Chips de lógica. Parte 8. D - gatilho

O artigo descreve o gatilho D, sua operação em vários modos, uma técnica simples e intuitiva para estudar o princípio da ação.

Na parte anterior do artigo, foi iniciado o estudo dos gatilhos. O gatilho da RS é considerado o mais simples dessa família, descrito na sétima parte do artigo. Os gatilhos D e JK são mais amplamente utilizados em dispositivos eletrônicos. De acordo com o significado da ação, eles, como Gatilho RS, também são dispositivos com dois estados estáveis ​​na saída, mas possuem uma lógica mais complexa dos sinais de entrada.

Note-se que todas as alternativas acima serão verdadeiras não apenas para Chips da série K155e para outras séries de circuitos lógicos, por exemplo, K561 e K176. E não apenas no que diz respeito aos gatilhos, todos os microcircuitos lógicos também funcionam exatamente, a diferença está apenas nos parâmetros elétricos dos sinais - níveis de tensão e frequências de operação, consumo de energia e capacidade de carga.

Gatilho D

Existem várias modificações dos flip-flops D na série de chips K155, no entanto, o chip K155TM2 é o mais comum. Em uma embalagem de 14 pinos, existem dois D-flip-flops independentes. A única coisa que os une é um circuito de energia comum. Cada gatilho possui quatro entradas de nível lógico e, consequentemente, duas saídas. Esta é uma saída direta e inversa, com a qual já estamos familiarizados com a história sobre o gatilho RS. Aqui eles executam a mesma função. A Figura 1 mostra um D-trigger.

Também existem microcircuitos contendo quatro chinelos D em um compartimento: são microcircuitos como K155TM5 e K155TM7. Às vezes, na literatura, são chamados registros de quatro dígitos.

Figura 1. Chip K155TM2.

A Figura 1a mostra o microcircuito inteiro na forma como geralmente é mostrado nos livros de referência. De fato, nos diagramas, cada gatilho localizado na carcaça pode ser representado longe de seu "parceiro", enquanto o desenho pode não mostrar conclusões que simplesmente não são usadas neste circuito, embora de fato sejam. Um exemplo desse esboço de um gatilho D é mostrado na Figura 1b.

Considere com mais detalhes os sinais de entrada. Isso será feito usando um gatilho com os pinos 1 ... 6 como exemplo. Assim, todas as opções acima serão verdadeiras em relação a outro gatilho (com os números de pinos 8 ... 13).

Os sinais R e S desempenham a mesma função que os sinais RS semelhantes de um gatilho: quando um nível lógico zero é aplicado à entrada S, o gatilho é definido em um único estado. Isso significa que uma unidade lógica aparecerá na saída direta (pino 5). Se agora aplicar um zero lógico à entrada R, o gatilho será redefinido. Isso significa que na saída direta (pino 5), um nível lógico zero aparecerá e no inverso (pino 5) uma unidade lógica estará presente.

Em geral, quando se fala sobre o estado de um gatilho, ele se refere ao estado de sua saída direta: se o gatilho estiver instalado, sua saída direta estará em um nível alto (unidade lógica). Por conseguinte, entende-se que tudo é exatamente o oposto na saída inversa, portanto a saída inversa geralmente não é mencionada quando se considera a operação do circuito.

Uma unidade lógica pode ser fornecida às entradas R e S o quanto desejado: o estado do gatilho não muda. Isso sugere que as entradas são R e S baixas. É por isso que as entradas RS começam com um pequeno círculo, o que indica que o nível do sinal de trabalho está baixo ou, que é o mesmo, inverso. Um círculo tão pequeno nos sinais de entrada pode ser encontrado não apenas em gatilhos, mas também na imagem de alguns outros microcircuitos, por exemplo, decodificadores ou multiplexadores, o que também indica que o nível de trabalho desse sinal é baixo. Esta é uma regra geral para todos os símbolos gráficos de microcircuitos.

Além das entradas RS, o D-trigger também possui uma entrada de dados D, de English Data (dados), e uma entrada de sincronização C do English Clock (pulso, estroboscópio). Usando essas entradas, você pode fazer um gatilho funcionar como um elemento de memória ou como um gatilho de contagem. Para entender o funcionamento do gatilho D, é melhor montar um pequeno circuito e realizar experimentos simples.

Preste atenção à imagem da entrada C: a extremidade direita desta saída na figura termina com uma pequena barra na direção da esquerda para cima e para a direita. Esse recurso indica que o acionamento do gatilho na entrada C ocorre no momento da transição do sinal de entrada de zero para um. A Figura 3 mostra uma possível forma de pulso na entrada C.

Para entender melhor a operação do gatilho D, é melhor montar o circuito, como mostra a Figura 2.

Figura 2. Esquema para estudar a operação do gatilho D.

Figura 3. Opções de pulso na entrada C.

Para maior clareza, o gatilho está conectado às suas saídas (pinos 5 e 6) indicadores LED. Conectamos o mesmo indicador à entrada C. A entrada D, através de um resistor de 1 kΩ, é conectada ao barramento de alimentação de +5 V e, como mostrado no diagrama, ao botão SB1. Após a montagem do circuito, verificaremos a qualidade da instalação e você poderá ligar a energia.

Gatilho D do trabalho nas entradas RS

Ao ligar, um dos LEDs HL2 ou HL3 deve estar aceso. Suponha que seja HL3; portanto, quando ativado, o gatilho é definido como um, embora também possa ser definido como zero. Os sinais de entrada de baixo nível para as entradas RS serão fornecidos usando um pedaço de condutor flexível conectado a um fio comum.

Primeiro, vamos tentar aplicar um nível baixo na entrada S, apenas fechando o pino 4 no fio comum. O que vai acontecer? Nas saídas do gatilho, os sinais permanecerão no mesmo estado em que estavam quando ligados. Porque Tudo é muito simples: o gatilho já está em um único estado ou instalado, e o fornecimento de um sinal de controle para a entrada S simplesmente confirma esse estado de gatilho, o estado não muda. Este modo de operação para o gatilho não é nada prejudicial e geralmente é encontrado na operação de circuitos reais.

Agora, usando o mesmo fio, aplicaremos um nível baixo à entrada R. O resultado não demorará a chegar: o gatilho passará para o nível baixo ou, como eles dizem, será redefinido. O fornecimento repetido e subseqüente de um nível baixo para a entrada R também confirmará simplesmente um estado, desta vez zero, da mesma forma descrita acima para a entrada S. A partir desse estado, pode ser deduzido fornecendo um nível baixo para a entrada S ou combinação de sinais nas entradas C e D.

Deve-se notar que algumas vezes um gatilho D pode ser usado simplesmente como um gatilho RS, ou seja, as entradas C e D não são usadas. Nesse caso, para aumentar a imunidade a ruídos, eles devem ser conectados ao barramento de +5 V através de resistores com uma resistência de 1 KOhm ou conectados a um fio comum.

Operação de disparo nas entradas C e D

Suponha que o gatilho esteja instalado no momento, então o LED HL3 está aceso. O que acontece se você pressionar o botão SB1? Absolutamente nada, o estado dos sinais de saída do gatilho não mudará. Se agora, para reiniciar o gatilho na entrada R, o LED HL2 acenderá e o HL3 se apagará. Pressionar o botão SB1 neste caso não mudará o estado do gatilho. Isso sugere que não há pulsos de clock na entrada C.

Agora vamos tentar aplicar pulsos de clock na entrada C. A maneira mais fácil de fazer isso é montando um gerador de pulsos retangular, que já nos é familiar nas partes anteriores do artigo. Seu circuito é mostrado na Figura 4.

Figura 4. Gerador de clock.

Para observar visualmente a operação do circuito, a frequência do gerador deve ser pequena, com os detalhes indicados no circuito em torno de 1 Hz, ou seja, 1 oscilação (pulso) por segundo. A frequência do gerador pode ser alterada selecionando o capacitor C1. O status da entrada C é indicado pelo LED HL1: o LED acende - na entrada C um nível alto, se desligado, o nível é baixo.No momento da ignição do LED HL1 na entrada C, uma queda de tensão positiva é formada (de baixa para alta). É essa transição que aciona o gatilho D na entrada C, e não a presença de um nível de tensão alta ou baixa nessa entrada. Isso deve ser lembrado e monitorar o comportamento do gatilho exatamente no momento da formação da frente do pulso.

Se o gerador de pulsos estiver conectado à entrada C e a energia for ligada, o gatilho será definido como um com o primeiro pulso, os pulsos subsequentes do estado do gatilho não serão alterados. Tudo acima é verdadeiro para o caso em que o interruptor SB1 está na posição mostrada na figura.

Agora vamos mudar o SB1 para a posição mais baixa de acordo com o circuito, aplicando um nível baixo na entrada D. O primeiro impulso que veio do gerador colocará o gatilho em um estado de zero lógico ou o gatilho será redefinido. O LED HL2 nos falará sobre isso. Pulsos subsequentes na entrada C também não alteram o estado do gatilho.

A Figura 2b mostra o diagrama de tempo da operação do acionador para entradas de CD. Supõe-se que o estado da entrada D mude conforme mostrado na figura, e pulsos periódicos de relógio cheguem à entrada C.

O primeiro pulso na entrada C define o gatilho para um único estado (pino 5), e o segundo pulso do estado do gatilho não muda, porque na entrada C o nível permanece alto até o momento.

O estado da entrada D entre o segundo e o terceiro pulso do relógio muda de um nível alto para um baixo, como pode ser visto na Figura 2. Mas o gatilho muda para o estado zero apenas no início do terceiro pulso do relógio. O quarto e o quinto pulsos na entrada C do estado de disparo não são alterados.

Deve-se notar que o sinal na entrada D mudou seu valor de baixo para alto durante um pulso de clock na entrada C. No entanto, o gatilho não mudou de estado, uma vez que a borda positiva do pulso de clock era anterior à mudança de nível por entrada D.

O gatilho será comutado para um único estado apenas pelo sexto impulso, mais precisamente pela frente. O sétimo pulso reiniciará o gatilho, já que um nível alto já foi estabelecido na entrada D durante sua margem positiva. Os impulsos a seguir funcionam exatamente da mesma maneira, para que os leitores possam lidar com eles por conta própria.

Outro diagrama de tempo é mostrado na Figura 5.

Figura 5. Diagrama de tempo completo da operação do acionador D.

A figura mostra que o gatilho pode funcionar em três modos, dois dos quais já foram discutidos acima. Na figura, esses são modos assíncronos e síncronos. O modo predominante é do maior interesse no diagrama de tempo: é claro que durante o nível baixo na entrada R, o estado do acionador não muda nas entradas C e D, o que indica que as entradas RS são prioritárias. A Figura 5 também mostra a tabela verdade para o gatilho D.

Pelo exposto, as seguintes conclusões podem ser tiradas: cada diferença de pulso positiva na entrada C define o gatilho para o estado em que estava naquele momento na entrada D ou simplesmente transfere seu estado para a saída direta do gatilho Q. A diferença negativa no pulso na entrada C não afeta O estado do gatilho não é renderizado.

A Figura 3 mostra as possíveis formas de pulso na entrada C: é uma onda quadrada (3a), pulsos curtos de alto nível ou positivos (3b), pulsos curtos de baixo nível (negativos) (3c). De qualquer forma, o gatilho é acionado por uma diferença positiva.

Em alguns casos, será a frente do impulso e, em outros, seu declínio. Essa circunstância deve ser levada em consideração ao desenvolver e analisar circuitos nos acionadores D. Operação do gatilho D no modo de contagem Um dos principais objetivos do gatilho D é seu uso no modo de contagem. Para fazê-lo funcionar como um contador de pulsos, basta aplicar um sinal de sua própria saída inversa à entrada D. Essa conexão é mostrada na Figura 6.

Figura 6. Operação do gatilho D no modo de contagem.

Nesse modo, após a chegada de cada pulso na entrada C, o gatilho mudará seu estado para o oposto, como mostrado no diagrama de tempo. E a explicação para isso é a mais simples e a mais lógica: o estado na entrada D é sempre oposto, inverso, com relação à saída direta. Portanto, à luz da consideração anterior da operação de disparo, seu estado inverso é transferido para a saída direta. Um gatilho, embora no modo de contagem, não conta muito, apenas até dois: 0..1 e novamente 0..1, e assim por diante.

Para obter um contador capaz de contar, você realmente precisa conectar vários gatilhos no modo contador em série. Isso será discutido posteriormente em um artigo separado. Além disso, você deve prestar atenção ao fato de que os pulsos na saída do gatilho têm uma frequência exatamente duas vezes menor que a entrada na entrada C. Essa propriedade é usada nos casos em que é necessário dividir a frequência do sinal por um fator de dois: 2, 4 , 8, 16, 32 e assim por diante.

A forma dos pulsos após a divisão pelo gatilho é sempre muito baixa, mesmo no caso de pulsos de entrada muito curtos na entrada C. Esse é o fim da história sobre as possibilidades de usar o gatilho D. A próxima parte do artigo abordará o uso de gatilhos do tipo JK.

Continuação do artigo: Chips de lógica. Parte 9. Gatilho JK