Spouštěč je digitální součástka, bistabilní zařízení, které se přepíná do jednoho stavu a může v něm zůstat po neomezenou dobu, i když jsou vnější signály odstraněny. Je sestaven z logických prvků první úrovně (AND-NE, OR-NE atd.) a vztahuje se k logickým zařízením druhé úrovně.
V praxi jsou spouštěče k dispozici jako mikroobvody v samostatném balení nebo jako prvky velkých integrovaných obvodů (LSI) nebo programovatelných logických matic (PLM).
Obsah
Klasifikace a typy časování spouštění
Spouštěče se dělí do dvou velkých tříd
- Asynchronní;
- Synchronní (taktovaný).
Základní rozdíl mezi nimi spočívá v tom, že u první kategorie zařízení se úroveň výstupního signálu mění současně se změnou signálu na vstupu (vstupech). Synchronní spouštěče změní stav pouze tehdy, když je na vstupu určeném pro tento účel taktovací signál. K tomuto účelu slouží speciální výstup označený písmenem C (clock). Synchronní prvky se dělí do dvou tříd podle typu bránění:
- dynamické;
- statické.
U prvního typu se výstupní úroveň mění v závislosti na konfiguraci vstupních signálů v okamžiku, kdy se objeví hrana (náběžná hrana) nebo sestupná hrana hodinového impulsu (v závislosti na konkrétním typu spouštěče). Na vstupy lze přivádět libovolné signály mezi hranami (rozpady), stav spouštěče se nezmění. Druhá úroveň se nemění, ale signál jedna nebo nula na vstupu Clock je známkou taktování. Existují také komplexní spouštěcí zařízení, která se dělí podle:
- Počet stabilních stavů (3 a více na rozdíl od 2 u základních prvků);
- Počet úrovní (i více než 3);
- Další vlastnosti.
Složité prvky mají v konkrétních zařízeních omezené použití.
Typy spouštěčů a jejich fungování
Existuje několik základních typů spouštěčů. Než si vysvětlíme rozdíly, je třeba upozornit na jednu společnou vlastnost: výstup jakéhokoli zařízení je po připojení napájení nastaven do libovolného stavu. Pokud je to pro celkový provoz obvodu rozhodující, je třeba zajistit obvody přednastavení. V nejjednodušším případě se jedná o RC obvod, který generuje signál pro nastavení počátečního stavu.
Spouštěče RS
Nejběžnějším typem asynchronního bistabilního zařízení je RS trigger. Označuje se jako spouštěč s odděleným nastavením stavů 0 a 1. K dispozici jsou dva vstupy:
- S - sada;
- R - reset.
Má přímý výstup Q a může být také inverzní Q1. Logická úroveň na tomto výstupu je vždy opačná než na výstupu Q, což je užitečné při návrhu obvodů.
Přivedením kladné úrovně na vstup S se výstup Q nastaví na logickou 1 (pokud existuje inverzní výstup, přejde na úroveň 0). Signál se pak může na nastavovacím vstupu měnit podle potřeby - výstupní úroveň nebude ovlivněna. Pokud se na vstupu R objeví jeden. Tím se spouštěč nastaví do stavu 0 (1 na inverzním pinu). Změna signálu na vstupu reset nemá žádný vliv na další stav prvku.
Důležité! Možnost s logickou 1 na obou vstupech je zakázána. Spouštěč bude nastaven do libovolného stavu. Této situaci je třeba se při návrhu obvodů vyhnout.
RS-Trigger lze sestavit s běžně používanými prvky I-NE se dvěma vstupy. Tato metoda je proveditelná na běžných integrovaných obvodech i uvnitř programovatelných matic.
Jeden nebo oba vstupy mohou být invertované. To znamená, že na těchto pinech je spouštění řízeno výskytem nízké, nikoli vysoké úrovně.
Pokud je spouštěč RS sestaven s duálními vstupními prvky I-NE, budou oba vstupy invertovány - řízeny přivedením logické nuly.
K dispozici je verze spouštěče RS se závorou. Má další vstup C. K přepnutí dojde, pokud jsou splněny dvě podmínky:
- přítomnost vysoké úrovně na vstupu Set nebo Reset;
- Přítomnost hodinového signálu.
Takový prvek se používá, když je třeba zpozdit spínání, například po dobu trvání přechodných jevů.
D-spouštěče
Spouštěč D (transparent trigger, latch) patří do kategorie synchronních zařízení, taktovaných na vstupu C. Má také datový vstup D (Data). Z hlediska funkčnosti patří zařízení do kategorie spouštěčů s jedním vstupem.
Dokud je na hodinovém vstupu logická jednička, opakuje se signál na výstupu Q se signálem na datovém vstupu (režim transparentnosti). Jakmile úroveň stroboskopu klesne na 0, zůstane úroveň na výstupu Q stejná jako v okamžiku poklesu (latched). Tímto způsobem je možné kdykoli zablokovat vstupní úroveň na vstupu. Existují také D-spouštěče, které jsou spouštěny hranami. Zapínají signál na kladné hraně stroboskopu.
V praxi lze v jednom čipu kombinovat dva typy bistabilních zařízení. Například spoušť D a RS. V tomto případě mají přednost vstupy Set/Reset. Pokud je na nich logická nula, chová se prvek jako běžný D-spouštěč. Pokud je alespoň na jednom vstupu vysoká úroveň, výstup je nastaven na 0 nebo 1 bez ohledu na signály na vstupech C a D.
Průhlednost spouště D není vždy užitečnou funkcí. Aby se tomu zabránilo, používají se dvojité prvky (flip-flop triggery), které se označují písmeny TT. První spouštěč je jednoduchá západka, která umožňuje vstupnímu signálu proudit na výstup. Druhý spouštěč slouží jako paměťový prvek. Obě jsou taktovány stejnou bránou.
Spouštěče T .
T-spouštěč je spočetný bistabilní prvek. Logika je jednoduchá, změní svůj stav vždy, když na její vstup přijde další logická jednička. Pokud je na jeho vstup přiveden pulzní signál, výstupní frekvence bude dvakrát vyšší než vstupní frekvence. Signál na inverzním výstupu bude mimo fázi s přímým výstupem.
Takto funguje asynchronní spouštěč T. Existuje také synchronní varianta. Pokud je na hodinový vstup přiveden pulzní signál a na pinu T je logická jednička, chová se prvek stejně jako asynchronní prvek - dělí vstupní frekvenci na polovinu. Pokud je pin T nulový, výstup Q je nastaven na nízkou hodnotu bez ohledu na přítomnost hradel.
JK spouští .
Tento bistabilní prvek patří do kategorie univerzálních prvků. Lze jej ovládat samostatně pomocí vstupů. Logika spouštěče JK je podobná jako u prvku RS. Vstup J (Job) slouží k nastavení výstupu na jedničku. Vysoká úroveň na pinu K (Keep) resetuje výstup na nulu. Zásadní rozdíl oproti RS triggeru spočívá v tom, že není zakázán současný výskyt jedniček na obou řídicích vstupech. V tomto případě se výstup prvku změní na opačný stav.
Pokud jsou připojeny výstupy Job a Keep, stane se ze spouštěče JK asynchronní počítací T-spoušť. Pokud se na kombinovaný vstup aplikuje meandr, výstup bude mít poloviční frekvenci. Stejně jako u prvku RS je k dispozici taktovaná verze spouštěče JK. V praxi se používají hlavně prvky tohoto typu.
Praktická aplikace
Díky své vlastnosti uchovávat informace i po odpojení vnějších signálů lze triggery použít jako paměťové buňky s kapacitou 1 bit. Z jednotlivých prvků lze sestavit matici pro uložení binárních stavů - na tomto principu se konstruují statické paměti s náhodným přístupem (SRAM). Zvláštností této paměti je její jednoduché zapojení, které nevyžaduje další řadiče. Proto se tyto paměti SRAM používají v PLC a PM. Nízká hustota zápisu však brání použití těchto matic v osobních počítačích a dalších výkonných výpočetních systémech.
Použití spouštěčů jako děličů frekvence bylo zmíněno výše. Bistabilní prvky lze spojovat do řetězců a získat tak různé dělicí koeficienty. Stejný řetězec lze použít také jako čítač impulzů. To se provádí tak, že se v každém časovém okamžiku přečte stav výstupů z mezilehlých prvků a vytvoří se binární kód odpovídající počtu impulsů přicházejících na vstup prvního prvku.
V závislosti na typu použitých spouštěčů mohou být čítače synchronní nebo asynchronní. Stejný princip se používá u převodníků sekvenčního kódu na paralelní kód, ale zde se používají pouze prvky, které mohou být gated. Na triggerech jsou postaveny také digitální zpožďovací linky a další binární prvky.
Spouštěče RS se používají jako hladinové západky (potlačovače odskoku kontaktů). Pokud jsou jako zdroje logických úrovní použity mechanické spínače (tlačítka, přepínače), vznikne při stisknutí místo jednoho signálu více signálů. Tomu lze úspěšně čelit pomocí spouštěče RS.
Rozsah použití bistabilních zařízení je široký. Rozsah úloh, které s nimi lze řešit, do značné míry závisí na fantazii konstruktéra, zejména v oblasti nestandardních řešení.
Související články:
