Spoušť je prvek digitální technologie, bistabilní zařízení, které se přepne do jednoho ze stavů a může v něm zůstat neomezeně dlouho i po odstranění externích signálů. Je postaven z logických prvků první úrovně (AND-NOT, OR-NOT atd.) a patří k logickým zařízením druhé úrovně.
V praxi se klopné obvody vyrábějí ve formě mikroobvodů v samostatném balení nebo jsou součástí velkých integrovaných obvodů (LSI) nebo programovatelných logických polí (PLM).
Obsah
Klasifikace a typy spouštěcí synchronizace
Spouštěče spadají do dvou širokých tříd:
- asynchronní;
- synchronní (taktované).
Zásadní rozdíl mezi nimi je v tom, že u přístrojů první kategorie se úroveň výstupního signálu mění současně se změnou signálu na vstupu (vstupech).U synchronních spouštěčů nastává změna stavu pouze tehdy, je-li na k tomu určeném vstupu synchronizační (hodinový, stroboskopický) signál. K tomu je k dispozici speciální výstup, označený písmenem C (clock). Podle typu hradlování se synchronní prvky dělí do dvou tříd:
- dynamický;
- statický.
U prvního typu se výstupní úroveň mění v závislosti na konfiguraci vstupních signálů v době výskytu čela (náběžná hrana) nebo poklesu hodinového pulsu (v závislosti na konkrétním typu spouště). Mezi výskytem synchronizačních čel (sklonů) lze na vstupy přivést libovolné signály, stav spouště se nezmění. U druhé možnosti není znakem taktování změna úrovně, ale přítomnost jedničky nebo nuly na vstupu Hodiny. Existují také komplexní spouštěcí zařízení klasifikovaná podle:
- počet stabilních stavů (3 nebo více, na rozdíl od 2 u hlavních prvků);
- počet úrovní (také více než 3);
- jiné vlastnosti.
Složité prvky mají ve specifických zařízeních omezené použití.
Typy spouštěčů a jak fungují
Existuje několik základních typů spouštěčů. Před pochopením rozdílů je třeba poznamenat společnou vlastnost: když je připojeno napájení, výstup jakéhokoli zařízení je nastaven do libovolného stavu. Pokud je to kritické pro celkový provoz obvodu, musí být poskytnuty obvody pro přednastavení. V nejjednodušším případě se jedná o RC obvod, který generuje signál pro nastavení výchozího stavu.
RS žabky
Nejběžnějším typem asynchronního bistabilního zařízení je RS klopný obvod. Týká se to klopných obvodů se samostatným nastavením stavu 0 a 1.K tomu slouží dva vstupy:
- S - sada (instalace);
- R - reset (reset).
Je zde přímý výstup Q, může být i invertovaný výstup Q1. Logická úroveň na něm je vždy opačná než úroveň na Q – to se hodí při návrhu obvodů.
Když je na vstup S přivedena kladná úroveň, výstup Q bude nastaven na logickou jednotku (pokud existuje invertovaný výstup, přejde na úroveň 0). Poté se na vstupu setupu může signál měnit dle libosti - to neovlivní výstupní úroveň. Dokud se na vstupu R neobjeví 1. Tím se klopný obvod nastaví do stavu 0 (1 na invertovaném výstupu). Nyní změna signálu na vstupu reset neovlivní další stav prvku.
Důležité! Možnost, kdy je na obou vstupech logická jednotka, je zakázána. Spoušť bude nastavena do libovolného stavu. Při navrhování schémat je třeba se této situaci vyhnout.
Na základě široce používaných dvouvstupových prvků NAND lze postavit RS klopný obvod. Tato metoda je implementována jak na konvenčních mikroobvodech, tak uvnitř programovatelných matic.
Jeden nebo oba vstupy lze invertovat. To znamená, že na těchto pinech je spoušť ovládána vzhledem ne vysoké, ale nízké úrovně.
Pokud postavíte RS klopný obvod na dvouvstupových prvcích AND-NOT, pak budou oba vstupy inverzní – řízené napájením logické nuly.
Existuje hradlová verze žabky RS. Má přídavný vstup C. Přepnutí nastane, když jsou splněny dvě podmínky:
- přítomnost vysoké úrovně na vstupu Set nebo Reset;
- přítomnost hodinového signálu.
Takový prvek se používá v případech, kdy je třeba sepnutí zpozdit, například v době konce přechodových jevů.
D žabky
D-trigger ("transparent trigger", "latch", latch) patří do kategorie synchronních zařízení, taktovaných vstupem C. Nechybí ani datový vstup D (Data). Funkčně patří zařízení ke spouštěčům s příjmem informace jedním vstupem.
Dokud je na hodinovém vstupu přítomna logická jednička, signál na výstupu Q opakuje signál na datovém vstupu (režim průhlednosti). Jakmile úroveň záblesku přejde do stavu 0, úroveň na výstupu Q zůstane stejná, jako byla v okamžiku hrany (západky). Takže můžete kdykoli opravit vstupní úroveň na vstupu. Nechybí ani D-žabky s taktováním na přední straně. Zachycují signál na kladné hraně stroboskopu.
V praxi lze v jednom mikroobvodu kombinovat dva typy bistabilních zařízení. Například klopný obvod D a RS. V tomto případě mají přednost vstupy Set/Reset. Pokud je na nich logická nula, pak se prvek chová jako běžný D-flip-flop. Když se na alespoň jednom vstupu objeví vysoká úroveň, výstup se nastaví na 0 nebo 1, bez ohledu na signály na vstupech C a D.
Průhlednost klopného obvodu D není vždy užitečná funkce. Aby se tomu zabránilo, používají se dvojité prvky (klopný obvod, spoušť „tleskání“), označují se písmeny TT. První spoušť je běžná západka, která předává vstupní signál na výstup. Druhá spoušť slouží jako paměťový prvek. Obě zařízení jsou taktována jedním stroboskopem.
T-žabky
T-spouštěč patří do třídy počitatelných bistabilních prvků. Logika jeho práce je jednoduchá – mění svůj stav pokaždé, když na jeho vstup přijde další logická jednotka.Pokud je na vstup přiveden pulzní signál, bude výstupní frekvence dvakrát vyšší než vstupní. Na invertovaném výstupu bude signál mimo fázi s přímým.
Takto funguje asynchronní T-klopný obvod. K dispozici je také synchronní možnost. Při přivedení pulzního signálu na hodinový vstup a za přítomnosti logické jednotky na výstupu T se prvek chová stejně jako asynchronní - dělí vstupní frekvenci na polovinu. Pokud je pin T logická nula, pak je výstup Q nastaven na nízkou hodnotu, bez ohledu na přítomnost záblesků.
Žabky JK
Tento bistabilní prvek patří do kategorie univerzálních. Lze jej ovládat samostatně pomocí vstupů. Logika klopného obvodu JK je podobná práci prvku RS. Vstup J (Job) se používá k nastavení výstupu na jedničku. Vysoká úroveň na kolíku K (Keep) resetuje výstup na nulu. Zásadní rozdíl oproti RS-triggeru je v tom, že současný výskyt jedniček na dvou ovládacích vstupech není zakázán. V tomto případě výstup prvku změní svůj stav na opačný.
Pokud jsou zapojeny výstupy Job a Keep, pak se klopný obvod JK změní na asynchronní počítací T-klopný obvod. Když se na kombinovaný vstup přivede obdélníková vlna, výstup bude mít poloviční frekvenci. Stejně jako prvek RS existuje taktová verze klopného obvodu JK. V praxi se používají především hradlové prvky tohoto typu.
Praktické použití
Vlastnost spouštěčů uchovávat zaznamenané informace i při odstranění vnějších signálů umožňuje jejich použití jako paměťové buňky s kapacitou 1 bit.Z jednotlivých prvků lze sestavit matici pro ukládání binárních stavů - podle tohoto principu jsou sestaveny statické paměti s náhodným přístupem (SRAM). Charakteristickým rysem takové paměti je jednoduchý obvod, který nevyžaduje další ovladače. Proto se takové SRAM používají v řadičích a PLA. Nízká hustota záznamu však brání použití takových matic v počítačích PC a dalších výkonných výpočetních systémech.
Použití klopných obvodů jako frekvenčních děličů bylo zmíněno výše. Bistabilní prvky lze spojovat do řetězců a získávat různé poměry dělení. Stejný řetězec lze použít jako čítač pulsů. K tomu je nutné v každém časovém okamžiku číst stav výstupů z mezičlánků - získá se binární kód odpovídající počtu impulsů, které přišly na vstup prvního prvku.
V závislosti na typu použitých spouštěčů mohou být čítače synchronní nebo asynchronní. Sériově-paralelní převodníky jsou postaveny na stejném principu, ale jsou zde použity pouze hradlové prvky. Také digitální zpožďovací linky a další prvky binární technologie jsou postaveny na triggerech.
RS klopné obvody se používají jako hladinové svorky (tlumiče odskoku). Pokud jsou mechanické spínače (tlačítka, spínače) použity jako zdroje logické úrovně, pak při stisknutí vytvoří odrazový efekt mnoho signálů místo jednoho. Žabka RS s tím úspěšně bojuje.
Rozsah bistabilních zařízení je široký. Rozsah úloh řešených s jejich pomocí do značné míry závisí na fantazii projektanta, zejména v oblasti nestandardních řešení.
Podobné články:
