Spúšťač je digitálna súčiastka, bistabilné zariadenie, ktoré sa prepína do jedného stavu a môže v tomto stave zostať neobmedzene dlho, aj keď sú externé signály odstránené. Je vytvorený z logických prvkov prvej úrovne (AND-NE, OR-NE atď.) a vzťahuje sa na logické zariadenia druhej úrovne.
V praxi sú spúšťače k dispozícii ako mikroobvody v samostatnom balení alebo ako prvky vo veľkých integrovaných obvodoch (LSI) alebo programovateľných logických maticiach (PLM).
Obsah
Klasifikácia a typy časovania spúšťania
Spúšťače sa delia do dvoch veľkých tried
- Asynchrónne;
- Synchrónne (taktované).
Základný rozdiel medzi nimi spočíva v tom, že v prvej kategórii zariadení sa úroveň výstupného signálu mení súčasne so zmenou signálu na vstupe (vstupoch). Synchrónne spúšťače menia stav len vtedy, keď je na vstupe určenom na tento účel prítomný taktovací signál. Na tento účel je k dispozícii špeciálny výstup označený písmenom C (clock). Synchrónne prvky sa rozdeľujú do dvoch tried podľa typu hradlovania:
- dynamické;
- statické.
V prvom type sa výstupná úroveň mení v závislosti od konfigurácie vstupných signálov v okamihu, keď sa objaví hrana (nábežná hrana) alebo klesajúca hrana hodinového impulzu (v závislosti od konkrétneho typu spúšťania). Na vstupy možno privádzať akékoľvek signály medzi objavujúcimi sa hranami (rozpadmi), stav spúšťania sa nezmení. Druhý nemení úroveň, ale jeden alebo nulový signál na vstupe Clock je znakom taktovania. Existujú aj komplexné spúšťacie zariadenia, ktoré sa delia podľa:
- Počet stabilných stavov (3 a viac na rozdiel od 2 pri základných prvkoch);
- Počet úrovní (aj viac ako 3);
- Ďalšie vlastnosti.
Komplexné prvky majú v konkrétnych zariadeniach obmedzené použitie.
Typy spúšťačov a ich fungovanie
Existuje niekoľko základných typov spúšťačov. Predtým, ako vysvetlíme rozdiely, je potrebné upozorniť na jednu spoločnú črtu: výstup akéhokoľvek zariadenia je po pripojení napájania nastavený do ľubovoľného stavu. Ak je to pre celkovú prevádzku obvodu rozhodujúce, musia sa zabezpečiť prednastavovacie obvody. V najjednoduchšom prípade ide o RC obvod, ktorý generuje signál nastavenia počiatočného stavu.
Spúšťače RS
Najbežnejším typom asynchrónneho bistabilného zariadenia je spúšťač RS. Označuje sa ako spúšťač so samostatným nastavením stavov 0 a 1. K dispozícii sú dva vstupy:
- S - sada;
- R - reset.
Má priamy výstup Q a môže byť aj inverzný Q1. Logická úroveň na tomto výstupe je vždy opačná ako na výstupe Q, čo je užitočné pri návrhu obvodov.
Privedením kladnej úrovne na vstup S sa výstup Q nastaví na logickú 1 (ak existuje inverzný výstup, prejde na úroveň 0). Signál sa potom môže na vstupe nastavenia meniť podľa potreby - výstupná úroveň nebude ovplyvnená. Pokiaľ sa na vstupe R objaví jeden. Tým sa spúšť nastaví do stavu 0 (1 na inverznom pine). Zmena signálu na vstupe resetovania nebude mať žiadny vplyv na ďalší stav prvku.
Dôležité! Možnosť s logickou 1 na oboch vstupoch je zakázaná. Spúšťač sa nastaví do ľubovoľného stavu. Pri navrhovaní obvodov je potrebné sa tejto situácii vyhnúť.
RS-Trigger možno zostaviť s bežne používanými prvkami I-NE s dvoma vstupmi. Túto metódu je možné použiť v bežných integrovaných obvodoch, ako aj v programovateľných maticiach.
Jeden alebo oba vstupy môžu byť invertované. To znamená, že na týchto pinoch je spúšťanie riadené výskytom nízkej, a nie vysokej úrovne.
Ak je spúšťač RS zostavený s dvoma vstupnými prvkami I-NE, oba vstupy budú invertované - riadené dodávkou logickej nuly.
K dispozícii je verzia spúšťača RS s bránou. Má ďalší vstup C. Prepnutie sa uskutoční, ak sú splnené dve podmienky:
- prítomnosť vysokej úrovne na vstupe Set alebo Reset;
- Prítomnosť hodinového signálu.
Takýto prvok sa používa vtedy, keď je potrebné oneskoriť čas spínania, napríklad počas ukončenia prechodových javov.
D-spúšťače
Spúšťač D (transparentný spúšťač, latch) patrí do kategórie synchrónnych zariadení, taktovaných na vstupe C. Má aj dátový vstup D (Data). Z hľadiska funkčnosti ide o zariadenie s jedným vstupným spúšťačom.
Pokiaľ je na hodinovom vstupe prítomná logická jednotka, signál na výstupe Q opakuje signál na dátovom vstupe (režim transparentnosti). Hneď ako úroveň stroboskopu klesne na 0, úroveň na výstupe Q zostane rovnaká ako v čase poklesu (latched). Týmto spôsobom je možné kedykoľvek zablokovať vstupnú úroveň na vstupe. Existujú aj spúšťače D, ktoré sú spúšťané hranami. Zapínajú signál na kladnej hrane stroboskopu.
V praxi možno v jednom čipe kombinovať dva typy bistabilných zariadení. Napríklad spúšť D a RS. V tomto prípade majú prioritu vstupy Set/Reset. Ak je na nich logická nula, prvok sa správa ako bežný D-spúšťač. Ak má aspoň jeden vstup vysokú úroveň, výstup je nastavený na 0 alebo 1 bez ohľadu na signály na vstupoch C a D.
Priehľadnosť spúšte D nie je vždy užitočnou funkciou. Aby sa tomu predišlo, používajú sa dvojité prvky (flip-flop triggery), ktoré sa označujú písmenami TT. Prvý spúšťač je jednoduchá západka, ktorá umožňuje vstupnému signálu prúdiť na výstup. Druhý spúšťač slúži ako pamäťový prvok. Obe sú taktované rovnakou bránou.
Spúšťače T .
T-spúšťač je spočítateľný bistabilný prvok. Logika je jednoduchá, zmení svoj stav vždy, keď na jej vstup príde ďalšia logická jednotka. Ak sa na jeho vstup privedie impulzný signál, výstupná frekvencia bude dvakrát vyššia ako vstupná frekvencia. Signál na inverznom výstupe bude mimo fázy s priamym výstupom.
Takto funguje asynchrónna spúšť T. Existuje aj synchrónny variant. Keď je na hodinový vstup privedený impulzný signál a na kolíku T je logická jednotka, prvok sa správa rovnako ako asynchrónny prvok - delí vstupnú frekvenciu na polovicu. Ak je pin T nulový, výstup Q je nastavený na nízku hodnotu bez ohľadu na prítomnosť hradiel.
Spúšťače JK .
Tento bistabilný prvok patrí do kategórie univerzálnych prvkov. Možno ho ovládať samostatne pomocou vstupov. Logika spúšťača JK je podobná ako pri prvku RS. Vstup J (Job) sa používa na nastavenie výstupu na jednotku. Vysoká úroveň na kolíku K (Keep) vynuluje výstup. Zásadný rozdiel oproti spúšťaču RS spočíva v tom, že súčasný výskyt jednotiek na dvoch riadiacich vstupoch nie je zakázaný. V tomto prípade výstup prvku zmení svoj stav na opačný.
Ak sú pripojené výstupy Job a Keep, zo spúšťača JK sa stane asynchrónny počítací T-spúšťač. Keď sa na kombinovaný vstup aplikuje meander, výstup bude mať polovičnú frekvenciu. Rovnako ako v prípade prvku RS je k dispozícii taktovaná verzia spúšťača JK. V praxi sa používajú najmä brány tohto typu.
Praktická aplikácia
Vzhľadom na ich vlastnosť uchovávať zaznamenané informácie aj po odstránení vonkajších signálov sa môžu spúšťače používať ako pamäťové bunky s kapacitou 1 bit. Z jednotlivých prvkov možno vytvoriť maticu na ukladanie binárnych stavov - na tomto princípe sa konštruujú statické pamäte s náhodným prístupom (SRAM). Zvláštnosťou tejto pamäte je jej jednoduché zapojenie, ktoré nevyžaduje ďalšie radiče. Preto sa tieto pamäte SRAM používajú v PLC a PM. Nízka hustota zápisu však bráni používaniu takýchto matíc v osobných počítačoch a iných výkonných počítačových systémoch.
Použitie spúšťačov ako deličov frekvencie bolo spomenuté vyššie. Bistabilné prvky možno spájať do reťazcov, aby sa získali rôzne deliace koeficienty. Ten istý reťazec sa môže použiť aj ako počítadlo impulzov. To sa vykonáva čítaním stavu výstupov z medziľahlých prvkov v každom časovom okamihu s cieľom vytvoriť binárny kód zodpovedajúci počtu impulzov prichádzajúcich na vstup prvého prvku.
V závislosti od typu použitých spúšťačov môžu byť počítadlá synchrónne alebo asynchrónne. Rovnaký princíp sa používa aj pri konvertoroch sekvenčného kódu na paralelný kód, ale tu sa používajú len prvky, ktoré možno brániť. Na spúšťačoch sú postavené aj digitálne oneskorovacie linky a iné binárne prvky.
Spúšťače RS sa používajú ako západky úrovní (potláčajúce odskok kontaktov). Ak sa ako zdroje logických úrovní používajú mechanické spínače (tlačidlá, prepínače), pri stlačení sa namiesto jedného signálu vytvorí viacero signálov. Tomu sa dá úspešne čeliť pomocou spúšťača RS.
Rozsah použitia bistabilných zariadení je široký. Rozsah úloh, ktoré sa s nimi dajú riešiť, závisí do veľkej miery od fantázie konštruktéra, najmä v oblasti neštandardných riešení.
Súvisiace články:
