Распознавание цифровых схем. асинхронный счётный триггер

Содержание

Триггер Шмитта на транзисторах

Триггер Шмитта на транзисторах, так же как и триггер Шмитта на ОУ, является системой двух устойчивых состояний, переход которого из одного состояния в другое связан с амплитудой запускающего импульса.

Подобные триггеры широко используются, в вычислительной технике и всевозможных промышленных приборах, где нужно менять форму сигнала, преобразовывать прямоугольные импульсы из синусоиды колебаний и регистрировать завышение сигнала определенного порога. Стандартная схема триггера Шмитта на двух биполярных транзисторах n-p-n приводится ниже.

Для правильного уяснения работы триггера Шмитта сперва допустим, что на входе транзистора VT1 нет сигнала. Сопротивления R1, R2 и R3, подключены к минусу и плюсу питания, и создают своеобразный делитель напряжения. По отношению к эмиттеру транзистора VT2, падение напряжения на сопротивлении R3 окажется положительным, по причине этого данный транзистор будет открыт.

От источника питания на коллектор транзистора VT2 через резистор R4 идет положительный потенциал. Когда транзистор открыт, ток эмиттера, протекающий через R4, создает на нем падение напряжения. Сквозь вторичную обмотку трансформатора Тр1, имеющего малое сопротивление, потенциал на резисторе R5 оказывается между базой и эмиттером VT1 и формирует обратное смещение на переходе Б-Э. В связи с этим VT1 закрыт. Данное устойчивое состояние схемы Шмитта является одним из двух вероятных состояний.

Электрический паяльник с регулировкой температуры

Мощность: 60/80 Вт, температура: 200’C-450’C, высококачествен…

Подробнее

Вследствие падения напряжения на R4 по причине протекания через него тока, потенциал коллектора VT2 будет намного ниже напряжения питания. При поступлении на вход сигнала, он не окажет никакого воздействия на устойчивость триггера Шмитта, если его амплитуда будет меньше напряжения смещения между эмиттером и базой транзистора VT1, идущего с сопротивления R5.

В том случае если входной сигнал будет по амплитуде больше этого смещения, то произойдет открытие VT1. Из-за снижения потенциала на коллекторе VT1 снижается смещение на базе VT2, и в итоге его эмиттерный ток также снизится.

Из-за этого снизится падение напряжения на сопротивлении R5, а смещение на базе VT1 увеличится и инициирует последующий рост тока через VT1. Падение напряжения на R1 также значительно повысится, что в свою очередь уменьшит смещение на базе VT2 и снизит падения напряжения на R5. Этот алгоритм будет длиться до тех пор, пока VT1 до конца не откроется, а транзистор VT2, не закроется.

Как только ток коллектора VT2 достигнет нуля и на сопротивлении R4 начнет падать напряжение, потенциал же на его коллекторе станет увеличиваться, который пройдя через конденсатор С2 становится выходным сигналом.

Величина и форма сигнала на выходе триггера Шмитта находятся в прямой зависимости от постоянной времени (R4+Rн)C2 и сопротивления нагрузки Rн. Устойчивое положение, которое отвечает закрытому транзистору VT2 и открытому VT1, является вторым состоянием триггера Шмитта, и оно длится, пока есть входной сигнал. И как только входной сигнал пропадет, триггер Шмитта переходит в первоначальное состояние.

Если постоянная времени (R4+Rн)С2 существенно превышает продолжительность входного сигнала, то амплитуда сигнала на выходе триггера Шмитта практически оказывается стабильной, без изменений.

Продвинутый D-триггер

Освоившись с установкой и сбросом внутреннего состояния в простой схеме, перейдем к более интересным вещам. Как и в программировании, теперь мы можем повторно использовать готовые логические блоки, чтобы эффективно абстрагироваться от возрастающей сложности устройств. Это примерно как с кодом — единожды реализовав нужную функцию или алгоритм, ты можешь добавлять их в необходимые места, не заботясь о стеке вызовов и конкретных адресах в памяти.

Как ты помнишь, ключевое неудобство в RS-триггере вызывал тот факт, что при nR = nS = 0 мы получали одинаковое состояние на прямом (Q) и, казалось бы, инверсном (nQ) выходе. Попробуем избавиться от этой проблемы. Для этого будем явно блокировать один из сигналов, если другой в этот момент активен.

Теперь состояние входа данных (D) через пару вентилей NAND подается на оба входа RS-триггера, а сигнал разрешения (E) контролирует момент времени, когда состояние правой половины схемы может меняться.

D-защелка — это почти как D-мейл, только защелка

Можно пойти еще дальше и объединить две защелки в один триггер, который будет срабатывать только по переднему фронту тактового сигнала (переход с низкого уровня в высокий). Это наиболее универсальная схема, так как позволяет мгновенно зафиксировать состояние всех сигналов на входных линиях, а уже потом приступить к формированию результата с помощью комбинационной логики.

Практическое применение

В 4000 серии пару D-триггеров реализует микросхема CD4013 (отечественный аналог — К561ТМ2). Назначение ее выводов ты можешь увидеть на схеме ниже

Обрати внимание, что, помимо входов данных и тактового сигнала, тут выведены контакты для асинхронного сброса и установки внутреннего состояния триггера

Асинхронность означает, что событие происходит мгновенно, не дожидаясь следующего тактового сигнала. И наоборот, обновления с линии данных происходят синхронно с изменениями на линии CLK.

Таким образом, комбинируя микросхемы CD4011 (561ЛА7) и CD4013 (561ТМ2) можно собрать схему с тактовой кнопкой и светодиодом, которая будет помнить свое состояние. Первое нажатие заставит светодиод гореть, второе нажатие его погасит. При этом нам даже не потребуется микроконтроллер и мы не напишем ни строчки кода!

Шмитт триггер: использование микросхемы таймера 555 в особых или необычных схемах

555 является универсальным прибором и может применяться в различных специальных или необычных приложениях. Некоторые из них включают Шмитт триггер, генераторы азбуки Морзе, электронные дверные зуммеры, тестеры целостности цепи, инжекторы сигналов, метрономы, светодиодные мигалки и будильники, а также таймеры с длительным периодом действия.

Шмитт триггер

Чтобы можно было использовать микросхему 555 в качестве триггера Шмитта, для этого нужно закоротить контакты 2 (триггер) и 6 (порог) вместе и подать входные сигналы непосредственно в эти точки, как показано на функциональной схеме на рисунке 1.

Рисунок 1. Функциональная блок-схема (внутри двойных линий) микросхемы таймера 555 с внешними соединениями для использования в качестве простого, но полезного триггера Шмитта.

Действие ИС таково, что (как показано на рис.1 формы входных и выходных сигналов), когда входное напряжение поднимается выше 2/3 Vcc, выход IC переключается на низкий уровень и остается там до тех пор, пока входной сигнал не упадет ниже 1/3 Vcc. После этого, выход переключается на высокий уровень и будет находится там, пока сигнал на входе снова не поднимется выше 2/3 Vcc. Разница между этими двумя уровнями запуска называется значением гистерезиса и в данном случае равна 1/3 Vcc; такое большое значение гистерезиса делает схему полезной в приложениях для преобразования сигналов с подавлением шума/пульсации.

Рисунок 2. Синус/прямоугольный преобразователь Шмитта 555 с дополнительным подавлением радиопомех через C3.

На рисунке 2 показана базовая схема Шмитта, модифицированная для применения в качестве высокопроизводительного синус/прямоугольного преобразователя, который можно использовать при входных частотах примерно до 150 кГц. Потенциальный делитель R1-R2 смещает контакты 2 и 6 к статическому значению 1/2 Vcc. То есть, посередине, между верхним и нижним значениями триггера синусоидальный вход накладывается на эту точку через C1. Прямоугольные выходы берутся с контакта 3. R3 изолирует входной сигнал от эффектов переключения 555-го. На схеме показано, как дополнительное подавление RFI может быть получено через C3.

Рисунок 3. Релейный переключатель с минимальным люфтом в темноте

На рисунке 3 показан 555, используемый в качестве релейного переключателя с минимальным люфтом (нулевой гистерезис), активируемого в темноте, с зависимым от света делителем напряжения RV1-LDR, подключенным к его входной клемме. Значения RV1 и LDR примерно равны на среднем уровне переключаемой освещенности. Эта схема действует как быстрый компаратор, а не как настоящий триггер Шмитта, поскольку на выводе 6 через R1 имеется высокий уровень, а светочувствительный делитель потенциала RV1-LDR применяется только к выводу 2

Обратите внимание, что для этой схемы требуется хорошая развязка питания, которая обеспечивается через C2

Рисунок 4. Альтернативные входные цепи для рисунка 3; (а) для активации светом, (b) пониженной температурой и (c) перегревом.

Вышеупомянутая схема может работать как световой (а не сумеречный) переключатель, переставляя положения RV1 и LDR, как показано на рисунке 4 (a), или может действовать как переключатель, активируемый температурой, используя термистор NTC вместо LDR, как показано на рисунках 4 (b) и 4 (c); во всех случаях LDR или термистор должны иметь сопротивление в диапазоне от 470R до 10K при требуемом уровне включения.

Настольные гаджеты

Нестабильный мультивибратор 555 очень универсален и может использоваться во многих приложениях, представляющих интерес как для любителей, так и для профессиональных пользователей. На рисунках с 5 по 11 показаны примеры типичных нестабильных устройств на таймере 555.

Рисунок 5. Осциллятор кодовой практики с переменным тоном и громкостью

На рисунке 5 показан тренировочный генератор кода Морзе с частотным изменением от 300 Гц до 3 кГц, устанавливаемым с помощью регулятора TONE RV1. Громкость телефона регулируется потенциометром volume RV2, а телефоны могут иметь любое сопротивление от нескольких Ом и выше. Схема потребляет нулевой ток покоя, когда ключ Морзе открыт.

Рисунок 6. Электронный «дверной зуммер»

На рис. 6 показан простой электронный «дверной зуммер», который подает монотонный сигнал на небольшой динамик (от 25R до 80R), когда SW1 закрыт; C1 имеет низкий импеданс питающей линии и обеспечивает адекватную выходную мощность динамического излучателя.

Принцип работы триггера Шмитта

https://youtube.com/watch?v=8mh_PbQpulQ

Предыдущая запись Усилитель сотовой связи: замена чипа УМ на телефоне

Следующая запись Подсветка на кухне: светодиодные осветительные приборы интерьера

Физические реализации триггеров

Базовый элемент создают из полупроводниковых приборов, используя современные технологические процессы для миниатюризации функциональных изделий.


Логический элемент на МОП транзисторах

Триггеры с тиристорами

Для повышения мощности подключаемой нагрузки можно собрать триггер с применением тиристоров. К управляющему электроду присоединяют вход S, к затвору – R. Для поддержания постоянного напряжения на аноде подойдет транзистор, включенный в соответствующую цепь.

Триггеры на релейно-контакторной базе

Несмотря на общие тенденции миниатюризации, вполне допустимо создать функциональный триггер из реле. Подобные решения, в частности, применяют для защиты цепей питания при включении мощных электроприводов.

8.4 Синхронный Т — триггер (счетный триггер)

Счетные триггеры (или Т-триггеры) реализованы только в виде схем, тактируемых срезом синхроимпульса. В триггерах этого типа имеется только один вход – счетный тактирующий вход Т (рис. 8.9).

Рисунок 8.9 – Условное обозначение (а) и таблица состояний (б) Т-триггера

Таким образом, при  или  триггер остается в исходном состоянии. При переходе сигнала  состояние триггера инвертируется.

Переключение триггера происходит по срезу тактового импульса, т.е. частота выходных импульсов в 2 раза меньше частоты входных на линии Т (рис. 8.10). Т-триггеры применяют в счетчиках.

Рисунок 8.10 – Временная диаграмма работы Т-триггера.

Логическое уравнение Т-триггера имеет такой вид:

 .

Это выражение означает, что выход триггера принимает значение, инверсное по отношению к его состоянию до появления среза входного импульса T.

Универсальный JK-триггер

УниверсальныйJK-триггер – это логическая комбинация RS — и Т-триггеров. Это понятие означает, что при некоторых значениях входных сигналов устройство работает как RS-триггер, а при некоторых значениях входов – как T-триггер. Таблица состояний JK-триггера представлена на рис. 8.11.

Рисунок 8.11 – Таблица состояний JK-триггера

JK-триггеры в интегральном исполнении обычно имеют три сгруппированных по И (&) входа  (установка триггера в “1”) и аналогично сгруппированных И (&) входа  (установка триггера в “0”). Эти входы синхронизированы по срезу сигнала на входе С. Кроме того, такие триггерные устройства имеют статические входы предустановки  и ,  работающие в инверсной логике. Типовое условное обозначение JK-триггера в интегральном исполнении представлено на рис. 8.12-а, пример временная диаграмма его работы – на рис. 8.12-б.

Рисунок 8.12 – Обозначение (а) и временная диаграмма (б) для JK-триггера

Тактовые импульсы С могут быть и периодическими, и единичными. Эти импульсы являются стробом записи бита информации в триггер по входам J и К.

JK-триггеры в интегральном исполнении являются универсальными устройствами, на основе которых могут быть построены основные виды триггеров. При построении триггеров различных типов за счет внешних соединений исключаются из таблицы состояний JK-триггера некоторые комбинации входных сигналов, несущественные для создаваемого триггера (рис. 8.11).

Для получения асинхронного RS-триггера достаточно использовать входы статической предустановки, а на все остальные входы статически подать “0”. Такое подключение показано на рис. 8.13-а.

При построении синхронного RS-триггера группы входов J и Kсоединены вместе, чтобы обеспечить одновременное поступление сигналов R и Sна группы одноименных входов (8.13-б).

Для построения счетного Т-триггера (рис. 8.13-в) необходимо исключить все входные комбинации, кроме .  Это достигается статической одновременной подачей «1» на все входы J и K.

Для построения схемы D-триггера (рис. 8.13-г) нужно исключить входные комбинации  и , а также сформировать только один информационный вход устройства. При этом учитывается, что в оставшихся комбинациях входы J и K работают в противофазе. Это достигается за счет включения инвертора. Функциональное назначение входа D(вход данных)рассматривается относительно входа J.

Рисунок 8.13 – Построение различных триггеров на основе JK-триггера: а) асинхронный RS-триггер; б) синхронный RS-триггер с предустановкой; в) счетный Т-триггер; г) D-триггер.

Группы входов J и Kиспользуются индивидуально (отдельно каждая линия) для построения синхронных счетчиков (см. Модуль 1 – Тема 10).

Предыдущая статья «8.3 D-триггер (триггер данных)»

Следующая статья >> «9.1 Ввод аналоговых сигналов в МК на основе частотно-импульсной модуляции»

Урок по информатике: Триггер план-конспект урока по информатике и икт (9 класс) на тему

Урок по информатике: Триггер

Цели: познакомить учащихся триггером.

Задачи:

  1. Показать учащимся назначение и принцип работы триггера;
  2. Способствовать формированию логического мышления, интереса к изучаемому материалу.

Ожидаемые результаты:

Учащиеся должны знать:

что такое триггер, его назначение и устройство.

Учащиеся должны уметь:

строить логическую схему триггера и объяснять принцип его работы.

Ход урока

I. Оргмомент.

II. Проверка домашнего задания.

III. Изложение нового материала.

Важнейшей структурной единицей оперативной памяти компьютера, а также внутренних регистров процессора является триггер. Это устройство позволяет запоминать, хранить и считывать информацию (каждый триггер может хранить 1 бит информации).

Триггер – это электронная схема, широко применяемая в регистрах компьютера для надежного запоминания одного двоичного кода. Триггер имеет два устойчивых состояния, одно из которых соответствует двоичной единице, а другое – двоичному нулю.

Термин триггер происходит от английского слова trigger — защёлка, спусковой крючок. Для обозначения этой схемы в английском языке чаще употребляется термин flip-flop, что в переводе означает “хлопанье”. Это звукоподражательное название электронной схемы указывает на её способность почти мгновенно переходить (“перебрасываться”) из одного электрического состояния в другое и наоборот.

Самый распространённый тип триггера — так называемый RS-триггер (S и R, соответственно, от английских set — установка, и reset — сброс). Условное обозначение триггера — на рис. 1.

Рис. 1. Условное обозначение триггера

Он имеет два симметричных входа S и R и два симметричных выхода Q и , причем выходной сигнал Q является логическим отрицанием сигнала .

На каждый из двух входов S и R могут подаваться входные сигналы в виде кратковременных импульсов ( ).

Наличие импульса на входе будем считать единицей, а его отсутствие — нулем.

На рис. 2 показана реализация триггера с помощью вентилей ИЛИ—НЕ и соответствующая таблица истинности.

Реализация триггера с помощью вентилей ИЛИ—НЕ Таблица истинности
S R Q
запрещено
1 1
1 1
1 1 хранение бита

Рис. 2. Реализация триггера с помощью вентилей ИЛИ—НЕ и соответствующая таблица истинности

Проанализируем возможные комбинации значений входов R и S триггера, используя его схему и таблицу истинности схемы ИЛИ—НЕ.

Таблица истинности схемы ИЛИ—НЕ

x y
1
1
1
1 1
  1. Если на входы триггера подать S=“1”, R=“0”, то (независимо от состояния) на выходе Q верхнего вентиля появится “0”. После этого на входах нижнего вентиля окажется R=“0”, Q=“0” и выход станет равным “1”.
  2. Точно так же при подаче “0” на вход S и “1” на вход R на выходе появится “0”, а на Q — “1”.
  3. Если на входы R и S подана логическая “1”, то состояние Q и не меняется.
  4. Подача на оба входа R и S логического “0” может привести к неоднозначному результату, поэтому эта комбинация входных сигналов запрещена.

Поскольку один триггер может запомнить только один разряд двоичного кода, то для запоминания байта нужно 8 триггеров, для запоминания килобайта, соответственно, триггеров. Современные микросхемы памяти содержат миллионы триггеров.

IV. Закрепление изученного материала.

Контрольные вопросы.

  1. Что такое триггер? Объясните его принцип действия.
  2. Почему для RS-триггера комбинация входов S=1 и R=1 запрещена?

V. Итог урока.

Обобщить пройденный материал, оценить работу активных учеников.

VI. Домашнее задание.

Задача. Проследить по логической схеме триггера, что происходит после поступления сигнала 1 на вход R (сброс).

Назначение, схема и принцип работы JK-триггер

Главная Избранные Случайная статья Познавательные Новые добавления Обратная связь FAQ

⇐ ПредыдущаяСтр 6 из 9Следующая ⇒

JK-триггер с дополнительными асинхронными инверсными входами S и R

J K Q(t) Q(t+1)

JK-триггер работает так же как RS-триггер, с одним лишь исключением: при подаче логической единицы на оба входа J и K состояние выхода триггера изменяется на противоположное. Вход J (от англ. Jump

— прыжок) аналогичен входуS у RS-триггера. Вход K (от англ. Kill — убить) аналогичен входуR у RS-триггера. При подаче единицы на вход J и нуля на вход K выходное состояние триггера становится равным логической единице. А при подаче единицы на вход K и нуля на вход J выходное состояние триггера становится равным логическому нулю. JK-триггер в отличие от RS-триггера не имеет запрещённых состояний на основных входах, однако это никак не помогает при нарушении правил разработки логических схем. На практике применяются только синхронные JK-триггеры, то есть состояния основных входов J и Kучитываются только в момент тактирования, например по положительному фронтуимпульса на входе синхронизации. На базе JK-триггера возможно построить D-триггер или Т-триггер. Как можно видеть в таблице истинности JK-триггера, он переходит в инверсное состояние каждый раз при одновременной подаче на входы J и Kлогической 1. Это свойство позволяет создать на базе JK-триггера Т-триггер, объединив входы J и К.

Алгоритм функционирования JK-триггера можно представить формулой

Условное графическое обозначение JK-триггера со статическим входом С

Назначение, схема и принцип работы счетчиков импульсов.

Электронный счетчик импульсов предназначен для подсчета количества импульсов, поступающих с измерительных датчиков на счетные входы (или один счетный вход) счетчика импульсов и пересчета их в требуемые физические единицы измерения путем умножения на заданный множитель (например, в метры, литры, штуки, килограммы и т. д.); подсчета суммарной выработки за смену, сутки, неделю, месяц и т. д.; управления исполнительными механизмами одним или несколькими дискретными выходами (чаще всего, в счетчиках импульсов в качестве дискретного выхода используется реле или оптопара).

Как правило, в качестве датчика применяется механический прерыватель илииндуктивный датчик (бесконтактный датчик) или энкодер.

Электронные счетчики импульсов могут иметь высокую степень защиты IP (степень защиты оболочки) от пыли и воды (например, IP65).

Счетчик импульсов (некоторые модели) может иметь встроенную функцию тахометра илирасходомера.

Электронные счетчики импульсов сохраняют результат измерений при исчезновении напряжения питания в течение неограниченного периода времени в энергонезависимой памяти (EEPROM). После возврата напряжения питания счет импульсов продолжается, начиная с сохраненного значения; некоторые модели счетчиков импульсов индицируют факт пропадания напряжения питания во время работы.

Некоторые модели имеют интерфейс для подключения к сети или компьютеру (например, RS485, RS232, CAN), а также аналоговый выход ЦАП, который может быть использован как для передачи информации другим контрольно-измерительным приборам управления исполнительными механизмами (например, электроприводом).

Кроме того, счётчики импульсов классифицируют по направлению счета (режиму работы):

суммирующие счетчики импульсов;

вычитающие счетчики импульсов;

реверсивные счетчики импульсов.

Импульсы от энкодера с определением направления вращения

Реверсивные счетчики импульсов чаще всего используются при работе с 2-х канальнымиэнкодерами или с двумя индуктивными датчиками, при этом:

автоматически счетчиком импульсов определяется направление вращения энкодера;

происходит увеличение в 4 раза разрешающей способности энкодера, то есть 1 полный импульс c энкодера счетчик импульсов превращает в 4 инкремента (см. рис. поясняющий работу счетчика импульсов в реверсивном режиме).

⇐ Предыдущая6Следующая ⇒

Схема реализации d-триггера

Реализация д-тригера может выполняться на основе ТТЛ (транзисторно-транзисторная логика) элементов, а также логических элементах КМОП.

Большинство микросхем относятся к компонентам с комплиментарной структурой – металл-оксид-полупроводник (КМОП). Данная технология основывается на использовании полевых транзисторов с изолированными затворами.

Реализация д-триггера на ТТЛ элементах приведена на рисунке ниже.


Схема устройства на ТТЛ-элементах

Если в логическом элементе D-вход соединить с инверсным выходом, то в этом случае прибор можно использовать в качестве счётного или Т-триггера. В этом случае при подаче импульса на С-вход логический компонент переходит в противоположное положение.

В сети интернет имеются сайты с сервисами, на которых можно просмотреть результат работы разного вида триггеров. Тип устройства выбирается из соответствующего списка.


Демонстрация работы устройств

Триггеры являются важной компонентой для создания различных микросхем. Их использование позволяет выполнять устройства с цифровой памятью

В микропроцессорной технике они являются основой для реализации электронных компонентов оперативной памяти. Их используют в регистрах сдвига и регистрах хранения.

Что такое триггер?

Триггерами называют целый класс электронных устройств, которые имеют такое свойство, как длительное нахождение в одном из двух устойчивых состояний. Чередование осуществляется под воздействием внешних сигналов. Текущее состояние триггера с легкостью распознаётся благодаря наличию выходного напряжения. Отличительной способностью всего класса является свойство запоминать двоичную информацию. Тут возникает вопрос: есть ли у триггеров память? В обычном понимании нет. Но, тем не менее, они остаются в одном из 2 состояний, причем и после прекращения подачи сигнала. Благодаря этой особенности и считается, что они могут запоминать двоичную информацию.

При изготовлении триггеров на данный момент применяют полупроводниковые приборы (обычно полевые и биполярные транзисторы). Раньше использовали электронные лампы и электромагнитные реле. Своё применение триггеры нашли в интеграционных средах разработки, которые создаются для различных программируемых логических интегральных схем. Если говорить конкретнее, то их используют, чтобы организовать компоненты вычислительных систем: счетчики, регистры, процессоры и ОЗУ.

Выводы

Принимая решение о покупке, многие потребители руководствуются не разумом и логикой, а эмоциями. Это как раз тот случай, когда триггеры срабатывают эффективнее всего. Но взять и просто применить любой из них недостаточно.

Они должны быть направлены на конкретную целевую аудиторию, заточены под ее потребности, ожидания, желания, страхи и боли. Кроме того, нельзя использовать их слишком часто. Иначе потенциальные покупатели заподозрят обман и перестанут доверять компании. Чрезмерная навязчивость почти всегда приводит к нежелательной агрессивной реакции, отторжению. Поэтому рекомендуем задействовать триггеры прицельно и дозированно.