Un disparador es un elemento de la tecnología digital, un dispositivo biestable que cambia a uno de los estados y puede permanecer en él indefinidamente incluso cuando se eliminan las señales externas. Se construye a partir de elementos lógicos del primer nivel (Y-NO, O-NO, etc.) y pertenece a los dispositivos lógicos del segundo nivel.
En la práctica, los flip-flops se producen en forma de microcircuitos en un paquete separado o se incluyen como elementos en grandes circuitos integrados (LSI) o arreglos lógicos programables (PLM).
Contenido
Clasificación y tipos de sincronización de disparadores.
Los disparadores se dividen en dos grandes clases:
- asincrónico;
- sincrónico (con reloj).
La diferencia fundamental entre ellos es que para la primera categoría de dispositivos, el nivel de la señal de salida cambia simultáneamente con el cambio de la señal en la entrada (entradas).Para disparadores síncronos, un cambio de estado ocurre solo si hay una señal de sincronización (reloj, luz estroboscópica) en la entrada provista para esto. Para esto, se proporciona una salida especial, denotada por la letra C (reloj). Según el tipo de activación, los elementos síncronos se dividen en dos clases:
- dinámica;
- estático.
Para el primer tipo, el nivel de salida cambia según la configuración de las señales de entrada en el momento de la aparición del frente (borde de ataque) o la caída del pulso de reloj (dependiendo del tipo específico de disparo). Entre la aparición de frentes de sincronización (pendientes), se puede aplicar cualquier señal a las entradas, el estado del disparador no cambiará. En la segunda opción, la señal de reloj no es un cambio de nivel, sino la presencia de uno o cero en la entrada Reloj. También existen dispositivos de activación complejos clasificados por:
- el número de estados estables (3 o más, en contraste con 2 para los elementos principales);
- el número de niveles (también más de 3);
- otras características.
Los elementos complejos tienen un uso limitado en dispositivos específicos.
Tipos de disparadores y cómo funcionan
Hay varios tipos básicos de disparadores. Antes de comprender las diferencias, se debe tener en cuenta una propiedad común: cuando se aplica energía, la salida de cualquier dispositivo se establece en un estado arbitrario. Si esto es fundamental para el funcionamiento general del circuito, se deben proporcionar circuitos de preajuste. En el caso más simple, este es un circuito RC que genera una señal para establecer el estado inicial.
Chanclas RS
El tipo más común de dispositivo biestable asíncrono es el flip-flop RS. Se refiere a flip-flops con configuración separada de estado 0 y 1.Hay dos entradas para esto:
- S - conjunto (instalación);
- R - restablecer (restablecer).
Hay una salida directa Q, también puede haber una salida Q1 invertida. El nivel lógico en él es siempre el opuesto del nivel en Q; esto es útil cuando se diseñan circuitos.
Cuando se aplica un nivel positivo a la entrada S, la salida Q se establecerá en una unidad lógica (si hay una salida invertida, irá al nivel 0). Después de eso, en la entrada de la configuración, la señal puede cambiar a su gusto; esto no afectará el nivel de salida. Hasta que aparezca un 1 en la entrada R. Esto establecerá el flip-flop en el estado 0 (1 en la salida invertida). Ahora, cambiar la señal en la entrada de reinicio no afectará el estado posterior del elemento.
¡Importante! Está prohibida la opción cuando en ambas entradas hay una unidad lógica. El activador se establecerá en un estado arbitrario. Al diseñar esquemas, se debe evitar esta situación.
Se puede construir un flip-flop RS sobre la base de elementos NAND de dos entradas ampliamente utilizados. Este método se implementa tanto en microcircuitos convencionales como en el interior de matrices programables.
Se pueden invertir una o ambas entradas. Esto significa que en estos pines, el disparador está controlado por la aparición de un nivel bajo, pero no alto.
Si construye un flip-flop RS en elementos AND-NOT de dos entradas, entonces ambas entradas serán inversas, controladas por el suministro de un cero lógico.
Hay una versión cerrada del flip-flop RS. Tiene una entrada adicional C. La conmutación se produce cuando se cumplen dos condiciones:
- la presencia de un nivel alto en la entrada Set o Reset;
- la presencia de una señal de reloj.
Dicho elemento se utiliza en los casos en que la conmutación debe retrasarse, por ejemplo, en el momento del final de los transitorios.
chanclas D
D-trigger ("transparent trigger", "latch", latch) pertenece a la categoría de dispositivos síncronos, sincronizados por la entrada C. También hay una entrada de datos D (Data). En términos de funcionalidad, el dispositivo pertenece a disparadores con la recepción de información a través de una entrada.
Siempre que haya uno lógico en la entrada del reloj, la señal en la salida Q repite la señal en la entrada de datos (modo de transparencia). Tan pronto como el nivel de la luz estroboscópica pasa al estado 0, el nivel en la salida Q seguirá siendo el mismo que estaba en el momento del flanco (latches). Por lo tanto, puede fijar el nivel de entrada en la entrada en cualquier momento. También hay chanclas D con reloj en la parte delantera. Enganchan la señal en el borde positivo de la luz estroboscópica.
En la práctica, se pueden combinar dos tipos de dispositivos biestables en un microcircuito. Por ejemplo, flip-flop D y RS. En este caso, las entradas Set/Reset tienen prioridad. Si hay un cero lógico en ellos, entonces el elemento se comporta como un D-flip-flop normal. Cuando se produce un nivel alto en al menos una entrada, la salida se establece en 0 o 1, independientemente de las señales en las entradas C y D.
La transparencia de un flip-flop D no siempre es una característica útil. Para evitarlo, se utilizan elementos dobles (flip-flop, gatillo de "aplausos"), se denotan con las letras TT. El primer disparador es un pestillo regular que pasa la señal de entrada a la salida. El segundo disparador sirve como elemento de memoria. Ambos dispositivos están sincronizados con una luz estroboscópica.
chanclas
El gatillo T pertenece a la clase de elementos biestables contables. La lógica de su trabajo es simple: cambia su estado cada vez que la siguiente unidad lógica llega a su entrada.Si se aplica una señal de pulso a la entrada, la frecuencia de salida será el doble que la de entrada. En la salida invertida, la señal estará desfasada con la directa.
Así es como funciona un T-flip-flop asíncrono. También hay una opción síncrona. Cuando se aplica una señal de pulso a la entrada del reloj y en presencia de una unidad lógica en la salida T, el elemento se comporta de la misma manera que uno asíncrono: divide la frecuencia de entrada a la mitad. Si el pin T es cero lógico, entonces la salida Q se establece en bajo, independientemente de la presencia de luces estroboscópicas.
chanclas JK
Este elemento biestable pertenece a la categoría de los universales. Se puede controlar por separado mediante entradas. La lógica del flip-flop JK es similar al trabajo del elemento RS. La entrada J (Trabajo) se utiliza para establecer la salida en uno. Un nivel alto en el pin K (Mantener) restablece la salida a cero. La diferencia fundamental con el disparador RS es que no está prohibida la aparición simultánea de unos en dos entradas de control. En este caso, la salida del elemento cambia su estado al contrario.
Si las salidas Job y Keep están conectadas, entonces el JK-flip-flop se convierte en un T-flip-flop de conteo asíncrono. Cuando se aplica una onda cuadrada a la entrada combinada, la salida será la mitad de la frecuencia. Al igual que el elemento RS, existe una versión sincronizada del flip-flop JK. En la práctica, se utilizan principalmente elementos cerrados de este tipo.
Uso práctico
La propiedad de los activadores de retener la información registrada incluso cuando se eliminan las señales externas permite que se utilicen como celdas de memoria con una capacidad de 1 bit.A partir de elementos individuales, puede construir una matriz para almacenar estados binarios; de acuerdo con este principio, se construyen memorias estáticas de acceso aleatorio (SRAM). Una característica de dicha memoria es un circuito simple que no requiere controladores adicionales. Por lo tanto, dichas SRAM se utilizan en controladores y PLA. Pero la baja densidad de grabación impide el uso de dichas matrices en PC y otros sistemas informáticos potentes.
El uso de flip-flops como divisores de frecuencia se mencionó anteriormente. Los elementos biestables se pueden conectar en cadenas y obtener diferentes proporciones de división. La misma cadena se puede utilizar como contador de pulsos. Para hacer esto, es necesario leer el estado de las salidas de los elementos intermedios en cada momento del tiempo: se obtendrá un código binario correspondiente a la cantidad de pulsos que llegaron a la entrada del primer elemento.
Según el tipo de activadores aplicados, los contadores pueden ser síncronos o asíncronos. Los convertidores de serie a paralelo se basan en el mismo principio, pero aquí solo se utilizan elementos de compuerta. Además, las líneas de retardo digital y otros elementos de la tecnología binaria se basan en disparadores.
Los flip-flops RS se utilizan como abrazaderas de nivel (supresores de rebote). Si se utilizan interruptores mecánicos (botones, interruptores) como fuentes de nivel lógico, entonces, cuando se presionan, el efecto de rebote formará muchas señales en lugar de una. El flip-flop RS combate esto con éxito.
El alcance de los dispositivos biestables es amplio. La gama de tareas resueltas con su ayuda depende en gran medida de la imaginación del diseñador, especialmente en el campo de las soluciones no estándar.
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