Wyzwalacz jest elementem cyfrowym, urządzeniem bistabilnym, które przełącza się w jeden stan i może pozostawać w tym stanie bez końca, nawet po usunięciu sygnałów zewnętrznych. Jest on zbudowany z elementów logicznych pierwszego poziomu (AND-NE, OR-NE itp.) i odnosi się do urządzeń logicznych drugiego poziomu.
W praktyce wyzwalacze są dostępne jako mikroukłady w oddzielnym pakiecie lub jako elementy dużych układów scalonych (LSI) albo programowalnych matryc logicznych (PLM).
Spis treści
Klasyfikacja i rodzaje wyzwalaczy czasowych
Wyzwalacze dzielą się na dwie duże klasy
- Asynchroniczne;
- Synchroniczne (taktowane zegarem).
Podstawowa różnica między nimi polega na tym, że w pierwszej kategorii urządzeń poziom sygnału wyjściowego zmienia się jednocześnie ze zmianą sygnału na wejściu (wejściach). Wyzwalacze synchroniczne zmieniają stan tylko wtedy, gdy na przeznaczonym do tego celu wejściu pojawi się sygnał taktujący. Do tego celu służy specjalne wyjście, oznaczone literą C (clock). Elementy synchroniczne są podzielone na dwie klasy w zależności od rodzaju bramkowania:
- dynamika;
- statyczne.
W pierwszym typie poziom wyjściowy zmienia się w zależności od konfiguracji sygnałów wejściowych w momencie pojawienia się zbocza (zbocze narastające) lub opadającego (zbocze opadające) impulsu zegarowego (w zależności od danego typu wyzwalania). Do wejść można podawać dowolne sygnały pomiędzy pojawiającymi się krawędziami (decays), stan wyzwalania nie zmieni się. Druga wersja nie zmienia poziomu taktowania, ale jeden lub zero sygnału na wejściu Clock jest oznaką taktowania. Istnieją również złożone urządzenia wyzwalające, sklasyfikowane według:
- Liczba stanów stabilnych (3 i więcej, w przeciwieństwie do 2 dla pierwiastków podstawowych);
- Liczba poziomów (także więcej niż 3);
- Inne cechy charakterystyczne.
Elementy złożone mają ograniczone zastosowanie w określonych urządzeniach.
Rodzaje wyzwalaczy i ich działanie
Istnieje kilka podstawowych typów wyzwalaczy. Zanim wyjaśnione zostaną różnice, warto zwrócić uwagę na pewną wspólną cechę: wyjście dowolnego urządzenia jest ustawiane na dowolny stan w momencie włączenia zasilania. Jeżeli ma to decydujące znaczenie dla ogólnego działania obwodu, należy zapewnić obwody wstępnego nastawiania. W najprostszym przypadku jest to obwód RC, który generuje sygnał ustawiający stan początkowy.
Wyzwalacze RS
Najbardziej rozpowszechnionym typem asynchronicznego urządzenia bistabilnego jest wyzwalacz RS. Jest on określany jako wyzwalacz z oddzielnym ustawieniem stanów 0 i 1. W tym celu można skorzystać z dwóch wejść:
- S - zestaw;
- R - reset.
Ma wyjście bezpośrednie Q i może być również odwracane Q1. Poziom logiczny na tym wyjściu jest zawsze przeciwny do poziomu Q, co jest przydatne przy projektowaniu obwodów.
Podanie dodatniego poziomu na wejście S spowoduje ustawienie wyjścia Q w stan logiczny 1 (jeśli istnieje wyjście odwrotne, to przejdzie ono do poziomu 0). Sygnał może się wtedy dowolnie zmieniać na wejściu ustawień - nie będzie to miało wpływu na poziom wyjściowy. Dopóki na wejściu R pojawia się jeden. Spowoduje to ustawienie wyzwalacza w stan 0 (1 na styku odwrotnym). Zmiana sygnału na wejściu resetującym nie będzie miała wpływu na dalszy stan elementu.
Ważne! Zabroniona jest opcja z logiczną 1 na obu wejściach. Wyzwalacz zostanie ustawiony na dowolny stan. Takiej sytuacji należy unikać podczas projektowania obwodów.
Wyzwalacz RS może być zbudowany z powszechnie stosowanych dwuwejściowych elementów I-NE. Metoda ta jest możliwa do zastosowania zarówno w konwencjonalnych układach scalonych, jak i w matrycach programowalnych.
Jedno lub oba wejścia mogą być odwrócone. Oznacza to, że na tych stykach wyzwolenie jest kontrolowane przez pojawienie się poziomu niskiego, a nie wysokiego.
Jeśli wyzwalacz RS jest zbudowany z podwójnych elementów wejściowych I-NE, oba wejścia będą odwrócone - sterowane przez podanie zera logicznego.
Istnieje wersja wyzwalacza RS z bramką. Posiada dodatkowe wejście C. Przełączenie następuje, gdy spełnione są dwa warunki:
- obecność wysokiego poziomu na wejściu Set lub Reset;
- Obecność sygnału zegarowego.
Taki element jest stosowany, gdy czas przełączania musi być opóźniony, na przykład podczas zakończenia stanów przejściowych.
Wyzwalacze D
Wyzwalacz D (wyzwalanie przezroczyste, zatrzask) należy do kategorii urządzeń synchronicznych, taktowanych zegarem na wejściu C. Posiada również wejście danych D (Data). Pod względem funkcjonalności urządzenie należy do kategorii wyzwalaczy z jednym wejściem.
Tak długo, jak na wejściu zegarowym jest obecna logiczna jedynka, sygnał na wyjściu Q powtarza sygnał na wejściu danych (tryb przezroczystości). Gdy tylko poziom sygnału stroboskopowego spadnie do 0, poziom na wyjściu Q pozostaje taki sam, jak w chwili spadku (zatrzask). W ten sposób można w każdej chwili zablokować poziom sygnału wejściowego na wejściu. Istnieją również wyzwalacze D, które są wyzwalane zboczem. Zatrzaskują one sygnał na dodatnim zboczu sygnału stroboskopowego.
W praktyce w jednym układzie scalonym można połączyć dwa typy urządzeń bistabilnych. Na przykład wyzwalacz D i RS. W tym przypadku priorytet mają wejścia Set/Reset. Jeśli jest na nich obecne zero logiczne, element zachowuje się jak zwykły wyzwalacz D. Jeśli co najmniej jedno wejście ma poziom wysoki, wyjście jest ustawiane na 0 lub 1 niezależnie od sygnałów na wejściach C i D.
Przezroczystość wyzwalacza D nie zawsze jest przydatną cechą. Aby tego uniknąć, stosuje się elementy podwójne (wyzwalacze klapkowe), które są oznaczane literami TT. Pierwszy wyzwalacz jest prostym zatrzaskiem, który umożliwia przepływ sygnału wejściowego do wyjścia. Drugi wyzwalacz służy jako element pamięci. Obie są taktowane przez tę samą bramkę.
Wyzwalacze T .
Wyzwalacz T jest policzalnym elementem bistabilnym. Układ logiczny jest prosty - zmienia swój stan za każdym razem, gdy na jego wejście dociera kolejna jedynka logiczna. Jeśli na jego wejście zostanie podany sygnał impulsowy, częstotliwość wyjściowa będzie dwukrotnie wyższa od częstotliwości wejściowej. Sygnał na wyjściu odwrotnym będzie poza fazą z wyjściem bezpośrednim.
W ten sposób działa asynchroniczny wyzwalacz T. Istnieje również wariant synchroniczny. Gdy na wejściu zegarowym jest podawany sygnał impulsowy, a na styku T znajduje się logiczna jedynka, element zachowuje się tak samo jak element asynchroniczny - dzieli częstotliwość wejściową na pół. Jeśli na styku T jest zero, wyjście Q jest ustawione w stan niski niezależnie od obecności bramek.
Wyzwalacze JK .
Ten element bistabilny należy do kategorii uniwersalnej. Można je kontrolować oddzielnie za pomocą wejść. Logika działania wyzwalacza JK jest podobna do logiki działania elementu RS. Wejście J (Job) służy do ustawiania wyjścia na jeden. Poziom wysoki na styku K (Keep) resetuje wyjście do zera. Podstawowa różnica w stosunku do wyzwalacza RS polega na tym, że jednoczesne występowanie jedynek na dwóch wejściach sterujących nie jest zabronione. W tym przypadku wyjście elementu zmienia swój stan na przeciwny.
Jeśli wyjścia Job i Keep są połączone, wyzwalacz JK staje się asynchronicznym wyzwalaczem T zliczającym. Gdy do połączonego wejścia zostanie zastosowany meander, częstotliwość wyjściowa będzie o połowę mniejsza. Podobnie jak w przypadku elementu RS, istnieje taktowana wersja wyzwalacza JK. W praktyce stosuje się głównie elementy bramowe tego typu.
Zastosowanie w praktyce
Ze względu na ich właściwości zachowywania zapisanych informacji nawet po usunięciu sygnałów zewnętrznych, wyzwalacze mogą być używane jako komórki pamięci o pojemności 1 bitu. Macierz można zbudować z pojedynczych elementów w celu przechowywania stanów binarnych - jest to zasada wykorzystywana do konstruowania statycznych pamięci o dostępie swobodnym (SRAM). Szczególną cechą tej pamięci jest jej prosty układ, który nie wymaga dodatkowych sterowników. Dlatego te pamięci SRAM są stosowane w sterownikach PLC i PM. Jednak niska gęstość zapisu utrudnia stosowanie takich macierzy w komputerach PC i innych systemach obliczeniowych o dużej mocy.
O wykorzystaniu wyzwalaczy jako dzielników częstotliwości wspomniano powyżej. Elementy bistabilne można łączyć w łańcuchy, uzyskując różne współczynniki podziału. Ten sam łańcuch może być również używany jako licznik impulsów. Odbywa się to poprzez odczytywanie stanu wyjść z elementów pośredniczących w każdej chwili czasu w celu uzyskania kodu binarnego odpowiadającego liczbie impulsów przychodzących na wejście pierwszego elementu.
W zależności od rodzaju zastosowanych wyzwalaczy liczniki mogą być synchroniczne lub asynchroniczne. Tę samą zasadę stosuje się w przypadku konwerterów kodu sekwencyjnego na kod równoległy, ale tutaj wykorzystuje się tylko elementy, które mogą być bramkowane. Również cyfrowe linie opóźniające i inne elementy binarne są zbudowane na wyzwalaczach.
Wyzwalacze RS są używane jako zatrzaski poziomu (eliminatory odbić styków). Jeśli jako źródła poziomów logicznych używane są przełączniki mechaniczne (przyciski, przełączniki), efekt odbicia spowoduje, że po naciśnięciu przycisku powstanie wiele sygnałów zamiast jednego. Można temu skutecznie przeciwdziałać za pomocą wyzwalacza RS.
Zakres zastosowań urządzeń bistabilnych jest szeroki. Zakres zadań, które można za ich pomocą rozwiązać, zależy w dużej mierze od wyobraźni projektanta, zwłaszcza w zakresie rozwiązań niestandardowych.
Powiązane artykuły:
