RS spouštěč Princip fungování spouštěče RS. Schéma

RS-trigger je jednoduchý řídící stroj, obvykle implementovaný ve formě digitálního elektronického obvodu, který patří do třídy sekvenčních obvodů. Jak je známo, v digitálních obvodech funkční zařízení sekvenčního typu zahrnují registry, čítače, generátory čísel a řídicí automaty včetně spouštěčů různých druhů.

Umístit spouštěče v digitálních obvodech

Na rozdíl od kombinačních logických obvodů, které mění stav v závislosti na skutečných signálech aplikovaných na jejich vstupy v určitou dobu, sekvenční logika má nějakou formu vlastní vnitřní paměti, takže mohou vzít v úvahu jak předchozí, tak aktuální stav jejich vstupů a vystupuje. Obecné blokové schéma sekvenčního zařízení je uvedeno níže.

RS-trigger jako digitální řídící automat obsahuje vlastní paměť a kombinační řídicí obvod na typických jazykových prvcích, který implementuje svůj vstupní logický algoritmus. Pokud budeme považovat tento obvod za aplikovaný na nejjednodušší spouštěcí obvody, pak nemají strukturovanou paměť ve formě nějakého druhu specializovaného mikroobvodu nebo uzlu obvodu. Spoušťová paměť existuje na úrovni funkce, jako by byla vložena do algoritmu její kombinované schématu řízení. Výstupem této "paměti" je tzv. Bistabilita spouštěče, jejíž výstupy mohou být v jednom ze dvou základních stavů: logická jednotka (dále jen 1) nebo logická nula (dále jen 0). Spouštěč ukládá hodnoty ustáleného stavu svých výstupů ("snaps") a ukládá, dokud nedojde k další změně vstupních signálů.

Klasifikace

Jsou-li standardními logickými prvky stavebnicemi kombinačních obvodů, jsou bistabilní obvody, včetně skládače RS, hlavními součástmi stavebních sekvenčních logických zařízení, jako jsou registry pro ukládání dat, posuvné registry, paměťové zařízení nebo čítače. V každém případě mohou být uvažované spouštěče (samozřejmě stejně jako všechny sekvenční obvody) provedeny z následujících základních typů:

1. Asynchronní RS-trigger - obvod, který změní stav okamžitě při změně vstupních signálů. Pro daný typ zařízení se jedná o signály na vstupních informacích R (reset) a S (instalace). Podle zavedené praxe se odpovídající vstupy nazývají jako signály na nich.

2. Synchronní RS-trigger, řízený staticky , jehož práce je synchronizována s úrovní konkrétního hodinového signálu.

3. Spouštěč podle nároku 2 s dynamickým řízením , který je synchronizován s momenty vzhledu front (nebo rozpadu) hodinového signálu.

Pokud tedy změny stavu výstupů nastávají pouze za přítomnosti hodinového signálu, který je veden do samostatného vstupu C hodin, je spouštěč synchronní. V opačném případě je obvod považován za asynchronní. Pro zachování jeho současného stavu používají sekvenční obvody zpětnou vazbu, tj. Přenášejí část výstupního signálu na svůj vstup.

RS-trigger na logických prvcích

Nejjednodušší způsob, jak to udělat, je spojit pár dvojicích vstupních logických prvků NAND. V tomto případě je zpětná vazba z výstupu jednoho prvku přivedena na vstup jiného (viz níže uvedený obrázek).

Zpravidla v tomto schématu vstupní signály ukazují inverzní (s podtržítkem), i když později v analýze práce s použitím zápisu přímých (neinvertujících) vstupů. Tím je velmi obtížné pochopit logiku spouštěče. Proto nebudeme zavádět inverze vstupů ve fázi zvažování fungování obvodu na prvcích NAND, ale vezmeme to v úvahu v budoucnosti, když je změněn.

Kolik vstupů a výstupů má RS spouštěč? Z výše uvedeného diagramu lze vidět, že obsahuje vstup S a vstup R, které slouží k nastavení a resetování obvodu, stejně jako přímý Q a inverzní Q výstup. Nejjednodušší spoušť se však týká asynchronního typu, jeho symbol je uveden níže.

V synchronním zařízení je také vstup C pro časové impulsy.

Stav "Instalováno"

Zvažme, jak RS-flip-flop funguje v tomto stavu, daný hodnotami R = 0 a S = 1. Protože vstup 0 prvku AND-NO Y je úroveň 0, pak Q = 1 (AND-NO logic). Z výstupu Y je signál Q přiveden také zpět k prvku X (vstup "A"). Protože S = A = 1, pak Q = 0.

Pokud je nastaveno R = 1 a vstup S je stále 1, pak na vstupu Y máme B = 0 a R = 1 a jeho výstup je Q = 1, tj. Nezměnil se. Takže pokud S = 1, pak schéma RS spouštěče "zapadne" do stavu "Instalováno" Q = 0 a Q = 1 a změna signálu R to nezmění.

Stav "Obnovit"

V tomto druhém ustáleném stavu Q = 0 a Q = 1 a je definován vstupy R = 1 a S = 0. Vzhledem k tomu, že prvek X má vstup S = 0, jeho výstup je Q = 1 (AND-NOT logický). Signál Q je přiveden zpět k prvku Y (vstup "B"), a protože R = B = 1, pak Q = 0.

Pokud se hodnota S rovná 1, když R = 1, pak Q zůstává roven log 0, to znamená, že se nemění. Takže u R = 1 je obvod spouštění znovu zapnutý ve stavu "Reset" Q = 0 a Q = 1, uložený s jakýmkoli signálem S.

Shrneme výsledky v tabulce

Stav signálu Q a Q můžeme určit pomocí následující pravdivé tabulky:

Je vidět, že když S = R = 1, pak Q a Q mohou být rovny buď 1 nebo 0 (ale ne současně!) V závislosti na hladinách vstupů S nebo R před výskytem tohoto stavu výstupů. Takže za podmínky S = R = 1, stav výstupů Q a Q nelze změnit. Může se změnit pouze tehdy, pokud změníte úroveň z 1 na 0 na jednom ze vstupů.

Hodnota S = R = 0 je nežádoucí nebo nepřijatelná podmínka a je třeba se jí vyhnout. Stav S = R = 0 způsobí, že oba výstupy Q a Q budou nastaveny na úrovni 1, zatímco stav Q by měl být vždy zpět k Q. Výsledkem je, že spoušť ztrácí kontrolu nad Q a Q a jestliže dva vstupy nyní přecházejí do stavu 1, obvod se stává nestabilní a přepne se do nedefinovaného stavu.

Schéma spínače RS-Trigger

To, co bylo řečeno v předcházející části, je ilustrováno následujícím spínacím vzorem.

Jak je vidět, když S = R = 0, nastane nerovnováha (nejistota) stavu výstupů. To může vést k přepnutí jednoho z výstupů rychleji než druhý, což způsobí, že spoušť se přepne do jednoho nebo jiného stavu, který se nemusí shodovat s požadovaným, a data budou poškozena. Tento nestabilní stav se obvykle nazývá metastabilní.

Takže podobná spouštěcí západka může být přenesena do stavu "Instalováno" podáním 0 na S-vstupu (pokud je 1 na R-vstupu) a přeneseno do stavu "Reset" použitím 0 na R-vstup S-zadat). Spoušť zadá nedefinovaný stav (metastabilní), pokud je úroveň 0 současně aplikována na oba jeho vstupy.

Přepnutí stavu výstupů nastává s malým zpožděním vzhledem ke změně signálu na jednom ze vstupů bez použití hodinového signálu. Proto výše uvedená schéma je asynchronní RS-trigger.

Změňte schéma spouštění

Jak jsme viděli výše, základní prvky IS-NOT uvažované práce s RS-flip-flop tak, že když je nastavena Q = 1 a Q = 0, a když je resetován, Q = 0 a Q = 1, ačkoli by bylo logičtější mít Q v prvním stavu = 1 a ve druhém Q = 0. V tomto případě se také ukazuje, že změna stavu nastane, když úroveň signálu klesne z 1 na 0.

Proto, pro správnou činnost spouštěcího obvodu, musí být jeho vstupní signály invertovány. Pak bude docházet k přepínání jeho stavů při použití kladných vstupních signálů. K tomu přidejte do obvodu dva další prvky IS-NOT, připojené jako střídače k ​​vstupům S a R, jak je znázorněno na následujícím obrázku. Zde vstupy prvků AND-NOT již představovaly inverzní vstupní signály.

Stejně jako při použití prvků AND-NOT můžete vytvořit jednoduchý RS-trigger s použitím dvou prvků OR-NOT připojených stejným způsobem. Bude pracovat stejným způsobem jako výše popsaná schéma NAND. Zároveň je aktivní vysoká úroveň signálů na vstupech a nepřijatelná podmínka nastane, když se na obě vstupy použije logická úroveň "1", jak je uvedeno v tabulce pravd na obrázku níže.

Jak synchronizovat spoušť

Někdy je žádoucí mít bistabilní spoušť v sekvenčních logických obvodech, které mění svůj stav, když jsou splněny určité podmínky, bez ohledu na stav vstupu S nebo R. Taková schéma může být vytvořena připojením dvouvstupového prvku AND postupně s každým spouštěcím vstupem. Kombinace dvou vstupů prvků A dostaneme nový vstup triggeru. Přidání to znamená, že výstupy Q a Q vstupní signál změní stav, když je signál na něm vysoký, a proto může být použit jako vstup C-hodin, jak je znázorněno na následujícím obrázku.

Když je signál na vstupu C na úrovni 0, výstupy obou prvků And jsou také na úrovni 0 (logika prvku And) bez ohledu na stav dvou vstupů S a R a dva výstupy Q a Q jsou v posledním ustáleném stavu "zablokovány". Když se signál na vstupu C změní na úroveň 1, obvod reaguje jako normální bistabilní spoušť a stává se průhledným pro nastavení a resetování stavů.

Tento dodatečný vstup C může být také připojen k výstupu generátoru hodinových kmitočtů a poté k vytvoření synchronního RS flip-flopu. Takto funguje tato schéma jako standardní bistabilní spouštěcí "západka", ale výstupy jsou aktivovány pouze tehdy, když je úroveň 1 přiváděna na vstup C a jsou vypnuty, když se objeví logická nulová úroveň.

Spouštění registrů

Spouštěč RS může uložit 1 bit digitálních informací. Pokud je třeba ukládat několik bitů, například digitální binární slovo několika binárních bitů (v mikrokontrolérech, obvykle 8 nebo 16), pak spouštěče mohou být paralelně zapojeny a tvořit registry. Jedná se o nejjednodušší zařízení pro dočasné ukládání souboru binárních digitálních číslic, v nichž každý spouštěč ukládá hodnotu jedné číslice (0 nebo 1, tj. Jeden bit). Takže 4-bitový registr zobrazený níže na žabkách RS obsahuje čtyři samostatné žabky.

Každé binární číslo od (0000) ₂ do (1111) ₂ může být uloženo v tomto registru jednoduše nastavením nebo resetováním odpovídajícího spouště. Předpokládejme, že první spoušť je nastavena (Q1 = 1), druhá je resetována (Q2 = 0), třetí je resetována (Q3 = 0) a čtvrtá je nastavena (Q4 = 1). Pak bude binární číslo zapsané do registru (1001) _2.

Kromě paralelních registrů určených pro ukládání digitálních slov jsou tzv. Posuvné registry vytvořeny na žabkách RS, ve kterých jsou číslice digitálního slova postupně s příchodem každého hodinového impulzu posunuty vlevo nebo vpravo o jeden bit. Diagram takového zařízení na synchronních spouštěčích je uveden níže.

Takové registry se používají v obvodech se sériovým rozhraním, když jsou digitální slova přicházející z řídicího řídicí jednotky přenášena trochu na komunikační linku.