디지털 장치: 플립플롭, 비교기 및 레지스터

디지털 장치는 논리적 요소를 기반으로 하므로 논리적 대수학의 법칙을 따릅니다. 논리 장치와 함께 디지털 기술의 기본 장치는 플립플롭입니다.

방아쇠 (영어 방아쇠 - 방아쇠) - 두 가지 안정적인 상태가 있고 외부 충격의 영향을 받아 한 상태에서 다른 상태로 이동할 수 있는 전자 장치입니다.

트리거 또는 더 정확하게 트리거 시스템은 두 가지 안정적인 상태 중 하나를 오랫동안 유지하고 외부 신호의 영향을 받아 번갈아 가며 사용할 수 있는 대규모 전자 장치라고 합니다. 각 트리거 조건은 출력 전압 값으로 쉽게 인식됩니다.

각 트리거 상태는 특정(높거나 낮은) 출력 전압 레벨에 해당합니다.

1) 트리거가 하나의 상태(레벨 «1»)로 설정됩니다.

2) 플립플롭이 리셋됩니다 — 출력에서 ​​레벨 «0».

정상 상태는 원하는 만큼 오래 유지되며 외부 펄스에 의해 또는 공급 전압을 차단하여 변경할 수 있습니다. 체.플립플롭은 최소 정보 단위(1비트) «0» 또는 «1»을 저장할 수 있는 기본 메모리 요소입니다.

플립플롭은 개별 요소, 논리 요소, 집적 회로에 구축되거나 집적 회로의 일부가 될 수 있습니다.

플립 플롭의 주요 유형은 다음과 같습니다. RS-, D-, T- 및 JK- 플립... 또한 플립 플롭은 비동기식과 동기식으로 나뉩니다. 비동기 작동에서 한 상태에서 다른 상태로의 전환은 정보 입력에 대한 신호의 도착과 함께 직접 수행됩니다. 데이터 입력 외에도 동기화된 플립플롭에는 클록 입력이 있습니다. 활성화 클록 펄스가 있는 경우에만 스위칭이 발생합니다.

RS 트리거에는 최소한 두 개의 입력이 있습니다. S(설정 - 설정) — 트리거가 레벨 «1» 상태로 설정되고 R(재설정) — 트리거가 레벨 «0» 상태로 재설정됩니다. (그림 1).

입력 C가 있는 경우 플립플롭은 동기식입니다. 플립플롭의 전환(출력 상태 변경)은 입력 C에 동기화(동기화) 펄스가 도달하는 순간에만 발생할 수 있습니다.

그림 1 — RS 플립플롭의 기존 그래픽 표현 및 결론의 목적 a) 비동기식, b) 동기식

직접 출력 외에도 플립플롭은 반전 출력을 가질 수 있으며 그 신호는 반대입니다.

표 1은 플립플롭이 작동 중 가정할 수 있는 상태를 보여줍니다. 이 표는 특정 시점 tn에서 입력 신호 S 및 R의 값과 다음 도착 후 다음 시점 tn + 1에서 플립 플롭의 상태 (직접 출력)를 보여줍니다. 맥박. 새로운 트리거 상태는 Qn의 이전 상태에 의해서도 영향을 받습니다.

체.트리거 «1»에 기록해야 하는 경우 — S 입력에 펄스를 제공하고 «0»인 경우 — R 입력에 펄스를 전송합니다.

S = 1, R = 1 조합은 출력에서 ​​어떤 상태가 설정될지 예측할 수 없기 때문에 금지된 조합입니다.

표 1 - 동기식 RS 플립플롭 상태 테이블

플립플롭의 작동은 타이밍 다이어그램을 사용하여 볼 수도 있습니다(그림 2).

그림 2 — 비동기 RS 플립플롭의 타이밍 다이어그램

D-트리거(영어 지연 - 지연)에는 하나의 정보 입력과 클록(동기화) 입력이 있습니다(그림 3).

D플립플롭은 클록 펄스 C가 도착할 때 데이터 입력 D에 있었던 신호를 출력 Q에 저장하고 저장합니다. 플립플롭은 C = 1일 때 작성된 정보를 저장합니다.

표 2 - D-플립플롭의 상태 표

그림 3 — D 트리거: a) 기존의 그래픽 표현, b) 작동 타이밍 다이어그램

카운팅 플립플롭이라고도 하는 T-트리거(영어 텀블-전복, 공중제비)에는 하나의 정보 입력 T가 있습니다. T-입력(카운팅 입력)의 각 펄스(펄스 감쇠)는 트리거를 반대 상태로 전환합니다.

그림 4는 T 트리거 기호(a)와 작동 타이밍 다이어그램(b)을 보여줍니다.

그림 4-T-flip-flop a) 기존 그래픽 표기법, b) 동작 타이밍 다이어그램 c) 상태 테이블

JK 트리거(영어 jump — jump, keer — hold)에는 두 개의 데이터 입력 J와 K와 클럭 입력 C가 있습니다. 핀 J와 K의 할당은 핀 R과 S의 할당과 유사하지만 트리거는 다음과 같습니다. 금지된 조합 없음. J = K = 1이면 상태를 반대로 변경합니다(그림 5).

입력을 적절하게 연결하면 트리거가 RS-, D-, T-트리거의 기능을 수행할 수 있습니다. 범용 트리거입니다.

그림 5 -JK -flip-flop a) 기존의 -그래픽 표기법, b) 축약된 상태 테이블

비교기(비교 - 비교) - 두 전압을 비교하는 장치 - Uin을 기준 Uref와 입력합니다. 기준 전압은 양 또는 음의 극성을 갖는 일정한 전압이며, 입력 전압은 시간에 따라 변합니다. 연산 증폭기를 기반으로 한 가장 간단한 비교기 회로는 그림 6, a에 나와 있습니다. 만약 Uin Uop 출력에서 ​​U — us (그림 6, b).

그림 6 — 연산 증폭기 비교기: a) 가장 간단한 방식 b) 성능 특성

포지티브 피드백 비교기는 슈미트 트리거라고 합니다. 비교기가 동일한 전압에서 «1»에서 «0»으로 또는 그 반대로 전환되면 다른 전압에서 슈미트 트리거가 발생합니다. 기준 전압은 PIC 회로 R1R2를 생성하고 입력 신호는 연산 증폭기의 반전 입력에 공급됩니다. 그림 7, b는 슈미트 트리거의 전달 특성을 보여줍니다.

OS Uout = U + sat의 인벤토리 입력에서 음의 전압에서. 이것은 비 반전 입력에 양의 전압이 작용한다는 것을 의미합니다. 입력 전압이 증가함에 따라 전류 Uin > Uneinv. (Uav — 트리거) 비교기는 Uout = U -sat 상태로 이동합니다. 비 반전 입력에는 음의 전압이 적용됩니다. 따라서 Uin <Uneinv 순간에 입력 전압이 감소합니다. (Uav — 트리거) 비교기는 Uout = U + sat 상태로 들어갑니다.

그림 7 — 연산 증폭기의 슈미트 동작: a) 가장 간단한 방식 b) 성능 특성

예. 그림 8은 전기 모터를 제어하여 시동, 정지 및 역회전을 허용하는 릴레이 접촉기의 개략도를 보여줍니다.

그림 8 - 릴레이 접촉기 모터 제어 체계

전기 모터의 정류는 마그네틱 스타터 KM1, KM2에 의해 수행됩니다. 자유롭게 닫힌 접점 KM1, KM2는 마그네틱 스타터의 동시 작동을 방지합니다. 자유롭게 열린 접점 KM1, KM2는 버튼 SB2 및 SB3의 자체 잠금 기능을 제공합니다.

동작의 신뢰성을 향상시키기 위해서는 릴레이-접촉기 제어회로와 전원회로를 반도체소자와 소자를 이용한 비접촉 방식으로 교체할 필요가 있다.

그림 9는 비접촉식 모터 제어 회로를 보여줍니다.

마그네틱 스타터의 전원 접점은 옵토 시미스터(KM1-VS1-VS3, KM2-VS4-VS6)로 교체되었습니다. 옵토이미스터를 사용하면 저전류 제어 회로를 강력한 공급 회로에서 분리할 수 있습니다.

트리거는 자동 잠금 버튼 SB2, SB3을 제공합니다. 논리 소자는 마그네틱 스타터 중 하나만 동시에 활성화되도록 합니다.

트랜지스터 VT1이 열리면 전류가 첫 번째 그룹의 광 시미 스터 VS1-VS3의 LED를 통해 흐르므로 모터 권선을 통한 전류 흐름이 보장됩니다.트랜지스터 VT2의 열림은 두 번째 광 시미 스터 VS4 그룹에 공급됩니다. -VS6, 다른 방향으로 전기 모터의 회전을 보장합니다.

그림 9 - 비접촉식 모터 제어 회로

레지스터 - 여러 자리 이진수의 단기 저장 및 변환을 위해 설계된 전자 장치입니다. 레지스터는 플립플롭으로 구성되며, 플립플롭의 숫자는 레지스터가 저장할 수 있는 이진수의 비트 수, 즉 레지스터의 크기를 결정합니다(그림 10, a). 로직 요소를 사용하여 트리거 작동을 구성할 수 있습니다.

그림 10 — 레지스터: a) 일반적인 표현, b) 기존의 그래픽 표기법

레지스터는 정보의 입출력 방식에 따라 병렬과 직렬로 구분된다.

순차 레지스터에서 플립플롭은 직렬로 연결됩니다. 즉, 이전 플립플롭의 출력 정보가 ​​다음 플립플롭의 입력으로 전달됩니다. 플립플롭 클록 입력 C는 병렬로 연결됩니다. 이러한 레지스터에는 하나의 데이터 입력과 제어 입력인 클록 입력 C가 있습니다.

병렬 레지스터는 4개의 데이터 입력이 있는 플립플롭에 동시에 씁니다.

그림 10은 UGO와 4비트 병렬 직렬 레지스터의 핀 할당을 보여줍니다.