Дигитални уређаји: јапанке, компаратори и регистри

Дигитални уређаји су изграђени на логичким елементима, па се повинују законима логичке алгебре. Основни уређаји дигиталне технологије, уз логичке уређаје, су јапанке.

Триггер (енглески триггер - триггер) - електронски уређај који има два стабилна стања и може скочити из једног стања у друго под утицајем спољашњег импулса.

Окидачима или, тачније, системима окидача назива се велика класа електронских уређаја који имају способност да остану дуго у једном од два стабилна стања и да их наизменично смењују под утицајем спољних сигнала. Сваки услов окидача се лако препознаје по вредности излазног напона.

Свако стање окидача одговара одређеном (високом или ниском) нивоу излазног напона:

1) окидач је постављен на једно стање — ниво «1».

2) флип-флоп се ресетује — ниво «0» на излазу.

Стабилно стање остаје колико год се жели и може се променити екстерним импулсом или искључивањем напона напајања. Цхе.флип-флоп је елементарни меморијски елемент способан да ускладишти најмању јединицу информације (један бит) «0» или «1».

Јапанке могу бити изграђене на дискретним елементима, логичким елементима, на интегрисаном колу или су део интегрисаног кола.

У главне врсте јапанки спадају: РС-, Д-, Т-, и ЈК пераје... Осим тога, јапанке се деле на асинхроне и синхроне. Код асинхроног активирања, прелазак из једног стања у друго се врши директно са доласком сигнала на информациони улаз. Поред улаза података, синхронизовани јапанци имају улаз за сат. Њихово пребацивање се одвија само у присуству импулса такта који омогућава.

РС окидач има најмање два улаза: С (сет — сет) — окидач је постављен на стање нивоа «1» и Р (ресет) — окидач је ресетован на стање нивоа «0». (Фиг. 1).

У присуству улаза Ц флип-флоп је синхрони — пребацивање флип-флопа (промена стања излаза) може да се деси само у тренутку доласка синхронизационог (синхронизационог) импулса на улаз Ц.

Слика 1 — Конвенционални графички приказ РС флип-флопа и сврха закључака а) асинхрони, б) синхрони

Поред директног излаза, флип-флоп може имати и инверзни излаз, чији ће сигнал бити супротан.

У табели 1 приказана су стања која флип-флоп може да преузме током рада. У табели су приказане вредности улазних сигнала С и Р у одређеном тренутку времена тн и стање флип-флопа (директног излаза) у следећем тренутку времена тн + 1 након доласка следећег пулсеви. На ново стање окидача такође утиче претходно стање К н.

Цхе.ако је потребно уписати на окидач «1» — дајемо импулс на С улаз, ако «0» — шаљемо импулс на Р улаз.

Комбинација С = 1, Р = 1 је забрањена комбинација јер је немогуће предвидети које ће се стање успоставити на излазу.

Табела 1 – Табела стања синхроне РС флип-флопа

Рад флип-флопа се такође може видети помоћу временских дијаграма (слика 2).

Слика 2 — Временски дијаграми асинхроног РС флип-флопа

Д-триггер (од енглеског делаи — кашњење) има један информациони улаз и сат (синхронизујући) улаз (слика 3).

Д-флип-флоп складишти и чува на излазу К сигнал који је био на улазу података Д у време доласка тактног импулса Ц. флип-флоп чува информације написане када је Ц = 1.

Табела 2-Табела стања Д-флип-флопа

Слика 3 — Д -окидач: а) конвенционални графички приказ, б) временски дијаграми рада

Т-окидачи (од енглеског тумбле — превртање, салто), који се називају и јапанци за бројање, имају један информациони улаз Т. Сваки импулс (слабљење импулса) Т-улаза (улаз за бројање) пребацује окидач у супротно стање.

Слика 4 приказује симбологију Т-окидача (а) и временски дијаграм рада (б).

Слика 4-Т-флип-флоп а) конвенционална графичка нотација, б) временски дијаграми рада ц) табела стања

ЈК окидач (од енглеског јумп — скок, кеер — држите) има два улаза података Ј и К и улаз сата Ц. Додела пинова Ј и К је слична додели пинова Р и С, али окидач има нема забрањених комбинација. Ако је Ј = К = 1, мења своје стање у супротно (слика 5).

Уз одговарајуће повезивање улаза, окидач може обављати функције РС-, Д-, Т-окидача, тј. је универзални окидач.

Слика 5 -ЈК -флип-флоп а) конвенционална -графичка нотација, б) скраћена табела стања

Компаратор (упореди — упореди) — уређај који упоређује два напона — улаз Уин са референтном Уреф. Референтни напон је константан напон са позитивним или негативним поларитетом, улазни напон се мења током времена. Најједноставније компараторско коло засновано на операционом појачавачу приказано је на слици 6, а. Ако Уин Уоп на излазу У — нас (слика 6, б).

Слика 6 — Компаратор Оп-амп: а) најједноставнија шема б) карактеристике перформанси

Компаратор позитивне повратне спреге се зове Сцхмитт триггер. Ако се компаратор пребацује са «1» на «0» и обрнуто на истом напону, онда Шмитов окидач - на различитим напонима. Референтни напон ствара ПИЦ коло Р1Р2, улазни сигнал се доводи на инвертујући улаз оп-амп. На слици 7, б приказана је карактеристика преноса Шмитовог окидача.

При негативном напону на инвентарском улазу ОС Уоут = У + сат. То значи да на неинвертујући улаз делује позитиван напон. Како се улазни напон повећава, струја Уин > Унеинв. (Уав — окидач) компаратор прелази у стање Уоут = У -сат. Негативни напон се примењује на неинвертујући улаз. Сходно томе, са смањењем улазног напона у тренутку Уин <Унеинв. (Уав — окидач) компаратор прелази у стање Уоут = У + сат.

Слика 7 — Шмитов рад оп-појачала: а) најједноставнија шема б) карактеристике перформанси

Пример. Слика 8 приказује шему релејног контактора за управљање електромотором, омогућавајући му да се покрене, заустави и окрене уназад.

Слика 8 — Шема управљања мотором релејног контактора

Комутација електромотора се врши магнетним стартерима КМ1, КМ2. Слободно затворени контакти КМ1, КМ2 спречавају истовремени рад магнетних стартера. Слободно отворени контакти КМ1, КМ2 обезбеђују самозакључавање дугмади СБ2 и СБ3.

Да би се побољшала поузданост рада, потребно је заменити управљачка кола релеј-контактора и струјна кола са бесконтактним системом помоћу полупроводничких уређаја и уређаја.

На слици 9 приказано је бесконтактно управљачко коло мотора.

Контакти за напајање магнетних стартера замењени су опто-симисторима: КМ1-ВС1-ВС3, КМ2-ВС4-ВС6. Употреба оптосимистора омогућава изолацију нискострујног контролног кола од моћног кола напајања.

Окидачи обезбеђују самоблокирајуће дугме СБ2, СБ3. Логички елементи И обезбеђују истовремену активацију само једног од магнетних стартера.

Када се транзистор ВТ1 отвори, струја тече кроз ЛЕД диоде прве групе опто-симистора ВС1-ВС3, чиме се обезбеђује проток струје кроз намотаје мотора.Отвор транзистора ВТ2 напаја другу групу опто-симистора ВС4 -ВС6, обезбеђујући ротацију електромотора у другом правцу.

Слика 9 — Бесконтактни управљачки круг мотора

Регистар - електронски уређај дизајниран за краткорочно складиштење и конверзију вишецифрених бинарних бројева. Регистар се састоји од флип-флопова, чији број одређује колико битова бинарног броја регистар може да ускладишти — величину регистра (слика 10, а). Логички елементи се могу користити за организовање рада окидача.

Слика 10 — Регистар: а) општи приказ, б) конвенционални графички запис

Према начину уноса и излаза информација регистри се деле на паралелне и серијске.

У секвенцијалном регистру, флип-флопови су повезани у серију, односно излази претходног флип-флопа преносе информације на улазе следећег флип-флопа. Улази сата флип-флопа Ц су повезани паралелно. Такав регистар има један улаз података и контролни улаз — сатни улаз Ц.

Паралелни регистар истовремено уписује у флип-флопове за које постоје четири улаза података.

Слика 10 приказује УГО и доделу пинова четворобитног паралелно-серијског регистра.