Laukaisin on digitaalinen komponentti, bistabiili laite, joka kytkeytyy yhteen tilaan ja voi pysyä tässä tilassa loputtomiin, vaikka ulkoiset signaalit poistetaan. Se on rakennettu ensimmäisen tason logiikkaelementeistä (AND-NE, OR-NE jne.) ja viittaa toisen tason logiikkalaitteisiin.
Käytännössä laukaisimia on saatavilla erillisessä pakkauksessa olevina mikropiireinä tai suurten integroitujen piirien (LSI) tai ohjelmoitavien logiikkamatriisien (PLM) elementteinä.
Sisältö
Laukaisuajoituksen luokittelu ja tyypit
Laukaisimet jaetaan kahteen suureen luokkaan
- Asynkroninen;
- Synkroninen (kellotettu).
Niiden välinen perusero on se, että ensimmäisessä laiteluokassa lähtösignaalin taso muuttuu samanaikaisesti tulon (tulojen) signaalin muutoksen kanssa. Synkroniset laukaisimet vaihtavat tilaa vain silloin, kun tätä tarkoitusta varten varattuun tuloon tulee tahdistussignaali. Tätä tarkoitusta varten on erityinen ulostulo, jota merkitään kirjaimella C (clock). Synkronielementit jaetaan kahteen luokkaan portointityypin mukaan:
- dynaaminen;
- staattinen.
Ensimmäisessä tyypissä lähtötaso muuttuu riippuen tulosignaalien konfiguraatiosta sillä hetkellä, kun kellopulssin reuna ilmestyy (nouseva reuna) tai laskeva reuna (riippuen erityisestä liipaisintyypistä). Tuloihin voidaan syöttää mitä tahansa signaaleja ilmestyvien reunojen (decays) välillä, liipaisutila ei muutu. Toinen ei muuta tasoa, mutta yksi tai nollasignaali Clock-tulossa on merkki tahdistuksesta. On olemassa myös monimutkaisia laukaisulaitteita, jotka on luokiteltu seuraavasti:
- Vakaiden tilojen lukumäärä (3 ja enemmän, kun taas peruselementeillä on 2);
- Tasojen määrä (myös yli 3);
- Muut ominaisuudet.
Monimutkaisista elementeistä on vain rajoitetusti hyötyä tietyissä laitteissa.
Laukaisimien tyypit ja niiden toiminta
Laukaisimia on useita perustyyppejä. Ennen kuin erot selitetään, on syytä huomata yksi yhteinen piirre: minkä tahansa laitteen lähtö asetetaan mielivaltaiseen tilaan, kun siihen kytketään virta. Jos tämä on kriittistä piirin yleisen toiminnan kannalta, on oltava esiasetuspiirit. Yksinkertaisimmillaan kyseessä on RC-piiri, joka tuottaa alkutilan asetussignaalin.
RS laukaisee
Yleisin asynkroninen bistabiili laite on RS-liipaisin. Sitä kutsutaan liipaisimeksi, jossa tilat 0 ja 1 asetetaan erikseen. Tätä varten on kaksi syötettä:
- S - asetettu;
- R - nollaus.
Sillä on suora lähtö Q ja se voi olla myös käänteinen Q1. Tämän ulostulon logiikkataso on aina vastakkainen kuin Q:n, mikä on hyödyllistä piirien suunnittelussa.
Positiivisen tason kytkeminen tuloon S asettaa lähdön Q logiikkaan 1 (jos on olemassa käänteislähtö, se menee tasolle 0). Signaali voi sitten muuttua halutulla tavalla asetustulossa - tämä ei vaikuta lähtötasoon. Kunhan yksi näkyy R-tulossa. Tämä asettaa liipaisimen tilaan 0 (1 käänteisnastassa). Nollaustulon signaalin muuttaminen ei vaikuta elementin muuhun tilaan.
Tärkeää! Vaihtoehto, jossa molemmissa tuloissa on looginen 1, on kielletty. Laukaisin asetetaan mielivaltaiseen tilaan. Tätä tilannetta on vältettävä piirien suunnittelussa.
RS-Trigger voidaan rakentaa yleisesti käytetyillä kaksoistuloisilla I-NE-elementeillä. Menetelmä on toteutettavissa sekä tavanomaisissa IC-piireissä että ohjelmoitavissa matriiseissa.
Yksi tai molemmat tulot voidaan kääntää. Tämä tarkoittaa, että näissä nastoissa laukaisua ohjataan pikemminkin matalan kuin korkean tason esiintymisellä.
Jos RS-liipaisimessa on kaksi I-NE-tuloa, molemmat tulot ovat käänteisiä - niitä ohjataan loogisella nollalla.
RS-liipaisimesta on olemassa portilla varustettu versio. Siinä on ylimääräinen C-tulo. Kytkentä tapahtuu, jos kaksi ehtoa täyttyy:
- Set- tai Reset-tulossa on korkea taso;
- Kellosignaalin läsnäolo.
Tällaista elementtiä käytetään, kun kytkentäaikaa on viivästettävä esimerkiksi transienttien päättymisen aikana.
D-kytkimet
D-triggeri (läpinäkyvä triggeri, latch) kuuluu synkronisten laitteiden luokkaan, ja se kellotetaan tulosta C. Siinä on myös datatulo D (Data). Toiminnallisuuden osalta laite kuuluu luokkaan laukaisimet, joissa on yksi tulo.
Niin kauan kuin kellotulossa on looginen yksi, lähtö Q:n signaali toistaa datatulon signaalia (läpinäkyvyystila). Heti kun stroboskoopin taso laskee 0:aan, lähtö Q:n taso pysyy samana kuin se oli pudotushetkellä (latched). Tällä tavoin on mahdollista lukita tulotaso tuloon milloin tahansa. On myös D-triggereitä, jotka ovat reunakytkentäisiä. Ne lukitsevat signaalin strobosignaalin positiivisen reunan kohdalla.
Käytännössä kaksi erilaista bistabiilia laitetta voidaan yhdistää samalle piirille. Esimerkiksi D- ja RS-liipaisin. Tässä tapauksessa Set/Reset-tulot ovat ensisijaisia. Jos niissä on looginen nolla, elementti käyttäytyy kuin normaali D-kytkin. Jos vähintään yhdessä tulossa on korkea taso, lähtö asetetaan 0:ksi tai 1:ksi riippumatta tulojen C ja D signaaleista.
D-triggerin läpinäkyvyys ei ole aina hyödyllinen ominaisuus. Tämän välttämiseksi käytetään kaksinkertaisia elementtejä (flip-flop-käynnistimiä), jotka merkitään kirjaimilla TT. Ensimmäinen liipaisu on yksinkertainen salpa, joka antaa tulosignaalin virrata lähtöön. Toinen laukaisija toimii muistielementtinä. Molempia tahdistetaan samalla portilla.
T-laukaisimet .
T-kytkin on laskettavissa oleva bistabiili elementti. Logiikka on yksinkertainen, se vaihtaa tilaansa aina, kun seuraava looginen on sen syötteessä. Jos sen tuloon syötetään pulssisignaali, lähtötaajuus on kaksi kertaa suurempi kuin tulotaajuus. Inversiolähdössä oleva signaali on epävaiheinen suoran lähdön kanssa.
Näin asynkroninen T-kytkin toimii. On olemassa myös synkroninen versio. Kun kellotuloon syötetään pulssisignaali ja nastassa T on looginen yksi, elementti käyttäytyy samalla tavalla kuin asynkroninen elementti - se jakaa tulotaajuuden puoleen. Jos T-nasta on nolla, Q-lähtö asetetaan matalaksi riippumatta porttien läsnäolosta.
JK laukaisee .
Tämä bistabiili elementti kuuluu universaaliluokkaan. Sitä voidaan ohjata erikseen tuloilla. JK-liipaisimen logiikka on samanlainen kuin RS-elementin logiikka. J (Job) -tuloa käytetään asettamaan lähtöarvoksi yksi. Korkea taso nastassa K (Keep) nollaa lähdön. Perusero RS-liipaisuun on se, että ykkösten samanaikaista esiintymistä kahdessa ohjaustulossa ei kielletä. Tällöin elementin ulostulo muuttaa tilansa päinvastaiseksi.
Jos Job- ja Keep-ulostulot on kytketty, JK-liipaisimesta tulee asynkroninen laskeva T-liipaisin. Kun yhdistettyyn tuloon sovelletaan meanderia, lähtö on puolet taajuudesta. Kuten RS-elementistä, myös JK-liipaisimesta on olemassa kellotettu versio. Käytännössä käytetään pääasiassa tämäntyyppisiä porttielementtejä.
Käytännön soveltaminen
Koska laukaisimet säilyttävät tallennetun tiedon myös silloin, kun ulkoiset signaalit poistetaan, niitä voidaan käyttää muistisoluina, joiden kapasiteetti on 1 bitti. Yksittäisistä elementeistä voidaan rakentaa matriisi binääritilojen tallentamiseksi - tätä periaatetta käytetään staattisten satunnaiskäyttömuistien (SRAM) rakentamisessa. Tämän muistin erityispiirre on sen yksinkertainen piiri, joka ei vaadi ylimääräisiä ohjaimia. Siksi näitä SRAM-muisteja käytetään PLC- ja PM-laitteissa. Mutta alhainen kirjoitustiheys haittaa tällaisten matriisien käyttöä tietokoneissa ja muissa tehokkaissa laskentajärjestelmissä.
Laukaisimien käyttö taajuusjakajina mainittiin edellä. Bistabiilit elementit voidaan liittää ketjuiksi, jolloin saadaan erilaisia jakokertoimia. Samaa ketjua voidaan käyttää myös pulssilaskurina. Tätä varten lähtöjen tila on luettava välikappaleista kullakin ajanhetkellä, jotta saadaan binäärikoodi, joka vastaa ensimmäisen kappaleen tuloon saapuvien pulssien lukumäärää.
Käynnistimien tyypistä riippuen laskurit voivat olla synkronisia tai asynkronisia. Samaa periaatetta käytetään peräkkäisen koodin muuntamisessa rinnakkaiskoodiksi, mutta tässä käytetään vain elementtejä, jotka voidaan portata. Myös digitaaliset viivejohdot ja muut binäärielementit on rakennettu triggereiden varaan.
RS-liipaisimia käytetään tasolukkoina (kosketusponnahdussuojat). Jos mekaanisia kytkimiä (painonappeja, kytkimiä) käytetään logiikkatason lähteinä, pomppiva vaikutus muodostaa yhden signaalin sijasta useita signaaleja, kun niitä painetaan. Tämä voidaan torjua onnistuneesti RS-liipaisimella.
Bistabiilien laitteiden käyttöalue on laaja. Niiden avulla ratkaistavien tehtävien valikoima riippuu pitkälti suunnittelijan mielikuvituksesta, erityisesti epätyypillisten ratkaisujen alalla.
Aiheeseen liittyvät artikkelit:
