Logika jego działania jest prosta - zmienia swój stan za każdym razem, gdy na jego wejście wejdzie kolejna jednostka logiczna.Jeśli do wejścia zostanie doprowadzony sygnał impulsowy, częstotliwość wyjściowa będzie dwa razy wyższa niż wejściowa. Na wyjściu odwróconym sygnał będzie przesunięty w fazie z wyjściem bezpośrednim.
Tak działa asynchroniczny T-flip-flop. Istnieje również opcja synchroniczna. Gdy sygnał impulsowy jest podawany na wejście zegara i w obecności jednostki logicznej na wyjściu T, element zachowuje się tak samo jak asynchroniczny - dzieli częstotliwość wejściową na pół. Jeśli pin T ma logiczne zero, to wyjście Q jest ustawione w stan niski, niezależnie od obecności stroboskopów.
Klapki JK
Ten bistabilny element należy do kategorii uniwersalnych. Może być sterowany oddzielnie przez wejścia. Logika przerzutnika JK jest podobna do pracy elementu RS. Wejście J (Zadanie) służy do ustawienia wyjścia na jeden. Wysoki poziom na styku K (Keep) resetuje wyjście do zera. Podstawowa różnica w stosunku do wyzwalacza RS polega na tym, że jednoczesne pojawienie się jedynek na dwóch wejściach sterujących nie jest zabronione. W takim przypadku wyjście elementu zmienia swój stan na przeciwny.
Jeśli wyjścia Job i Keep są połączone, JK-flip-flop zamienia się w asynchroniczne zliczanie T-flip-flop. Kiedy fala prostokątna zostanie zastosowana do połączonego wejścia, wyjście będzie o połowę niższe od częstotliwości. Podobnie jak element RS, istnieje taktowana wersja przerzutnika JK. W praktyce stosuje się głównie tego typu elementy bramkowane.
Praktyczne użycie
Właściwość wyzwalaczy do zachowywania zapisanych informacji nawet po usunięciu sygnałów zewnętrznych pozwala na ich wykorzystanie jako komórek pamięci o pojemności 1 bitu.Z pojedynczych elementów można zbudować macierz do przechowywania stanów binarnych – zgodnie z tą zasadą budowane są statyczne pamięci o dostępie swobodnym (SRAM). Cechą takiej pamięci jest prosty obwód, który nie wymaga dodatkowych kontrolerów. Dlatego takie SRAM są używane w kontrolerach i PLA. Jednak niska gęstość zapisu uniemożliwia wykorzystanie takich macierzy w komputerach PC i innych potężnych systemach obliczeniowych.
Wykorzystanie przerzutników jako dzielników częstotliwości zostało wspomniane powyżej. Elementy bistabilne można łączyć w łańcuchy i uzyskiwać różne współczynniki podziału. Ten sam ciąg może służyć jako licznik impulsów. W tym celu należy w każdej chwili odczytać stan wyjść z elementów pośrednich - uzyskany zostanie kod binarny odpowiadający ilości impulsów, które wpłynęły na wejście pierwszego elementu.
W zależności od typu zastosowanych wyzwalaczy liczniki mogą być synchroniczne lub asynchroniczne. Przetworniki szeregowo-równoległe zbudowane są na tej samej zasadzie, ale tutaj zastosowano tylko elementy bramkowane. Również cyfrowe linie opóźniające i inne elementy technologii binarnej są zbudowane na wyzwalaczach.
Przerzutniki RS służą jako zaciski poziomu (tłumiki odbić). Jeśli jako źródła poziomów logicznych używane są przełączniki mechaniczne (przyciski, przełączniki), to po naciśnięciu efekt odbicia utworzy wiele sygnałów zamiast jednego. Klapki RS skutecznie to zwalczają.
Zakres urządzeń bistabilnych jest szeroki. Zakres zadań rozwiązywanych za ich pomocą w dużej mierze zależy od wyobraźni projektanta, zwłaszcza w zakresie rozwiązań niestandardowych.
Podobne artykuły:
