Le déclencheur est un composant numérique, un dispositif bistable qui passe dans un état et peut rester dans cet état indéfiniment même lorsque les signaux externes sont supprimés. Il est construit à partir d'éléments logiques de premier niveau (AND-NE, OR-NE, etc.) et se réfère à des dispositifs logiques de deuxième niveau.
Dans la pratique, les déclencheurs sont disponibles sous forme de microcircuits dans un boîtier séparé ou comme éléments de grands circuits intégrés (LSI) ou de matrices logiques programmables (PLM).
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Classification et types de déclenchement
Les déclencheurs sont divisés en deux grandes classes
- Asynchrone ;
- Synchrone (cadencé).
La différence fondamentale entre eux est que dans la première catégorie de dispositifs, le niveau du signal de sortie change simultanément avec le changement du signal à l'entrée ou aux entrées. Les déclencheurs synchrones ne changent d'état que lorsqu'il y a un signal d'horloge à l'entrée prévue à cet effet. Une sortie spéciale, désignée par la lettre C (clock), est prévue à cet effet. Les éléments synchrones sont divisés en deux classes selon le type de déclenchement :
- dynamique ;
- statique.
Dans le premier type, le niveau de sortie change en fonction de la configuration des signaux d'entrée au moment où le front apparaît (front avant) ou le front arrière de l'impulsion d'horloge (selon le type spécifique de déclenchement). N'importe quel signal peut être envoyé aux entrées entre les fronts d'apparition (decays), l'état de déclenchement ne changera pas. Le second ne change pas le niveau, mais un ou zéro sur l'entrée Clock est un signe de cadencement. Il existe également des dispositifs de déclenchement complexes, classés selon :
- Le nombre d'états stables (3 et plus, contre 2 pour les éléments de base) ;
- Nombre de niveaux (également plus de 3) ;
- Autres caractéristiques.
Les éléments complexes sont d'une utilité limitée dans des dispositifs spécifiques.
Les types de déclencheurs et leur fonctionnement
Il existe plusieurs types de déclencheurs de base. Avant d'expliquer les différences, il convient de noter un point commun : la sortie de tout appareil est placée dans un état arbitraire lorsque l'alimentation est appliquée. Si cela est essentiel au fonctionnement global du circuit, des circuits de préréglage doivent être prévus. Dans le cas le plus simple, il s'agit d'un circuit RC qui génère le signal de réglage de l'état initial.
Déclencheurs RS
Le type le plus courant de dispositif bistable asynchrone est le déclencheur RS. Il s'agit d'un déclencheur avec réglage séparé des états 0 et 1. Il y a deux entrées pour cela :
- S - set ;
- R - remise à zéro.
Il a une sortie directe Q et peut aussi être inversé Q1. Le niveau logique sur cette sortie est toujours opposé à celui de Q, ce qui est utile lors de la conception de circuits.
L'application d'un niveau positif à l'entrée S mettra la sortie Q au niveau logique 1 (s'il y a une sortie inverse, elle passera au niveau 0). Le signal peut alors changer à volonté à l'entrée de réglage - le niveau de sortie ne sera pas affecté. Tant qu'il y en a un qui apparaît sur l'entrée R. Cela mettra le déclencheur à l'état 0 (1 sur la broche inverse). La modification du signal à l'entrée de réinitialisation n'aura aucun effet sur l'état ultérieur de l'élément.
Important ! L'option avec un 1 logique sur les deux entrées est interdite. Le déclencheur sera réglé sur un état arbitraire. Cette situation doit être évitée lors de la conception des circuits.
Le RS-Trigger peut être construit avec des éléments I-NE à double entrée couramment utilisés. Cette méthode est réalisable sur des circuits intégrés conventionnels ainsi qu'à l'intérieur de matrices programmables.
Une ou les deux entrées peuvent être inversées. Cela signifie que sur ces broches, le déclenchement est contrôlé par l'apparition d'un niveau bas plutôt que haut.
Si le déclencheur RS est construit avec des éléments I-NE à double entrée, les deux entrées seront inversées - contrôlées par la fourniture d'un zéro logique.
Il existe une version verrouillée du déclencheur RS. Il dispose d'une entrée C supplémentaire. La commutation a lieu si deux conditions sont remplies :
- présence d'un niveau élevé à l'entrée Set ou Reset ;
- Présence d'un signal d'horloge.
Un tel élément est utilisé lorsque le temps de commutation doit être retardé, par exemple, pendant la fin des transitoires.
Déclencheurs D
Le D-trigger (trigger transparent, latch) appartient à la catégorie des dispositifs synchrones, cadencés sur l'entrée C. Il possède également une entrée de données D (Data). En termes de fonctionnalité, le dispositif est un déclencheur à une seule entrée.
Tant qu'un logique est présent à l'entrée d'horloge, le signal à la sortie Q répète le signal à l'entrée de données (mode transparence). Dès que le niveau du strobe passe à 0, le niveau à la sortie Q reste le même qu'au moment de la chute (verrouillé). De cette façon, il est possible de verrouiller le niveau d'entrée sur l'entrée à tout moment. Il existe également des déclencheurs D qui sont déclenchés par les fronts. Ils verrouillent le signal sur le front positif de l'impulsion.
En pratique, il est possible de combiner deux types de dispositifs bistables dans une même puce. Par exemple, un déclencheur D et un déclencheur RS. Dans ce cas, les entrées Set/Reset sont prioritaires. Si un zéro logique est présent sur eux, l'élément se comporte comme un déclencheur D normal. Si au moins une entrée a un niveau élevé, la sortie est mise à 0 ou 1 indépendamment des signaux sur les entrées C et D.
La transparence du déclencheur D n'est pas toujours une caractéristique utile. Pour éviter cela, des éléments doubles (déclencheurs de bascule) sont utilisés et sont désignés par les lettres TT. Le premier déclencheur est un simple verrou qui permet au signal d'entrée de circuler vers la sortie. Le deuxième déclencheur sert d'élément de mémoire. Les deux sont synchronisés par la même porte.
Les déclencheurs T .
Le déclencheur T est un élément bistable dénombrable. La logique est simple, elle change d'état chaque fois que le prochain logique arrive à son entrée. Si un signal d'impulsion est appliqué à son entrée, la fréquence de sortie sera deux fois plus élevée que la fréquence d'entrée. Le signal à la sortie inverse sera déphasé par rapport à la sortie directe.
C'est ainsi que fonctionne un déclencheur T asynchrone. Il existe également une variante synchrone. Lorsqu'un signal d'impulsion est appliqué à l'entrée d'horloge et qu'un un logique est présent sur la broche T, l'élément se comporte de la même manière qu'un élément asynchrone - divisant la fréquence d'entrée en deux. Si la broche T est à zéro, la sortie Q est mise à bas indépendamment de la présence de portes.
Déclencheurs JK .
Cet élément bistable appartient à la catégorie universelle. Il peut être contrôlé séparément par des entrées. La logique du déclencheur JK est similaire à celle de l'élément RS. L'entrée J (Job) est utilisée pour définir la sortie sur un. Un niveau élevé sur la broche K (Keep) remet la sortie à zéro. La différence fondamentale avec le déclencheur RS est que l'apparition simultanée de uns sur les deux entrées de commande n'est pas interdite. Dans ce cas, la sortie de l'élément change d'état pour prendre l'état opposé.
Si les sorties Job et Keep sont connectées, le déclencheur JK devient un déclencheur T à comptage asynchrone. Lorsqu'un méandre est appliqué à l'entrée combinée, la sortie sera la moitié de la fréquence. Comme pour l'élément RS, il existe une version cadencée du déclencheur JK. Dans la pratique, ce sont surtout les éléments à grille de ce type qui sont utilisés.
Application pratique
Grâce à leur propriété de conserver les informations même lorsque les signaux externes sont supprimés, les déclencheurs peuvent être utilisés comme des cellules de mémoire d'une capacité de 1 bit. Une matrice peut être construite à partir d'éléments uniques pour stocker des états binaires - c'est le principe utilisé pour construire les mémoires statiques à accès aléatoire (SRAM). Une caractéristique particulière de cette mémoire est son circuit simple qui ne nécessite pas de contrôleurs supplémentaires. Ces SRAM sont donc utilisées dans les PLC et les PM. Mais la faible densité d'écriture entrave l'utilisation de ces matrices dans les PC et autres systèmes informatiques puissants.
L'utilisation de déclencheurs comme diviseurs de fréquence a été mentionnée plus haut. Les éléments bistables peuvent être connectés en chaînes pour obtenir différents facteurs de division. La même chaîne peut également être utilisée comme un compteur d'impulsions. Cela se fait en lisant l'état des sorties des éléments intermédiaires à chaque instant pour produire un code binaire correspondant au nombre d'impulsions arrivant à l'entrée du premier élément.
Selon le type de déclencheurs utilisés, les compteurs peuvent être synchrones ou asynchrones. Le même principe est utilisé pour les convertisseurs de code séquentiel en code parallèle, mais seuls les éléments qui peuvent être gated sont utilisés ici. De même, les lignes de retard numériques et autres éléments binaires sont construits sur des déclencheurs.
Les déclencheurs RS sont utilisés comme des loquets de niveau (suppresseurs de rebond de contact). Si des commutateurs mécaniques (boutons-poussoirs, interrupteurs) sont utilisés comme sources de niveau logique, un effet de rebond formera plusieurs signaux au lieu d'un seul lorsqu'ils seront pressés. Ceci peut être contrecarré avec succès par le déclencheur RS.
Le champ d'application des dispositifs bistables est vaste. L'éventail des tâches qui peuvent être résolues avec eux dépend largement de l'imagination du concepteur, notamment dans le domaine des solutions non standard.
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