Thể loại: Điện tử thực hành, Thợ điện Novice
Số lượt xem: 114666
Bình luận về bài viết: 4
Chip logic. Phần 8. D - kích hoạt
Bài viết mô tả D-trigger, hoạt động của nó trong các chế độ khác nhau, một kỹ thuật đơn giản và trực quan để nghiên cứu nguyên tắc hành động.
Trong phần trước của bài viết, nghiên cứu về các yếu tố kích hoạt đã được bắt đầu. Trình kích hoạt RS được coi là đơn giản nhất trong gia đình này, được mô tả trong phần thứ bảy của bài viết. Kích hoạt D và JK được sử dụng rộng rãi hơn trong các thiết bị điện tử. Theo ý nghĩa của hành động, họ, thích Kích hoạt RS, cũng là các thiết bị có hai trạng thái ổn định ở đầu ra, nhưng có logic phức tạp hơn của các tín hiệu đầu vào.
Cần lưu ý rằng tất cả những điều trên sẽ đúng không chỉ với Dòng chip K155và cho các chuỗi logic khác, ví dụ, K561 và K176. Và không chỉ liên quan đến kích hoạt, tất cả các chip logic cũng hoạt động chính xác, sự khác biệt chỉ nằm ở các thông số điện của tín hiệu - mức điện áp và tần số hoạt động, mức tiêu thụ điện và khả năng tải.
Kích hoạt D
Có một số sửa đổi của D-flip-flop trong loạt chip K155, tuy nhiên, chip K155TM2 là phổ biến nhất. Trong một gói 14 chân có hai D-flip-flop độc lập. Điều duy nhất hợp nhất chúng là một mạch điện chung. Mỗi kích hoạt có bốn đầu vào mức logic và theo đó, hai đầu ra. Đây là một đầu ra trực tiếp và nghịch đảo, mà chúng ta đã quen thuộc với câu chuyện về trình kích hoạt RS. Ở đây họ thực hiện chức năng tương tự. Hình 1 cho thấy một trình kích hoạt D.
Ngoài ra còn có các vi mạch chứa bốn D-flip-flop trong một vỏ: đây là các vi mạch như K155TM5 và K155TM7. Đôi khi trong tài liệu chúng được gọi là thanh ghi bốn chữ số.
Hình 1. Chip K155TM2.
Hình 1a cho thấy toàn bộ microcircuit ở dạng như nó thường được hiển thị trong sách tham khảo. Trên thực tế, trên các sơ đồ, mỗi bộ kích hoạt trong vỏ có thể được mô tả cách xa đối tác của nó, trong khi bản vẽ có thể không hiển thị kết luận đơn giản là không được sử dụng trong mạch này, mặc dù trên thực tế chúng là. Một ví dụ về một phác thảo như vậy của trình kích hoạt D được hiển thị trong Hình 1b.
Xem xét chi tiết hơn các tín hiệu đầu vào. Điều này sẽ được thực hiện bằng cách sử dụng một kích hoạt với các chân 1 ... 6 làm ví dụ. Theo đó, tất cả những điều trên sẽ đúng với một trình kích hoạt khác (với số pin 8 ... 13).
Tín hiệu R và S thực hiện chức năng tương tự như tín hiệu RS tương tự của bộ kích hoạt: khi mức 0 logic được áp dụng cho đầu vào S, bộ kích hoạt được đặt thành một trạng thái duy nhất. Điều này có nghĩa là một đơn vị logic sẽ xuất hiện trên đầu ra trực tiếp (chân 5). Nếu bây giờ áp dụng số 0 logic cho đầu vào R, kích hoạt được đặt lại. Điều này có nghĩa là ở đầu ra trực tiếp (chân 5), mức 0 logic sẽ xuất hiện và ở nghịch đảo (chân 6) sẽ có một đơn vị logic.
Nói chung, khi người ta nói về trạng thái của một kích hoạt, nó có nghĩa là trạng thái của đầu ra trực tiếp của nó: nếu kích hoạt được cài đặt, thì đầu ra trực tiếp của nó ở mức cao (đơn vị logic). Theo đó, người ta hiểu rằng trên đầu ra nghịch đảo, mọi thứ hoàn toàn ngược lại, do đó, đầu ra nghịch đảo thường không được đề cập khi xem xét hoạt động của mạch.
Một đơn vị logic có thể được cung cấp cho các đầu vào R và S nhiều như mong muốn: trạng thái của trình kích hoạt không thay đổi. Điều này cho thấy rằng các đầu vào là R và S thấp. Đó là lý do tại sao các đầu vào RS bắt đầu bằng một vòng tròn nhỏ, điều này cho thấy mức tín hiệu làm việc thấp hoặc tương tự, ngược lại. Một vòng tròn nhỏ như vậy trong các tín hiệu đầu vào có thể được tìm thấy không chỉ trong các bộ kích hoạt, mà còn trong hình ảnh của một số vi mạch khác, ví dụ, bộ giải mã hoặc bộ ghép kênh, cũng chỉ ra rằng mức làm việc của tín hiệu này là mức thấp. Đây là một quy tắc chung cho tất cả các biểu tượng đồ họa của microcircuits.
Ngoài các đầu vào RS, trình kích hoạt D còn có đầu vào dữ liệu D, từ Dữ liệu tiếng Anh (dữ liệu) và đầu vào đồng bộ hóa C từ Đồng hồ tiếng Anh (xung, nhấp nháy). Sử dụng các đầu vào này, bạn có thể làm cho trình kích hoạt hoạt động như một phần tử bộ nhớ hoặc là trình kích hoạt đếm. Để hiểu được hoạt động của D-trigger, tốt hơn là lắp ráp một mạch nhỏ và thực hiện các thí nghiệm đơn giản.
Hãy chú ý đến hình ảnh của đầu vào C: đầu bên phải của đầu ra này trong hình kết thúc bằng một dấu gạch chéo nhỏ theo hướng từ trái sang phải - sang phải. Tính năng này chỉ ra rằng việc kích hoạt chuyển đổi qua đầu vào C xảy ra tại thời điểm chuyển tín hiệu đầu vào từ 0 sang một. Hình 3 cho thấy hình dạng xung có thể có ở đầu vào C.
Để hiểu kỹ hơn hoạt động của bộ kích hoạt D, cách tốt nhất là lắp ráp mạch, như trong Hình 2.
Hình 2. Sơ đồ nghiên cứu hoạt động của trình kích hoạt D.
Hình 3. Các tùy chọn xung ở đầu vào C.
Để rõ ràng, kích hoạt được kết nối với các chỉ báo LED đầu ra (chân 5 và 6). Chúng tôi kết nối cùng một chỉ báo với đầu vào C. Đầu vào D, thông qua điện trở 1 kΩ, được kết nối với bus cấp nguồn +5 V và, như trong sơ đồ, nút SB1. Sau khi mạch được lắp ráp, chúng tôi sẽ kiểm tra chất lượng cài đặt, và sau đó bạn có thể bật nguồn.
Công việc kích hoạt D trên đầu vào RS
Khi bật, một trong các đèn LED HL2 hoặc HL3 phải sáng. Giả sử rằng đó là HL3, do đó, khi được bật, kích hoạt được đặt thành một, mặc dù nó cũng có thể được đặt thành không. Các tín hiệu đầu vào mức thấp đến các đầu vào RS sẽ được cung cấp bằng cách sử dụng một đoạn dây dẫn linh hoạt được kết nối với một dây chung.
Trước tiên, chúng ta hãy thử áp dụng mức thấp cho đầu vào S, chỉ cần đóng chân 4 vào dây chung. Điều gì sẽ xảy ra? Ở đầu ra của bộ kích hoạt, các tín hiệu sẽ vẫn ở trạng thái như khi được bật. Tại sao? Mọi thứ rất đơn giản: trình kích hoạt đã ở một trạng thái duy nhất hoặc được cài đặt và việc cung cấp tín hiệu điều khiển cho đầu vào S chỉ cần xác nhận trạng thái kích hoạt này, trạng thái không thay đổi. Chế độ hoạt động cho kích hoạt này hoàn toàn không có hại và thường được tìm thấy trong hoạt động của các mạch thực.
Bây giờ, sử dụng cùng một dây, chúng tôi sẽ áp dụng mức thấp cho đầu vào R. Kết quả sẽ không còn lâu nữa: trình kích hoạt sẽ chuyển sang mức thấp, hoặc như họ nói, nó sẽ được đặt lại. Việc cung cấp lặp lại và tiếp theo mức thấp cho đầu vào R cũng sẽ đơn giản xác nhận trạng thái, lần này là 0, giống như cách mô tả ở trên cho đầu vào S. Từ trạng thái này, có thể suy ra bằng cách cung cấp mức thấp cho đầu vào S, hoặc kết hợp các tín hiệu ở đầu vào C và D.
Cần lưu ý rằng đôi khi một trình kích hoạt D có thể được sử dụng đơn giản như một trình kích hoạt RS, nghĩa là, các đầu vào C và D không được sử dụng. Trong trường hợp này, để tăng khả năng chống ồn, chúng nên được kết nối với bus +5 V thông qua các điện trở có điện trở 1 KOhm hoặc kết nối với một dây chung.
Hoạt động kích hoạt trên đầu vào C và D
Giả sử rằng kích hoạt hiện đang được cài đặt, vì vậy đèn LED HL3 sáng. Điều gì xảy ra nếu bạn nhấn nút SB1? Hoàn toàn không có gì, trạng thái của tín hiệu đầu ra kích hoạt sẽ không thay đổi. Nếu bây giờ để đặt lại kích hoạt ở đầu vào R, đèn LED HL2 sẽ sáng và HL3 sẽ tắt. Nhấn nút SB1 trong trường hợp này sẽ không thay đổi trạng thái kích hoạt. Điều này cho thấy rằng không có xung đồng hồ ở đầu vào C.
Bây giờ hãy thử áp dụng xung đồng hồ cho đầu vào C. Cách dễ nhất để làm điều này là bằng cách lắp ráp một bộ tạo xung hình chữ nhật, đã quen thuộc với chúng ta từ các phần trước của bài viết. Mạch của nó được hiển thị trong Hình 4.
Hình 4. Bộ tạo đồng hồ.
Để quan sát hoạt động của mạch một cách trực quan, tần số của máy phát phải nhỏ, với các chi tiết được chỉ ra trên mạch là khoảng 1 Hz, nghĩa là 1 dao động (xung) mỗi giây. Tần số của máy phát có thể được thay đổi bằng cách chọn tụ C1. Trạng thái của đầu vào C được biểu thị bằng LED HL1: đèn LED sáng - ở đầu vào C ở mức cao, nếu tắt, thì mức thấp.Tại thời điểm đánh lửa của đèn LED HL1 ở đầu vào C, sự sụt giảm điện áp dương được hình thành (từ thấp đến cao). Chính sự chuyển đổi này làm cho trình kích hoạt D trên đầu vào C, và không có sự hiện diện của mức điện áp cao hay thấp ở đầu vào này. Điều này cần được ghi nhớ và theo dõi chính xác hành vi của bộ kích hoạt tại thời điểm hình thành mặt trước xung.
Nếu bộ tạo xung được kết nối với đầu vào C và bật nguồn, bộ kích hoạt sẽ được đặt thành một với xung đầu tiên, các xung tiếp theo của trạng thái kích hoạt sẽ không thay đổi. Tất cả những điều trên là đúng với trường hợp khi công tắc SB1 ở vị trí hiển thị trong hình.
Bây giờ, hãy chuyển SB1 sang vị trí thấp hơn theo mạch, từ đó áp dụng mức thấp cho đầu vào D. Chính xung đầu tiên xuất phát từ trình tạo sẽ đặt kích hoạt ở trạng thái logic 0 hoặc kích hoạt sẽ được đặt lại. Đèn LED HL2 sẽ cho chúng ta biết điều này. Các xung tiếp theo ở đầu vào C cũng không thay đổi trạng thái của bộ kích hoạt.
Hình 2b cho thấy sơ đồ thời gian của hoạt động kích hoạt cho đầu vào CD. Giả định rằng trạng thái của đầu vào D thay đổi như trong hình và các xung đồng hồ định kỳ đến đầu vào C.
Xung đầu tiên ở đầu vào C đặt kích hoạt thành một trạng thái duy nhất (chân 5) và xung thứ hai của trạng thái kích hoạt không thay đổi, vì tại đầu vào C, mức này vẫn duy trì ở mức cao.
Trạng thái đầu vào D giữa các xung đồng hồ thứ hai và thứ ba thay đổi từ mức cao xuống mức thấp, như có thể thấy trong Hình 2. Nhưng bộ kích hoạt chỉ chuyển sang trạng thái 0 ở đầu xung đồng hồ thứ ba. Xung thứ tư và thứ năm tại đầu vào C của trạng thái kích hoạt không thay đổi.
Cần lưu ý rằng tín hiệu ở đầu vào D đã thay đổi giá trị của nó từ thấp đến cao trong xung đồng hồ ở đầu vào C. Tuy nhiên, kích hoạt không thay đổi trạng thái, vì cạnh dương của xung đồng hồ sớm hơn thay đổi mức bởi đầu vào D.
Kích hoạt sẽ được chuyển sang một trạng thái duy nhất chỉ bởi xung thứ sáu, chính xác hơn là ở phía trước của nó. Xung thứ bảy sẽ thiết lập lại kích hoạt, vì mức cao đã được thiết lập ở đầu vào D trong cạnh dương của nó. Các xung sau đây hoạt động chính xác theo cùng một cách, vì vậy độc giả có thể tự mình giải quyết chúng.
Một sơ đồ thời gian khác được hiển thị trong Hình 5.
Hình 5. Hoàn thành sơ đồ thời gian của hoạt động kích hoạt D.
Hình vẽ cho thấy kích hoạt có thể hoạt động ở ba chế độ, hai trong số đó đã được thảo luận ở trên. Trong hình, đây là các chế độ không đồng bộ và đồng bộ. Chế độ thịnh hành là mối quan tâm lớn nhất trong sơ đồ thời gian: rõ ràng là ở mức thấp ở đầu vào R, trạng thái kích hoạt không thay đổi ở đầu vào C và D, điều này cho thấy đầu vào RS được ưu tiên. Hình 5 cũng cho thấy bảng chân lý cho trình kích hoạt D.
Từ những điều đã nói ở trên, có thể rút ra các kết luận sau: mỗi chênh lệch xung dương ở đầu vào C đặt bộ kích hoạt về trạng thái tại thời điểm đó là ở đầu vào D, hoặc đơn giản là chuyển trạng thái của nó sang đầu ra trực tiếp của bộ kích hoạt Q. Sự khác biệt âm trên xung ở đầu vào C không ảnh hưởng đến Trạng thái kích hoạt không kết xuất.
Hình 3 cho thấy các hình dạng xung có thể có ở đầu vào C: đó là một xung ngắn (3a), xung mức cao ngắn hoặc dương (3b), xung mức thấp ngắn (âm) (3c). Trong mọi trường hợp, kích hoạt được kích hoạt bởi một sự khác biệt tích cực.
Trong một số trường hợp, nó sẽ là mặt trước của sự thúc đẩy, và trong những trường hợp khác, sự suy giảm của nó. Tình huống này nên được tính đến khi phát triển và phân tích mạch trên D - kích hoạt. Hoạt động của trình kích hoạt D trong chế độ đếm Một trong những mục đích chính của trình kích hoạt D là sử dụng nó trong chế độ đếm. Để làm cho nó hoạt động như một bộ đếm xung, việc áp dụng tín hiệu từ đầu ra nghịch đảo của chính nó vào đầu vào là đủ. Một kết nối như vậy được hiển thị trong Hình 6.
Hình 6. Hoạt động của D - kích hoạt trong chế độ đếm.
Trong chế độ này, khi có mỗi xung ở đầu vào C, bộ kích hoạt sẽ thay đổi trạng thái sang ngược lại, như thể hiện trong sơ đồ thời gian. Và lời giải thích cho điều này là đơn giản và hợp lý nhất: trạng thái ở đầu vào D luôn ngược lại, ngược lại, đối với đầu ra trực tiếp. Do đó, dưới sự xem xét trước của hoạt động kích hoạt, trạng thái nghịch đảo của nó được chuyển sang đầu ra trực tiếp. Một kích hoạt, mặc dù ở chế độ đếm, không được tính nhiều, chỉ có tối đa hai: 0..1 và lại 0..1, v.v.
Để có được bộ đếm có khả năng đếm, bạn thực sự cần kết nối một số bộ kích hoạt trong chế độ bộ đếm theo chuỗi. Điều này sẽ được thảo luận sau trong một bài viết riêng. Ngoài ra, bạn nên chú ý đến thực tế là các xung ở đầu ra của bộ kích hoạt có tần số thấp hơn chính xác hai lần so với đầu vào ở đầu vào C. Thuộc tính này được sử dụng trong trường hợp cần chia tần số tín hiệu theo hệ số hai: 2, 4 , 8, 16, 32 và như vậy.
Hình dạng của các xung sau khi phân chia bởi bộ kích hoạt luôn luôn là một uốn khúc, ngay cả trong trường hợp các xung đầu vào rất ngắn ở đầu vào C. Đây là kết thúc của câu chuyện về khả năng sử dụng bộ kích hoạt D. Phần tiếp theo của bài viết sẽ nói về việc sử dụng các trình kích hoạt kiểu JK.
Tiếp tục bài viết: Chip logic. Phần 9. Trình kích hoạt JK
Xem thêm tại electro-vi.tomathouse.com
: