الأجهزة الرقمية: flip-flops والمقارنات والسجلات
الأجهزة الرقمية مبنية على عناصر منطقية ، وبالتالي فهي تخضع لقوانين الجبر المنطقي. الأجهزة الأساسية للتكنولوجيا الرقمية ، جنبًا إلى جنب مع الأجهزة المنطقية ، هي شبشب.
Trigger (الزناد الإنجليزي - الزناد) - جهاز إلكتروني له حالتان مستقرتان ويمكنه القفز من حالة إلى أخرى تحت تأثير دافع خارجي.
يطلق على المشغلات ، أو بشكل أكثر دقة ، أنظمة التشغيل فئة كبيرة من الأجهزة الإلكترونية التي لديها القدرة على البقاء في واحدة من حالتين ثابتتين لفترة طويلة وتبديلها تحت تأثير الإشارات الخارجية. يتم التعرف على كل حالة من حالات الزناد بسهولة من خلال قيمة جهد الخرج.
تتوافق كل حالة إطلاق مع مستوى جهد خرج معين (مرتفع أو منخفض):
1) يتم ضبط المشغل على حالة واحدة - المستوى «1».
2) يتم إعادة ضبط flip-flop - المستوى «0» عند الإخراج.
تظل الحالة المستقرة طالما رغبت في ذلك ويمكن تغييرها بواسطة نبضة خارجية أو عن طريق إيقاف تشغيل جهد الإمداد. تشي.flip-flop هو عنصر ذاكرة أولي قادر على تخزين أصغر وحدة من المعلومات (بت واحد) «0» أو «1».
يمكن بناء Flip-flops على عناصر منفصلة أو عناصر منطقية أو على دائرة متكاملة أو تكون جزءًا من دائرة متكاملة.
تشمل الأنواع الرئيسية للشباشب: RS- و D- و T- و JK-flippers ... بالإضافة إلى ذلك ، يتم تقسيم flip-flops إلى غير متزامن ومتزامن. في التشغيل غير المتزامن ، يتم التبديل من حالة إلى أخرى مباشرة مع وصول إشارة إلى إدخال المعلومات. بالإضافة إلى مدخلات البيانات ، فإن flip-flops المتزامنة لها مدخل على مدار الساعة. يتم تبديلها فقط في وجود نبض ساعة تمكين.
يحتوي مشغل RS على مدخلين على الأقل: S (مجموعة - مجموعة) - يتم ضبط المشغل على حالة المستوى «1» و R (إعادة الضبط) - تتم إعادة تعيين المشغل إلى حالة المستوى «0». (رسم بياني 1).
في وجود الإدخال C ، يكون flip-flop متزامنًا - يمكن أن يحدث تبديل flip-flop (تغيير حالة الإخراج) فقط في لحظة وصول نبض التزامن (التزامن) عند الإدخال C.
الشكل 1 - التمثيل الرسومي التقليدي لـ RS flip-flop والغرض من الاستنتاجات أ) غير متزامن ، ب) متزامن
بالإضافة إلى الإخراج المباشر ، يمكن أن يكون للقلب فليب أيضًا ناتج عكسي ، تكون الإشارة منه معاكسة.
يوضح الجدول 1 الحالات التي يمكن أن يفترضها flip-flop أثناء العملية. يوضح الجدول قيم إشارات الإدخال S و R في لحظة معينة من الوقت tn وحالة flip-flop (للإخراج المباشر) في اللحظة التالية من الوقت tn + 1 بعد وصول التالي نبضات. تتأثر حالة التشغيل الجديدة أيضًا بالحالة السابقة لـ Q n.
تشي.إذا كان من الضروري الكتابة إلى المشغل «1» - نعطي نبضًا لمدخل S ، إذا كان «0» - نرسل نبضًا إلى الإدخال R.
التركيبة S = 1 ، R = 1 هي تركيبة محظورة لأنه من المستحيل التنبؤ بالحالة التي سيتم إنشاؤها عند الإخراج.
الجدول 1 - جدول حالة التقليب RS المتزامن
يمكن أيضًا رؤية تشغيل flip-flop باستخدام مخططات التوقيت (الشكل 2).
الشكل 2 - المخططات الزمنية للتخبط غير المتزامن RS
D- المشغل (من التأخير الإنجليزي - التأخير) له إدخال معلومات واحد وإدخال على مدار الساعة (مزامنة) (الشكل 3).
يخزن D-flip-flop ويخزن عند الإخراج Q الإشارة التي كانت عند إدخال البيانات D في وقت وصول نبضة الساعة C. يقوم flip-flop بتخزين المعلومات المكتوبة عند C = 1.
الجدول 2 - جدول حالات D-flip-flop
الشكل 3 - D- المشغل: أ) التمثيل الرسومي التقليدي ، ب) المخططات الزمنية للعملية
المشغلات T (من الانقلاب الإنجليزي - الانقلاب ، الشقلبة) ، والتي تسمى أيضًا حساب flip-flops ، لها مدخل معلومات واحد T. كل نبضة (اضمحلال النبض) لمدخل T (إدخال العد) تقوم بتبديل الزناد إلى الحالة المعاكسة.
يوضح الشكل 4 رموز T- الزناد (أ) ومخططات توقيت العملية (ب).
الشكل 4-T-flip-flop أ) تدوين الرسم التقليدي ، ب) المخططات الزمنية للعملية ج) جدول الحالة
يشتمل مشغل JK (من قفزة اللغة الإنجليزية - قفزة ، keer - Hold) على مدخلي بيانات J و K ومدخل ساعة C. يشبه تعيين المسامير J و K تعيين المسامير R و S ، لكن المشغل لديه لا مجموعات محظورة. إذا كان J = K = 1 ، فإنه يغير حالته إلى العكس (الشكل 5).
مع التوصيل المناسب للمدخلات ، يمكن للمشغل أداء وظائف مشغلات RS- ، D- ، T ، أي هو حافز عالمي.
الشكل 5 -JK-flip-flop أ) تدوين رسومي تقليدي ، ب) جدول الحالة المختصرة
المقارنة (قارن - قارن) - جهاز يقارن الفولتية - إدخال Uin مع مرجع Uref. الجهد المرجعي هو جهد ثابت مع قطبية موجبة أو سالبة ، يتغير جهد الدخل بمرور الوقت. أبسط دارة مقارنة مبنية على مضخم تشغيلي موضحة في الشكل 6 ، أ. إذا كان Uin Uop عند الإخراج U - لنا (الشكل 6 ، ب).
الشكل 6 - مقارن Op-amp: أ) أبسط مخطط ب) خصائص الأداء
يسمى مقارن ردود الفعل الإيجابية محفز شميت. إذا تحول المقارن من «1» إلى «0» والعكس بالعكس بنفس الجهد ، فإن مشغل شميت - بجهد كهربائي مختلف. يُنشئ الجهد المرجعي دائرة PIC R1R2 ، ويتم تغذية إشارة الدخل إلى المدخلات المقلوبة لجهاز op-amp. يوضح الشكل 7 ، ب ، خاصية النقل لمشغل شميت.
عند جهد سلبي عند إدخال المخزون لنظام التشغيل Uout = U + sat. هذا يعني أن الجهد الموجب يعمل على المدخلات غير المقلوبة. مع زيادة جهد الدخل ، فإن Uin الحالي> Uneinv. (Uav - الزناد) ينتقل المقارنة إلى حالة Uout = U -sat. يتم تطبيق الجهد السالب على المدخلات غير المقلوبة. تبعا لذلك ، مع انخفاض في جهد الدخل في الوقت الحالي Uin <Uneinv. (Uav - الزناد) ينتقل المقارنة إلى حالة Uout = U + sat.
الشكل 7 - عملية شميت لجهاز op-amp: أ) أبسط مخطط ب) خصائص الأداء
مثال. يوضح الشكل 8 مخططًا لملامس الترحيل للتحكم في محرك كهربائي ، مما يسمح له بالبدء والتوقف والعكس.
الشكل 8 - مخطط التحكم في محرك التتابع
يتم تبديل المحرك الكهربائي بواسطة مشغلات مغناطيسية KM1 ، KM2. تمنع جهات الاتصال المغلقة بحرية KM1 و KM2 التشغيل المتزامن للمبتدئين المغناطيسيين. توفر جهات الاتصال المفتوحة KM1 ، KM2 قفلًا ذاتيًا للأزرار SB2 و SB3.
لتحسين موثوقية التشغيل ، من الضروري استبدال دوائر التحكم في المرحل ودوائر الطاقة بنظام عدم الاتصال باستخدام أجهزة وأجهزة أشباه الموصلات.
يوضح الشكل 9 دائرة تحكم في المحرك اللاتلامسي.
تم استبدال ملامسات الطاقة للمبتدئين المغناطيسية بمحاكيات بصرية: KM1-VS1-VS3 ، KM2-VS4-VS6. يتيح استخدام المحسّنات الضوئية عزل دائرة تحكم منخفضة التيار عن دائرة إمداد قوية.
توفر المشغلات أزرار قفل ذاتي SB2 و SB3. تضمن العناصر المنطقية وتضمن التنشيط المتزامن لبادئ تشغيل مغناطيسي واحد فقط.
عندما يفتح الترانزستور VT1 ، يتدفق التيار عبر مصابيح LED للمجموعة الأولى من المحاكيات الضوئية VS1-VS3 ، مما يضمن تدفق التيار عبر لفات المحرك.يوفر فتح الترانزستور VT2 المجموعة الثانية من المحاكيات البصرية VS4 -VS6 ، مما يضمن دوران المحرك الكهربائي في الاتجاه الآخر.
الشكل 9 - دائرة التحكم في المحرك اللاتلامسي
Register - جهاز إلكتروني مصمم للتخزين قصير الأجل وتحويل الأرقام الثنائية متعددة الأرقام. يتكون السجل من flip-flops ، ويحدد عددها عدد بتات الرقم الثنائي التي يمكن للسجل تخزينها - حجم السجل (الشكل 10 ، أ). يمكن استخدام العناصر المنطقية لتنظيم عمل المشغلات.
الشكل 10 - التسجيل: أ) تمثيل عام ، ب) تدوين رسومي تقليدي
وفقًا لطريقة إدخال وإخراج المعلومات ، يتم تقسيم السجلات إلى موازية ومتسلسلة.
في سجل متسلسل ، يتم توصيل flip-flops في سلسلة ، أي أن مخرجات معلومات flip-flop السابقة تمرر إلى مدخلات flip-flop التالية. يتم توصيل مدخلات ساعة Flip-flop C بالتوازي. يحتوي هذا السجل على إدخال بيانات واحد ومدخل تحكم - إدخال الساعة C.
يكتب السجل الموازي في وقت واحد على flip-flops التي يوجد بها أربعة مدخلات بيانات.
يوضح الشكل 10 وحدة UGO وتخصيص الدبوس لسجل تسلسلي متوازي مكون من أربع بتات.