Spúšť je prvok digitálnej technológie, bistabilné zariadenie, ktoré sa prepne do jedného zo stavov a môže v ňom zostať neobmedzene, aj keď sú odstránené vonkajšie signály. Je zostavený z logických prvkov prvej úrovne (AND-NOT, OR-NOT atď.) a patrí medzi logické zariadenia druhej úrovne.
V praxi sa klopné obvody vyrábajú vo forme mikroobvodov v samostatnom balení alebo sú zahrnuté ako prvky vo veľkých integrovaných obvodoch (LSI) alebo programovateľných logických poliach (PLM).
Obsah
Klasifikácia a typy synchronizácie spúšťačov
Spúšťače spadajú do dvoch širokých tried:
- asynchrónne;
- synchrónne (taktované).
Zásadný rozdiel medzi nimi je v tom, že pre prvú kategóriu zariadení sa úroveň výstupného signálu mení súčasne so zmenou signálu na vstupe (vstupoch).Pri synchrónnych spúšťačoch nastáva zmena stavu iba vtedy, ak je na vstupe, ktorý je na to určený, synchronizačný (hodinový, stroboskopický) signál. Na tento účel je k dispozícii špeciálny výstup označený písmenom C (hodiny). Podľa typu hradlovania sú synchrónne prvky rozdelené do dvoch tried:
- dynamický;
- statické.
Pri prvom type sa výstupná úroveň mení v závislosti od konfigurácie vstupných signálov v čase objavenia sa čela (nábežná hrana) alebo poklesu hodinového impulzu (v závislosti od konkrétneho typu spúšťača). Medzi výskytom synchronizačných predných strán (svahov) môžu byť na vstupy privedené akékoľvek signály, stav spúšte sa nezmení. V druhej možnosti nie je znakom taktovania zmena úrovne, ale prítomnosť jednotky alebo nuly na vstupe Hodiny. Existujú aj zložité spúšťacie zariadenia klasifikované podľa:
- počet stabilných stavov (3 alebo viac, na rozdiel od 2 pre hlavné prvky);
- počet úrovní (tiež viac ako 3);
- iné vlastnosti.
Komplexné prvky majú obmedzené použitie v špecifických zariadeniach.
Typy spúšťačov a ako fungujú
Existuje niekoľko základných typov spúšťačov. Pred pochopením rozdielov je potrebné poznamenať spoločnú vlastnosť: keď sa použije napájanie, výstup akéhokoľvek zariadenia sa nastaví do ľubovoľného stavu. Ak je to kritické pre celkovú prevádzku obvodu, musia byť poskytnuté obvody s prednastavením. V najjednoduchšom prípade ide o RC obvod, ktorý generuje signál pre nastavenie počiatočného stavu.
RS žabky
Najbežnejším typom asynchrónneho bistabilného zariadenia je klopný obvod RS. Vzťahuje sa na klopné obvody so samostatným nastavením stavu 0 a 1.Sú na to dva vstupy:
- S - sada (inštalácia);
- R - reset (reset).
K dispozícii je priamy výstup Q, môže existovať aj invertovaný výstup Q1. Logická úroveň na ňom je vždy opačná ako úroveň na Q - to je užitočné pri navrhovaní obvodov.
Keď je na vstup S privedená kladná úroveň, výstup Q sa nastaví na logickú jednotku (ak je tam invertovaný výstup, prejde na úroveň 0). Potom sa na vstupe nastavenia môže signál meniť podľa potreby - to neovplyvní výstupnú úroveň. Kým sa na vstupe R neobjaví 1. Toto nastaví klopný obvod do stavu 0 (1 na invertovanom výstupe). Teraz zmena signálu na resetovacom vstupe neovplyvní ďalší stav prvku.
Dôležité! Možnosť, keď je na oboch vstupoch logická jednotka, je zakázaná. Spúšťač bude nastavený do ľubovoľného stavu. Pri navrhovaní schém by sa malo tejto situácii vyhnúť.
Preklápací obvod RS môže byť zostavený na základe široko používaných prvkov NAND s dvoma vstupmi. Táto metóda je implementovaná ako na konvenčných mikroobvodoch, tak aj vo vnútri programovateľných matríc.
Jeden alebo oba vstupy môžu byť invertované. To znamená, že na týchto kolíkoch je spúšť ovládaná vzhľadom nie vysokej, ale nízkej úrovne.
Ak postavíte RS klopný obvod na dvojvstupových prvkoch AND-NOT, potom budú oba vstupy inverzné – riadené napájaním logickej nuly.
Existuje hradlová verzia žabky RS. Má prídavný vstup C. Prepnutie nastane, keď sú splnené dve podmienky:
- prítomnosť vysokej úrovne na vstupe Set alebo Reset;
- prítomnosť hodinového signálu.
Takýto prvok sa používa v prípadoch, keď sa spínanie musí oneskoriť, napríklad v čase konca prechodových javov.
D žabky
D-trigger ("transparent trigger", "latch", latch) patrí do kategórie synchrónnych zariadení, taktovaných vstupom C. Nechýba ani dátový vstup D (Data). Z hľadiska funkčnosti patrí zariadenie medzi spúšťače s príjmom informácií cez jeden vstup.
Pokiaľ je na hodinovom vstupe prítomná logická jednotka, signál na výstupe Q opakuje signál na dátovom vstupe (režim priehľadnosti). Akonáhle úroveň stroboskopu prejde do stavu 0, úroveň na výstupe Q zostane rovnaká ako v čase hrany (západky). Takže môžete kedykoľvek opraviť vstupnú úroveň na vstupe. Nechýbajú ani D-šľapky s taktovaním na prednej strane. Zachytávajú signál na kladnej hrane stroboskopu.
V praxi je možné v jednom mikroobvode kombinovať dva typy bistabilných zariadení. Napríklad klopný obvod D a RS. V tomto prípade majú prioritu vstupy Set/Reset. Ak je na nich logická nula, tak sa prvok správa ako bežný D-flip-flop. Keď sa aspoň na jednom vstupe vyskytne vysoká úroveň, výstup sa nastaví na 0 alebo 1, bez ohľadu na signály na vstupoch C a D.
Priehľadnosť klopného obvodu D nie je vždy užitočná funkcia. Aby sa tomu zabránilo, používajú sa dvojité prvky (klopný obvod, spúšť „tlieskania“), označujú sa písmenami TT. Prvým spúšťačom je bežná západka, ktorá prenáša vstupný signál na výstup. Druhá spúšť slúži ako pamäťový prvok. Obe zariadenia sú taktované jedným bleskom.
T-žabky
T-spúšť patrí do triedy spočítateľných bistabilných prvkov. Logika jeho práce je jednoduchá – mení svoj stav vždy, keď na jeho vstup príde ďalšia logická jednotka.Ak je na vstup privedený impulzný signál, výstupná frekvencia bude dvakrát vyššia ako vstupná. Na invertovanom výstupe bude signál mimo fázy s priamym.
Takto funguje asynchrónny T-flip-flop. K dispozícii je tiež synchrónna možnosť. Pri privedení impulzného signálu na hodinový vstup a za prítomnosti logickej jednotky na výstupe T sa prvok správa rovnako ako asynchrónny - rozdeľuje vstupnú frekvenciu na polovicu. Ak je kolík T logická nula, potom je výstup Q nastavený na nízku hodnotu, bez ohľadu na prítomnosť zábleskov.
Žabky JK
Tento bistabilný prvok patrí do kategórie univerzálnych. Dá sa ovládať samostatne pomocou vstupov. Logika klopného obvodu JK je podobná práci prvku RS. Vstup J (Job) sa používa na nastavenie výstupu na jednotku. Vysoká úroveň na kolíku K (Keep) resetuje výstup na nulu. Zásadný rozdiel oproti RS-triggeru je v tom, že nie je zakázaný súčasný výskyt jedničiek na dvoch riadiacich vstupoch. V tomto prípade výstup prvku zmení svoj stav na opačný.
Ak sú pripojené výstupy Job a Keep, potom sa klopný obvod JK zmení na asynchrónny počítací T-obvod. Keď sa na kombinovaný vstup aplikuje štvorcová vlna, výstup bude mať polovičnú frekvenciu. Podobne ako prvok RS existuje taktovaná verzia žabky JK. V praxi sa používajú najmä hradlové prvky tohto typu.
Praktické využitie
Vlastnosť spúšťačov uchovávať zaznamenané informácie aj pri odstránení vonkajších signálov umožňuje ich použitie ako pamäťové bunky s kapacitou 1 bit.Z jednotlivých prvkov môžete zostaviť maticu na ukladanie binárnych stavov - podľa tohto princípu sú zostavené statické pamäte s náhodným prístupom (SRAM). Vlastnosťou takejto pamäte je jednoduchý obvod, ktorý nevyžaduje ďalšie ovládače. Preto sa takéto SRAM používajú v ovládačoch a PLA. Nízka hustota záznamu však bráni použitiu takýchto matríc v PC a iných výkonných výpočtových systémoch.
Použitie klopných obvodov ako frekvenčných deličov bolo spomenuté vyššie. Bistabilné prvky môžu byť spojené do reťazcov a získať rôzne deliace pomery. Rovnaký reťazec možno použiť ako počítadlo impulzov. Na to je potrebné v každom okamihu prečítať stav výstupov z medzičlánkov - získa sa binárny kód zodpovedajúci počtu impulzov, ktoré prišli na vstup prvého prvku.
V závislosti od typu použitých spúšťačov môžu byť počítadlá synchrónne alebo asynchrónne. Sériovo-paralelné prevodníky sú postavené na rovnakom princípe, ale sú tu použité iba hradlové prvky. Tiež digitálne oneskorovacie linky a ďalšie prvky binárnej technológie sú postavené na spúšťačoch.
RS žabky sa používajú ako nivelačné svorky (tlmiče odskoku). Ak sa mechanické spínače (tlačidlá, spínače) používajú ako zdroje logickej úrovne, potom pri stlačení vytvorí odrazový efekt mnoho signálov namiesto jedného. S týmto úspešne bojuje žabka RS.
Rozsah bistabilných zariadení je široký. Rozsah úloh riešených s ich pomocou do značnej miery závisí od fantázie projektanta, najmä v oblasti neštandardných riešení.
Podobné články:
