Skaitmeniniai įrenginiai: šlepetės, lygintuvai ir registrai

Skaitmeniniai įrenginiai yra sukurti ant loginių elementų, todėl jie paklūsta loginės algebros dėsniams. Pagrindiniai skaitmeninių technologijų įrenginiai kartu su loginiais įrenginiais yra šlepetės.

Triggeris (angl. trigger – trigger) – elektroninis prietaisas, turintis dvi stabilias būsenas ir galintis peršokti iš vienos būsenos į kitą veikiamas išorinio impulso.

Trigeriai arba, tiksliau, trigerinės sistemos vadinamos didele elektroninių prietaisų klase, kuri turi galimybę ilgą laiką išlikti vienoje iš dviejų stabilių būsenų ir jas kaitalioti veikiant išoriniams signalams. Kiekviena paleidimo sąlyga lengvai atpažįstama pagal išėjimo įtampos vertę.

Kiekviena paleidimo būsena atitinka tam tikrą (aukštą arba žemą) išėjimo įtampos lygį:

1) trigeris nustatytas į vieną būseną - „1“ lygį.

2) atleistas atleistas – išėjime „0“ lygis.

Pastovioji būsena išlieka tiek, kiek norima, ir gali būti pakeista išoriniu impulsu arba išjungiant maitinimo įtampą. Che."Flip-flop" yra elementarus atminties elementas, galintis saugoti mažiausią informacijos vienetą (vieną bitą) "0" arba "1".

Flip-flops gali būti pastatytas ant atskirų elementų, loginių elementų, ant integrinio grandyno arba yra integrinio grandyno dalis.

Pagrindiniai šlepečių tipai yra šie: RS-, D-, T- ir JK-fleppers... Be to, šlepetės skirstomos į asinchronines ir sinchronines. Asinchroninio paleidimo metu perjungimas iš vienos būsenos į kitą vyksta tiesiogiai, kai signalas patenka į informacijos įvestį. Be duomenų įvesties, sinchronizuoti šlepetės turi laikrodžio įvestį. Jų perjungimas vyksta tik esant įgalinančiam laikrodžio impulsui.

RS trigeris turi bent du įėjimus: S (nustatyti - nustatyta) - trigeris nustatytas į "1" lygio būseną ir R (atstatyti) - trigeris atstatomas į "0" lygio būseną. (1 pav.).

Esant įėjimui C, apverstas yra sinchroninis - apversto perjungimas (išėjimo būsenos pasikeitimas) gali įvykti tik tuo metu, kai į C įėjimą patenka sinchronizuojantis (sinchronizuojantis) impulsas.

1 pav. Įprastas grafinis RS šlepetės vaizdas ir išvadų tikslas a) asinchroninis, b) sinchroninis

Be tiesioginės išvesties, flip-flop gali turėti ir atvirkštinę išvestį, kurios signalas bus priešingas.

1 lentelėje parodytos būsenos, kurias apverstas gali įgyti veikimo metu. Lentelėje pateikiamos įvesties signalų S ir R reikšmės tam tikru momentu tn ir apversmo (tiesioginio išėjimo) būsena sekančiu laiko momentu tn + 1 po kito atėjimo. ankštiniai. Naują trigerio būseną taip pat veikia ankstesnė Q n būsena.

Che.jei reikia rašyti į trigerį «1» — duodame impulsą į S įėjimą, jei «0» — siunčiame impulsą į R įėjimą.

Derinys S = 1, R = 1 yra draudžiamas derinys, nes neįmanoma numatyti, kokia būsena bus nustatyta išėjime.

1 lentelė. Sinchroninio RS apversto būsenos lentelė

Flip-flop veikimą taip pat galima pamatyti naudojant laiko diagramas (2 pav.).

2 pav. Asinchroninio RS apversto laiko diagramos

D-trigger (iš anglų kalbos delay — delay) turi vieną informacijos įvestį ir laikrodžio (sinchronizuojantį) įvestį (3 pav.).

D-flip-flop išsaugo ir išsaugo išėjime Q signalą, kuris buvo duomenų įėjime D tuo metu, kai atėjo laikrodžio impulsas C. apverstas saugo informaciją, parašytą, kai C = 1.

2 lentelė. D-flip-flop būsenų lentelė

3 pav. D - trigeris: a) įprastas grafinis vaizdas, b) veikimo laiko diagramos

T-trigeriai (iš anglų kalbos tumble — apvertimas, salto), dar vadinami skaičiuojančiais šleifais, turi vieną informacijos įvestį T. Kiekvienas T įvesties (skaičiuojančios įvesties) impulsas (impulso slopinimas) perjungia trigerį į priešingą būseną.

4 paveiksle parodyta T formos trigerio simbolika (a) ir veikimo laiko diagramos (b).

4 pav. T-flip-flop a) įprastinis grafinis žymėjimas, b) veikimo laiko diagramos c) būsenos lentelė

JK trigeris (iš anglų kalbos jump — jump, keer — hold) turi dvi duomenų įvestis J ir K ir laikrodžio įvestį C. Kaiščių J ir K priskyrimas panašus į kaiščių R ir S priskyrimą, tačiau trigeris turi jokių draudžiamų derinių. Jei J = K = 1, tai pakeičia savo būseną į priešingą (5 pav.).

Tinkamai sujungus įėjimus, trigeris gali atlikti RS-, D-, T trigerių funkcijas, t.y. yra universalus trigeris.

5 paveikslas -JK -flip-flop a) įprastinis -grafinis žymėjimas, b) sutrumpinta būsenų lentelė

Komparatorius (palyginti - palyginti) - įrenginys, kuris lygina dvi įtampas - įvestis Uin su etaloniniu Uref. Etaloninė įtampa yra pastovi įtampa, turinti teigiamą arba neigiamą poliškumą, įėjimo įtampa laikui bėgant kinta. Paprasčiausia palyginimo grandinė, pagrįsta operaciniu stiprintuvu, parodyta 6 paveiksle, a. Jei Uin Uop išėjime U — us (6 pav., b).

6 pav. Op-amp komparatorius: a) paprasčiausia schema b) veikimo charakteristikos

Teigiamo grįžtamojo ryšio lyginamoji priemonė vadinama Schmitt trigeriu. Jei lygintuvas persijungia iš „1“ į „0“ ir atvirkščiai esant ta pačia įtampai, tada „Schmitt“ trigeris - esant skirtingoms įtampoms. Etaloninė įtampa sukuria PIC grandinę R1R2, įvesties signalas tiekiamas į operatyvinio stiprintuvo invertuojamąją įvestį. 7 paveiksle b parodyta Schmitt trigerio perdavimo charakteristika.

Esant neigiamai įtampai prie OS inventoriaus įėjimo Uout = U + sat. Tai reiškia, kad teigiama įtampa veikia neinvertuojančią įvestį. Didėjant įėjimo įtampai, srovė Uin > Uneinv. (Uav — trigeris) komparatorius pereina į būseną Uout = U -sat. Neinvertuojančiam įėjimui taikoma neigiama įtampa. Atitinkamai, sumažėjus įėjimo įtampai šiuo metu Uin <Uneinv. (Uav — trigeris) komparatorius pereina į būseną Uout = U + sat.

7 pav. Operatyvinio stiprintuvo Schmitto veikimas: a) paprasčiausia schema b) veikimo charakteristikos

Pavyzdys. 8 paveiksle parodyta relės-kontaktoriaus schema, skirta valdyti elektros variklį, leidžiantį jį užvesti, sustabdyti ir atbulinėti.

8 pav. Relės-kontaktoriaus variklio valdymo schema

Elektros variklio komutaciją atlieka magnetiniai starteriai KM1, KM2. Laisvai užsidarantys kontaktai KM1, KM2 neleidžia vienu metu veikti magnetiniams starteriams. Laisvai atidaromi kontaktai KM1, KM2 užtikrina savaiminį mygtukų SB2 ir SB3 užrakinimą.

Siekiant pagerinti veikimo patikimumą, relės-kontaktoriaus valdymo grandines ir maitinimo grandines būtina pakeisti nekontaktine sistema, naudojant puslaidininkinius įtaisus ir įrenginius.

9 paveiksle parodyta bekontakčio variklio valdymo grandinė.

Magnetinių starterių maitinimo kontaktai pakeisti opto-simistoriais: KM1-VS1-VS3, KM2-VS4-VS6. Optozimistorių naudojimas leidžia atskirti silpnos srovės valdymo grandinę nuo galingos maitinimo grandinės.

Trigeriai suteikia savaime užsifiksuojančius mygtukus SB2, SB3. Loginiai elementai IR užtikrina vienu metu tik vieno iš magnetinių starterių aktyvavimą.

Atsidarius tranzistoriui VT1, srovė teka per pirmos grupės opto-simistorių VS1-VS3 šviesos diodus, taip užtikrinant srovės tekėjimą per variklio apvijas.. Tranzistoriaus VT2 atidarymas aprūpina antrąją optosimistorių grupę VS4 -VS6, užtikrinantis elektros variklio sukimąsi kita kryptimi.

9 pav. Bekontakčio variklio valdymo grandinė

Registras – elektroninis įrenginys, skirtas trumpalaikiam daugiaženklių dvejetainių skaičių saugojimui ir konvertavimui. Registrą sudaro šleifai, kurių skaičius lemia, kiek dvejetainio skaičiaus bitų gali saugoti registras — registro dydį (10 pav., a). Trigerių veikimui organizuoti galima naudoti loginius elementus.

10 pav. Registras: a) bendras vaizdas, b) įprastinis grafinis žymėjimas

Pagal informacijos įvedimo ir išvedimo būdą registrai skirstomi į lygiagrečius ir nuosekliuosius.

Nuosekliame registre šlepetės yra sujungtos nuosekliai, tai yra, ankstesnio šlepetės išėjimai perduoda informaciją į kito šlepetės įvestis. Flip-flop laikrodžio įėjimai C sujungti lygiagrečiai. Toks registras turi vieną duomenų įvestį ir valdymo įvestį – laikrodžio įvestį C.

Lygiagretus registras vienu metu rašo į šliaužtinukus, kuriems yra keturios duomenų įvestys.

10 paveiksle parodytas keturių bitų lygiagrečios serijos registro UGO ir kontaktų paskirstymas.