Η σκανδάλη είναι ένα στοιχείο της ψηφιακής τεχνολογίας, μια δισταθερή συσκευή που αλλάζει σε μία από τις καταστάσεις και μπορεί να παραμείνει σε αυτήν επ' αόριστον ακόμη και όταν αφαιρεθούν τα εξωτερικά σήματα. Είναι κατασκευασμένο από λογικά στοιχεία του πρώτου επιπέδου (AND-NOT, OR-NOT κ.λπ.) και ανήκει στις λογικές συσκευές του δεύτερου επιπέδου.
Στην πράξη, τα flip-flops παράγονται με τη μορφή μικροκυκλωμάτων σε ξεχωριστή συσκευασία ή περιλαμβάνονται ως στοιχεία σε μεγάλα ολοκληρωμένα κυκλώματα (LSI) ή προγραμματιζόμενες λογικές συστοιχίες (PLM).
Περιεχόμενο
Ταξινόμηση και τύποι συγχρονισμού σκανδάλης
Οι ενεργοποιητές εμπίπτουν σε δύο μεγάλες κατηγορίες:
- ασύγχρονη?
- σύγχρονος (χρονολογημένος).
Η θεμελιώδης διαφορά μεταξύ τους είναι ότι για την πρώτη κατηγορία συσκευών, το επίπεδο σήματος εξόδου αλλάζει ταυτόχρονα με την αλλαγή του σήματος στην είσοδο (εισόδους).Για τους σύγχρονους εκκινητές, μια αλλαγή κατάστασης συμβαίνει μόνο εάν υπάρχει σήμα συγχρονισμού (ρολόι, στροβοσκοπικό) στην είσοδο που παρέχεται για αυτό. Για αυτό, παρέχεται μια ειδική έξοδος, που συμβολίζεται με το γράμμα C (ρολόι). Ανάλογα με τον τύπο της πύλης, τα σύγχρονα στοιχεία χωρίζονται σε δύο κατηγορίες:
- δυναμικός;
- στατικός.
Για τον πρώτο τύπο, η στάθμη εξόδου αλλάζει ανάλογα με τη διαμόρφωση των σημάτων εισόδου τη στιγμή της εμφάνισης του μπροστινού μέρους (προπορευόμενο άκρο) ή της πτώσης του παλμού ρολογιού (ανάλογα με τον συγκεκριμένο τύπο σκανδάλης). Μεταξύ της εμφάνισης συγχρονιζόμενων μετώπων (κλίσεων), μπορούν να εφαρμοστούν τυχόν σήματα στις εισόδους, η κατάσταση της σκανδάλης δεν θα αλλάξει. Στη δεύτερη επιλογή, το πρόσημο του χρονισμού δεν είναι αλλαγή επιπέδου, αλλά η παρουσία ενός ή μηδενός στην είσοδο του Ρολογιού. Υπάρχουν επίσης πολύπλοκες συσκευές ενεργοποίησης που ταξινομούνται ως εξής:
- ο αριθμός των σταθερών καταστάσεων (3 ή περισσότερες, σε αντίθεση με 2 για τα κύρια στοιχεία).
- τον αριθμό των επιπέδων (επίσης περισσότερα από 3).
- άλλα χαρακτηριστικά.
Τα σύνθετα στοιχεία είναι περιορισμένης χρήσης σε συγκεκριμένες συσκευές.
Τύποι ενεργοποιητών και πώς λειτουργούν
Υπάρχουν διάφοροι βασικοί τύποι σκανδαλισμών. Πριν κατανοήσουμε τις διαφορές, θα πρέπει να σημειωθεί μια κοινή ιδιότητα: όταν εφαρμόζεται τροφοδοσία, η έξοδος οποιασδήποτε συσκευής ρυθμίζεται σε αυθαίρετη κατάσταση. Εάν αυτό είναι κρίσιμο για τη συνολική λειτουργία του κυκλώματος, πρέπει να παρέχονται κυκλώματα προρύθμισης. Στην απλούστερη περίπτωση, αυτό είναι ένα κύκλωμα RC που παράγει ένα σήμα για τη ρύθμιση της αρχικής κατάστασης.
Σαγιονάρες RS
Ο πιο συνηθισμένος τύπος ασύγχρονης δισταθερής συσκευής είναι το RS flip-flop. Αναφέρεται σε flip-flops με ξεχωριστή ρύθμιση κατάστασης 0 και 1.Υπάρχουν δύο είσοδοι για αυτό:
- S - σετ (εγκατάσταση)?
- R - επαναφορά (επαναφορά).
Υπάρχει μια άμεση έξοδος Q, μπορεί επίσης να υπάρχει μια ανεστραμμένη έξοδος Q1. Το λογικό επίπεδο σε αυτό είναι πάντα το αντίθετο από το επίπεδο στο Q - αυτό είναι χρήσιμο κατά το σχεδιασμό κυκλωμάτων.
Όταν εφαρμόζεται θετικό επίπεδο στην είσοδο S, η έξοδος Q θα ρυθμιστεί σε μια λογική μονάδα (αν υπάρχει ανεστραμμένη έξοδος, θα πάει στο επίπεδο 0). Μετά από αυτό, στην είσοδο της ρύθμισης, το σήμα μπορεί να αλλάξει όπως θέλετε - αυτό δεν θα επηρεάσει το επίπεδο εξόδου. Μέχρι να εμφανιστεί ένα 1 στην είσοδο R. Αυτό θα θέσει το flip-flop στην κατάσταση 0 (1 στην ανεστραμμένη έξοδο). Τώρα η αλλαγή του σήματος στην είσοδο επαναφοράς δεν θα επηρεάσει την περαιτέρω κατάσταση του στοιχείου.
Σπουδαίος! Η επιλογή όταν υπάρχει λογική μονάδα και στις δύο εισόδους απαγορεύεται. Η σκανδάλη θα τεθεί σε αυθαίρετη κατάσταση. Κατά το σχεδιασμό σχημάτων, αυτή η κατάσταση θα πρέπει να αποφεύγεται.
Ένα flip-flop RS μπορεί να κατασκευαστεί με βάση ευρέως χρησιμοποιούμενα στοιχεία NAND δύο εισόδων. Αυτή η μέθοδος εφαρμόζεται τόσο σε συμβατικά μικροκυκλώματα όσο και σε προγραμματιζόμενες μήτρες.
Η μία ή και οι δύο είσοδοι μπορούν να αντιστραφούν. Αυτό σημαίνει ότι σε αυτές τις ακίδες, η σκανδάλη ελέγχεται από την εμφάνιση όχι υψηλού, αλλά χαμηλού επιπέδου.
Εάν δημιουργήσετε ένα flip-flop RS σε στοιχεία AND-NOT δύο εισόδων, τότε και οι δύο είσοδοι θα είναι αντίστροφες - ελέγχονται από την παροχή ενός λογικού μηδενός.
Υπάρχει μια κλειστή έκδοση της σαγιονάρας RS. Έχει μια πρόσθετη είσοδο C. Η εναλλαγή πραγματοποιείται όταν πληρούνται δύο προϋποθέσεις:
- η παρουσία υψηλού επιπέδου στην είσοδο Set ή Reset.
- την παρουσία σήματος ρολογιού.
Ένα τέτοιο στοιχείο χρησιμοποιείται σε περιπτώσεις όπου η μεταγωγή πρέπει να καθυστερήσει, για παράδειγμα, τη στιγμή του τέλους των μεταβατικών.
D σαγιονάρες
Το D-trigger ("διαφανής σκανδάλη", "μάνδαλο", μάνδαλο) ανήκει στην κατηγορία των σύγχρονων συσκευών, χρονολογημένες από την είσοδο C. Υπάρχει επίσης μια είσοδος δεδομένων D (Δεδομένα). Από πλευράς λειτουργικότητας, η συσκευή ανήκει σε ενεργοποιητές με τη λήψη πληροφοριών μέσω μιας εισαγωγής.
Εφόσον υπάρχει ένα λογικό στην είσοδο ρολογιού, το σήμα στην έξοδο Q επαναλαμβάνει το σήμα στην είσοδο δεδομένων (λειτουργία διαφάνειας). Μόλις το επίπεδο στροβοσκοπίου πάει στην κατάσταση 0, το επίπεδο στην έξοδο Q θα παραμείνει το ίδιο όπως ήταν τη στιγμή της ακμής (μάνδαλα). Έτσι, μπορείτε να καθορίσετε το επίπεδο εισόδου στην είσοδο ανά πάσα στιγμή. Υπάρχουν επίσης D-flip-flops με ρολόι στο μπροστινό μέρος. Κλείνουν το σήμα στη θετική άκρη του στροβοσκοπίου.
Στην πράξη, δύο τύποι δισταθερών συσκευών μπορούν να συνδυαστούν σε ένα μικροκύκλωμα. Για παράδειγμα, D και RS flip-flop. Σε αυτήν την περίπτωση, οι είσοδοι Set/Reset έχουν προτεραιότητα. Εάν υπάρχει ένα λογικό μηδέν σε αυτά, τότε το στοιχείο συμπεριφέρεται σαν ένα κανονικό D-flip-flop. Όταν υπάρχει υψηλό επίπεδο τουλάχιστον μία είσοδο, η έξοδος ρυθμίζεται σε 0 ή 1, ανεξάρτητα από τα σήματα στις εισόδους C και D.
Η διαφάνεια ενός D flip-flop δεν είναι πάντα χρήσιμο χαρακτηριστικό. Για να το αποφύγετε, χρησιμοποιούνται διπλά στοιχεία (flip-flop, σκανδάλη "clapping"), σημειώνονται με τα γράμματα TT. Η πρώτη σκανδάλη είναι ένα κανονικό μάνδαλο που περνά το σήμα εισόδου στην έξοδο. Η δεύτερη σκανδάλη χρησιμεύει ως στοιχείο μνήμης. Και οι δύο συσκευές είναι χρονισμένες με ένα στροβοσκόπιο.
Σαγιονάρες T
Η σκανδάλη T ανήκει στην κατηγορία των μετρήσιμων δισταθερών στοιχείων. Η λογική του έργου του είναι απλή - αλλάζει την κατάστασή του κάθε φορά που έρχεται η επόμενη λογική μονάδα στην είσοδο του.Εάν εφαρμοστεί ένα παλμικό σήμα στην είσοδο, η συχνότητα εξόδου θα είναι διπλάσια από την είσοδο. Στην ανεστραμμένη έξοδο, το σήμα θα είναι εκτός φάσης με το άμεσο.
Έτσι λειτουργεί ένα ασύγχρονο T-flip-flop. Υπάρχει επίσης μια σύγχρονη επιλογή. Όταν εφαρμόζεται ένα σήμα παλμού στην είσοδο ρολογιού και παρουσία μιας λογικής μονάδας στην έξοδο T, το στοιχείο συμπεριφέρεται με τον ίδιο τρόπο όπως ένα ασύγχρονο - διαιρεί τη συχνότητα εισόδου στο μισό. Εάν η ακίδα T είναι λογικό μηδέν, τότε η έξοδος Q τίθεται σε χαμηλή τιμή, ανεξάρτητα από την παρουσία στροβοσκόπιων.
Σαγιονάρες JK
Αυτό το δισταθερό στοιχείο ανήκει στην κατηγορία των καθολικών. Μπορεί να ελεγχθεί χωριστά από εισόδους. Η λογική του flip-flop JK είναι παρόμοια με τη δουλειά του στοιχείου RS. Η είσοδος J (Job) χρησιμοποιείται για να ορίσετε την έξοδο σε ένα. Ένα υψηλό επίπεδο στον ακροδέκτη K (Keep) μηδενίζει την έξοδο. Η θεμελιώδης διαφορά από τη σκανδάλη RS είναι ότι δεν απαγορεύεται η ταυτόχρονη εμφάνιση αυτών σε δύο εισόδους ελέγχου. Σε αυτήν την περίπτωση, η έξοδος του στοιχείου αλλάζει την κατάστασή του στο αντίθετο.
Εάν οι έξοδοι Job και Keep είναι συνδεδεμένες, τότε το JK-flip-flop μετατρέπεται σε ασύγχρονο T-flip-flop μέτρησης. Όταν εφαρμόζεται ένα τετράγωνο κύμα στη συνδυασμένη είσοδο, η έξοδος θα είναι η μισή της συχνότητας. Όπως και το στοιχείο RS, υπάρχει μια χρονισμένη έκδοση του flip-flop JK. Στην πράξη, χρησιμοποιούνται κυρίως περιφραγμένα στοιχεία αυτού του τύπου.
Πρακτική χρήση
Η ιδιότητα των ενεργοποιητών να διατηρούν τις εγγεγραμμένες πληροφορίες ακόμη και όταν αφαιρούνται εξωτερικά σήματα τους επιτρέπει να χρησιμοποιούνται ως κελιά μνήμης χωρητικότητας 1 bit.Από μεμονωμένα στοιχεία, μπορείτε να δημιουργήσετε μια μήτρα για την αποθήκευση δυαδικών καταστάσεων - σύμφωνα με αυτήν την αρχή, δημιουργούνται μνήμες στατικής τυχαίας πρόσβασης (SRAM). Ένα χαρακτηριστικό μιας τέτοιας μνήμης είναι ένα απλό κύκλωμα που δεν απαιτεί πρόσθετους ελεγκτές. Επομένως, τέτοια SRAM χρησιμοποιούνται σε ελεγκτές και PLA. Αλλά η χαμηλή πυκνότητα εγγραφής εμποδίζει τη χρήση τέτοιων πινάκων σε υπολογιστές και άλλα ισχυρά συστήματα υπολογιστών.
Η χρήση των flip-flops ως διαχωριστών συχνότητας αναφέρθηκε παραπάνω. Τα δισταθή στοιχεία μπορούν να συνδεθούν σε αλυσίδες και να λάβουν διαφορετικές αναλογίες διαίρεσης. Η ίδια συμβολοσειρά μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως μετρητής παλμών. Για να γίνει αυτό, είναι απαραίτητο να διαβάζετε την κατάσταση των εξόδων από τα ενδιάμεσα στοιχεία σε κάθε χρονική στιγμή - θα ληφθεί ένας δυαδικός κώδικας που αντιστοιχεί στον αριθμό των παλμών που ήρθαν στην είσοδο του πρώτου στοιχείου.
Ανάλογα με τον τύπο των ενεργοποιητών που εφαρμόζονται, οι μετρητές μπορεί να είναι σύγχρονοι ή ασύγχρονοι. Οι μετατροπείς σειριακών σε παράλληλων είναι κατασκευασμένοι με την ίδια αρχή, αλλά εδώ χρησιμοποιούνται μόνο περιφραγμένα στοιχεία. Επίσης, οι ψηφιακές γραμμές καθυστέρησης και άλλα στοιχεία της δυαδικής τεχνολογίας βασίζονται σε σκανδάλες.
Οι σαγιονάρες RS χρησιμοποιούνται ως σφιγκτήρες στάθμης (καταστολείς αναπήδησης). Εάν χρησιμοποιούνται μηχανικοί διακόπτες (κουμπιά, διακόπτες) ως πηγές λογικού επιπέδου, τότε όταν πατηθεί, το εφέ αναπήδησης θα σχηματίσει πολλά σήματα αντί για ένα. Το RS flip-flop το καταπολεμά με επιτυχία.
Το πεδίο εφαρμογής των δισταθών συσκευών είναι ευρύ. Το εύρος των εργασιών που επιλύονται με τη βοήθειά τους εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη φαντασία του σχεδιαστή, ειδικά στον τομέα των μη τυποποιημένων λύσεων.
Παρόμοια άρθρα:
