Bộ kích hoạt là một yếu tố của công nghệ kỹ thuật số, một thiết bị có thể chuyển đổi sang một trong các trạng thái và có thể ở trong đó vô thời hạn ngay cả khi các tín hiệu bên ngoài bị loại bỏ. Nó được xây dựng từ các phần tử logic của cấp độ đầu tiên (VÀ-KHÔNG, HOẶC-KHÔNG, v.v.) và thuộc về các thiết bị logic của cấp độ thứ hai.
Trong thực tế, flip-flops được sản xuất dưới dạng vi mạch trong một gói riêng biệt hoặc được bao gồm dưới dạng phần tử trong các mạch tích hợp lớn (LSI) hoặc mảng logic có thể lập trình (PLM).
Nội dung
Phân loại và các loại đồng bộ hóa kích hoạt
Kích hoạt được chia thành hai loại rộng:
- không đồng bộ;
- đồng bộ (xung nhịp).
Sự khác biệt cơ bản giữa chúng là đối với loại thiết bị đầu tiên, mức tín hiệu đầu ra thay đổi đồng thời với sự thay đổi tín hiệu ở đầu vào (đầu vào).Đối với bộ kích hoạt đồng bộ, sự thay đổi trạng thái chỉ xảy ra nếu có tín hiệu đồng bộ hóa (đồng hồ, nhấp nháy) ở đầu vào được cung cấp cho việc này. Đối với điều này, một đầu ra đặc biệt được cung cấp, được ký hiệu bằng chữ C (đồng hồ). Theo loại gating, các phần tử đồng bộ được chia thành hai lớp:
- năng động;
- tĩnh.
Đối với loại đầu tiên, mức đầu ra thay đổi tùy thuộc vào cấu hình của các tín hiệu đầu vào tại thời điểm xuất hiện mặt trước (cạnh đầu) hoặc xung đồng hồ giảm (tùy thuộc vào loại kích hoạt cụ thể). Giữa sự xuất hiện của mặt trận đồng bộ hóa (dốc), bất kỳ tín hiệu nào có thể được áp dụng cho các đầu vào, trạng thái của bộ kích hoạt sẽ không thay đổi. Trong tùy chọn thứ hai, dấu hiệu của đồng hồ không phải là sự thay đổi về mức độ, mà là sự hiện diện của một hoặc số không ở đầu vào Đồng hồ. Ngoài ra còn có các thiết bị kích hoạt phức tạp được phân loại theo:
- số lượng trạng thái ổn định (3 hoặc nhiều hơn, ngược lại là 2 cho các phần tử chính);
- số lượng cấp độ (cũng nhiều hơn 3);
- các đặc điểm khác.
Các yếu tố phức tạp được sử dụng hạn chế trong các thiết bị cụ thể.
Các loại trình kích hoạt và cách chúng hoạt động
Có một số loại kích hoạt cơ bản. Trước khi tìm hiểu sự khác biệt, một đặc tính chung cần được lưu ý: khi cấp nguồn, đầu ra của bất kỳ thiết bị nào được đặt ở trạng thái tùy ý. Nếu điều này là quan trọng đối với hoạt động tổng thể của mạch thì phải cung cấp các mạch đặt trước. Trong trường hợp đơn giản nhất, đây là mạch RC tạo ra tín hiệu để thiết lập trạng thái ban đầu.
Dép xỏ ngón RS
Loại thiết bị ổn định không đồng bộ phổ biến nhất là thiết bị lật RS. Nó đề cập đến dép xỏ ngón có cài đặt trạng thái 0 và 1 riêng biệt.Có hai đầu vào cho việc này:
- S - set (cài đặt);
- R - thiết lập lại (reset).
Có một đầu ra trực tiếp Q, cũng có thể có một đầu ra ngược Q1. Mức logic trên nó luôn ngược lại với mức trên Q - điều này rất hữu ích khi thiết kế mạch.
Khi một mức tích cực được áp dụng cho đầu vào S, đầu ra Q sẽ được đặt thành một đơn vị logic (nếu có một đầu ra đảo ngược, nó sẽ chuyển sang mức 0). Sau đó, ở đầu vào của thiết lập, tín hiệu có thể thay đổi theo ý muốn - điều này sẽ không ảnh hưởng đến mức đầu ra. Cho đến khi số 1 xuất hiện ở đầu vào R. Điều này sẽ đặt bàn lật về trạng thái 0 (1 ở đầu ra được đảo ngược). Bây giờ việc thay đổi tín hiệu ở đầu vào đặt lại sẽ không ảnh hưởng đến trạng thái khác của phần tử.
Quan trọng! Tùy chọn khi có một đơn vị logic ở cả hai đầu vào bị cấm. Trình kích hoạt sẽ được đặt ở trạng thái tùy ý. Khi thiết kế các phương án, cần tránh tình huống này.
Một flip-flop RS có thể được xây dựng trên cơ sở các phần tử NAND hai đầu vào được sử dụng rộng rãi. Phương pháp này được thực hiện trên cả vi mạch thông thường và bên trong ma trận có thể lập trình được.
Một hoặc cả hai đầu vào có thể được đảo ngược. Điều này có nghĩa là trên các chân này, trình kích hoạt được điều khiển bởi sự xuất hiện của không phải mức cao mà là mức thấp.
Nếu bạn xây dựng một flip-flop RS trên các phần tử hai đầu vào VÀ KHÔNG, thì cả hai đầu vào sẽ nghịch đảo - được điều khiển bởi việc cung cấp một số 0 hợp lý.
Có một phiên bản nắp gập RS. Nó có một đầu vào bổ sung C. Quá trình chuyển đổi xảy ra khi hai điều kiện được đáp ứng:
- sự hiện diện của mức cao ở đầu vào Đặt hoặc Đặt lại;
- sự hiện diện của một tín hiệu đồng hồ.
Phần tử như vậy được sử dụng trong trường hợp việc chuyển mạch phải bị trì hoãn, ví dụ, tại thời điểm kết thúc quá độ.
Dép xỏ ngón D
D-trigger ("trong suốt trigger", "latch", latch) thuộc loại thiết bị đồng bộ, được xung nhịp bởi đầu vào C. Ngoài ra còn có một đầu vào dữ liệu D (Data). Về mặt chức năng, thiết bị thuộc về trình kích hoạt với việc nhận thông tin thông qua một đầu vào.
Miễn là một logic có mặt ở đầu vào đồng hồ, tín hiệu ở đầu ra Q sẽ lặp lại tín hiệu ở đầu vào dữ liệu (chế độ trong suốt). Ngay sau khi mức nhấp nháy chuyển sang trạng thái 0, mức ở đầu ra Q sẽ giữ nguyên như tại thời điểm cạnh (chốt). Vì vậy, bạn có thể cố định mức đầu vào ở đầu vào bất kỳ lúc nào. Ngoài ra còn có dép xỏ ngón D với đồng hồ ở mặt trước. Họ chốt tín hiệu trên cạnh tích cực của nhấp nháy.
Trong thực tế, hai loại thiết bị bistable có thể được kết hợp trong một vi mạch. Ví dụ, D và RS flip-flop. Trong trường hợp này, các đầu vào Đặt / Đặt lại được ưu tiên. Nếu có một số 0 hợp lý trên chúng, thì phần tử sẽ hoạt động giống như một cú lật ngửa D bình thường. Khi mức cao xảy ra ít nhất một đầu vào, đầu ra được đặt thành 0 hoặc 1, bất kể tín hiệu ở đầu vào C và D.
Không phải lúc nào tính trong suốt của flip-flop D cũng là một tính năng hữu ích. Để tránh nó, các yếu tố kép được sử dụng (lật ngược, kích hoạt "vỗ tay"), chúng được ký hiệu bằng các chữ cái TT. Bộ kích hoạt đầu tiên là một chốt thông thường chuyển tín hiệu đầu vào đến đầu ra. Trình kích hoạt thứ hai đóng vai trò như một phần tử bộ nhớ. Cả hai thiết bị đều có xung nhịp bằng một lần nhấp nháy.
Dép xỏ ngón chữ T
T-trigger thuộc về lớp các phần tử có thể đếm được. Logic của công việc của nó rất đơn giản - nó thay đổi trạng thái mỗi khi đơn vị logic tiếp theo đến với đầu vào của nó.Nếu một tín hiệu xung được áp dụng cho đầu vào, tần số đầu ra sẽ cao gấp đôi tần số đầu vào. Ở đầu ra đảo ngược, tín hiệu sẽ lệch pha với tín hiệu trực tiếp.
Đây là cách hoạt động của T-flip-flop không đồng bộ. Ngoài ra còn có một tùy chọn đồng bộ. Khi một tín hiệu xung được áp dụng cho đầu vào đồng hồ và với sự hiện diện của một đơn vị logic ở đầu ra T, phần tử hoạt động theo cách giống như một tín hiệu không đồng bộ - nó chia tần số đầu vào làm đôi. Nếu chân T là mức logic 0, thì đầu ra Q được đặt ở mức thấp, bất kể sự hiện diện của nhấp nháy.
Dép xỏ ngón JK
Phần tử bistable này thuộc loại phổ quát. Nó có thể được điều khiển riêng biệt bởi các đầu vào. Logic của flip-flop JK tương tự như công việc của phần tử RS. Đầu vào J (Job) được sử dụng để đặt đầu ra thành một. Mức cao trên chân K (Keep) đặt lại đầu ra về không. Sự khác biệt cơ bản so với RS-trigger là sự xuất hiện đồng thời của những cái trên hai đầu vào điều khiển không bị cấm. Trong trường hợp này, đầu ra của phần tử thay đổi trạng thái của nó thành ngược lại.
Nếu đầu ra Job và Keep được kết nối, thì JK-flip-flop sẽ biến thành một T-flip-flop đếm không đồng bộ. Khi một sóng vuông được áp dụng cho đầu vào kết hợp, đầu ra sẽ là một nửa tần số. Giống như phần tử RS, có một phiên bản đồng hồ của flip-flop JK. Trong thực tế, nó chủ yếu là các yếu tố được kiểm soát của loại này được sử dụng.
Công dụng thực tế
Đặc tính của các bộ kích hoạt để giữ lại thông tin đã ghi ngay cả khi các tín hiệu bên ngoài bị loại bỏ cho phép chúng được sử dụng như các ô nhớ với dung lượng 1 bit.Từ các phần tử đơn lẻ, bạn có thể xây dựng một ma trận để lưu trữ các trạng thái nhị phân - theo nguyên tắc này, các bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên tĩnh (SRAM) được xây dựng. Một tính năng của bộ nhớ như vậy là một mạch điện đơn giản không yêu cầu bộ điều khiển bổ sung. Do đó, các SRAM như vậy được sử dụng trong bộ điều khiển và PLA. Nhưng mật độ ghi thấp ngăn cản việc sử dụng các ma trận như vậy trong PC và các hệ thống máy tính mạnh mẽ khác.
Việc sử dụng flip-flops làm bộ phân tần đã được đề cập ở trên. Các phần tử bistable có thể được kết nối trong chuỗi và nhận được các tỷ lệ phân chia khác nhau. Chuỗi tương tự có thể được sử dụng như một bộ đếm xung. Để làm điều này, cần phải đọc trạng thái của các đầu ra từ các phần tử trung gian tại mỗi thời điểm - một mã nhị phân sẽ thu được tương ứng với số lượng xung đến đầu vào của phần tử đầu tiên.
Tùy thuộc vào loại trình kích hoạt được áp dụng, bộ đếm có thể đồng bộ hoặc không đồng bộ. Bộ chuyển đổi nối tiếp sang song song được xây dựng trên cùng một nguyên tắc, nhưng chỉ các phần tử được kiểm soát được sử dụng ở đây. Ngoài ra, đường trễ kỹ thuật số và các yếu tố khác của công nghệ nhị phân được xây dựng trên bộ kích hoạt.
Dép xỏ ngón RS được sử dụng làm kẹp mức (bộ triệt nhiễu). Nếu công tắc cơ học (nút, công tắc) được sử dụng làm nguồn mức logic, thì khi nhấn, hiệu ứng dội lại sẽ tạo thành nhiều tín hiệu thay vì một. Con lật ngược RS đã chống lại điều này một cách thành công.
Phạm vi của các thiết bị bistable rất rộng. Phạm vi nhiệm vụ được giải quyết với sự trợ giúp của họ phần lớn phụ thuộc vào trí tưởng tượng của người thiết kế, đặc biệt là trong lĩnh vực giải pháp phi tiêu chuẩn.
Các bài tương tự:
