ما هو الزناد ، ما هو عليه ، تصنيفها ومبدأ عملها

المشغل هو عنصر من عناصر التكنولوجيا الرقمية ، وهو جهاز ثنائي الاستقرار يتحول إلى إحدى الحالات ويمكنه البقاء فيه إلى أجل غير مسمى حتى عند إزالة الإشارات الخارجية. إنه مبني من عناصر منطقية من المستوى الأول (AND-NOT ، OR-NOT ، إلخ) وينتمي إلى الأجهزة المنطقية من المستوى الثاني.

في الممارسة العملية ، يتم إنتاج flip-flops في شكل دوائر دقيقة في حزمة منفصلة أو يتم تضمينها كعناصر في دوائر متكاملة كبيرة (LSI) أو مصفوفات منطقية قابلة للبرمجة (PLM).

تصنيف وأنواع تزامن الزناد

تنقسم المحفزات إلى فئتين عريضتين:

• غير متزامن؛
• متزامن (مسجَّل).

يتمثل الاختلاف الأساسي بينهما في أنه بالنسبة للفئة الأولى من الأجهزة ، يتغير مستوى إشارة الخرج في وقت واحد مع التغيير في الإشارة عند الإدخال (المدخلات).بالنسبة للمشغلات المتزامنة ، لا يحدث تغيير الحالة إلا إذا كانت هناك إشارة متزامنة (ساعة ، ستروب) عند الإدخال المقدم لهذا الغرض. لهذا ، يتم توفير إخراج خاص ، يُشار إليه بالحرف C (ساعة). وفقًا لنوع البوابة ، تنقسم العناصر المتزامنة إلى فئتين:

• متحرك؛
• ثابتة.

بالنسبة للنوع الأول ، يتغير مستوى الخرج اعتمادًا على تكوين إشارات الإدخال في وقت ظهور المقدمة (الحافة الأمامية) أو سقوط نبضة الساعة (اعتمادًا على نوع الزناد المحدد). بين ظهور الجبهات المتزامنة (المنحدرات) ، يمكن تطبيق أي إشارات على المدخلات ، ولن تتغير حالة المشغل. في الخيار الثاني ، لا تكون علامة تسجيل الوقت تغييرًا في المستوى ، بل هي وجود واحد أو صفر عند إدخال الساعة. هناك أيضًا أجهزة تشغيل معقدة مصنفة حسب:

• عدد الحالات المستقرة (3 أو أكثر ، على عكس 2 للعناصر الرئيسية) ؛
• عدد المستويات (أيضًا أكثر من 3) ؛
• مميزات وخصائص اخرى.

العناصر المعقدة ذات استخدام محدود في أجهزة معينة.

أنواع المحفزات وكيفية عملها

هناك عدة أنواع أساسية من المحفزات. قبل فهم الاختلافات ، يجب ملاحظة خاصية مشتركة: عند تطبيق الطاقة ، يتم ضبط خرج أي جهاز على حالة عشوائية. إذا كان هذا أمرًا بالغ الأهمية للتشغيل الكلي للدائرة ، فيجب توفير دوائر الضبط المسبق. في أبسط الحالات ، هذه دائرة RC تولد إشارة لضبط الحالة الأولية.

شبشب RS

النوع الأكثر شيوعًا من الأجهزة ثنائية الثبات غير المتزامن هو RS flip-flop. يشير إلى flip-flops بإعداد منفصل للحالة 0 و 1.هناك نوعان من المدخلات لهذا:

• S - مجموعة (التثبيت) ؛
• R - إعادة تعيين (إعادة).

هناك إخراج مباشر Q ، يمكن أن يكون هناك أيضًا إخراج مقلوب Q1. دائمًا ما يكون المستوى المنطقي على عكس المستوى في Q - وهذا مفيد عند تصميم الدوائر.

عندما يتم تطبيق مستوى إيجابي على الإدخال S ، سيتم تعيين الإخراج Q على وحدة منطقية (إذا كان هناك مخرجات مقلوبة ، فسوف تنتقل إلى المستوى 0). بعد ذلك ، عند إدخال الإعداد ، يمكن أن تتغير الإشارة كما تريد - لن يؤثر ذلك على مستوى الإخراج. حتى يظهر 1 عند الإدخال R. سيؤدي ذلك إلى ضبط flip-flop على الحالة 0 (1 على الإخراج المقلوب). الآن لن يؤثر تغيير الإشارة عند إدخال إعادة الضبط على الحالة الإضافية للعنصر.

مهم! الخيار عند وجود وحدة منطقية في كلا المدخلين ممنوع. سيتم تعيين المشغل على حالة تعسفية. عند تصميم المخططات ، يجب تجنب هذا الموقف.

يمكن بناء قلاب RS على أساس عناصر NAND ثنائية المدخلات المستخدمة على نطاق واسع. يتم تنفيذ هذه الطريقة على كل من الدوائر الدقيقة التقليدية وداخل المصفوفات القابلة للبرمجة.

يمكن عكس أحد المدخلات أو كلاهما. هذا يعني أنه في هذه المسامير ، يتم التحكم في الزناد من خلال المظهر ليس مرتفعًا ، بل مستوى منخفض.

إذا قمت ببناء RS flip-flop على عنصري AND-NOT ذات الإدخالين ، فسيكون كلا المدخلين معكوسين - يتم التحكم فيهما عن طريق توفير صفر منطقي.

هناك نسخة مسورة من RS flip-flop. يحتوي على إدخال إضافي C. يحدث التبديل عند استيفاء شرطين:

• وجود مستوى عالٍ عند إدخال التعيين أو إعادة التعيين ؛
• وجود إشارة الساعة.

يتم استخدام هذا العنصر في الحالات التي يجب فيها تأخير التبديل ، على سبيل المثال ، في وقت نهاية العابرين.

شبشب D

D- المشغل ("الزناد الشفاف" ، "المزلاج" ، المزلاج) ينتمي إلى فئة الأجهزة المتزامنة ، التي تم تسجيلها بواسطة المدخلات C. وهناك أيضًا إدخال بيانات D (بيانات). من حيث الوظيفة ، ينتمي الجهاز إلى المشغلات مع استلام المعلومات من خلال إدخال واحد.

طالما توجد إشارة منطقية عند إدخال الساعة ، فإن الإشارة عند الخرج Q تكرر الإشارة عند إدخال البيانات (وضع الشفافية). بمجرد أن ينتقل المستوى القوي إلى الحالة 0 ، سيظل المستوى عند الإخراج Q كما كان في وقت الحافة (المزالج). لذا يمكنك إصلاح مستوى الإدخال عند الإدخال في أي وقت. هناك أيضًا D-flip-flops مع تسجيل الوقت في المقدمة. يقومون بتثبيت الإشارة على الحافة الإيجابية للقوة.

من الناحية العملية ، يمكن دمج نوعين من الأجهزة ثنائية الثبات في دائرة كهربائية واحدة. على سبيل المثال ، D و RS flip-flop. في هذه الحالة ، يكون لمدخلات Set / Reset الأولوية. إذا كان هناك صفر منطقي عليهم ، فإن العنصر يتصرف مثل D-flip-flop العادي. عندما يحدث مستوى عالٍ على الأقل إدخال واحد ، يتم ضبط الإخراج على 0 أو 1 ، بغض النظر عن الإشارات في المدخلات C و D.

شفافية D flip-flop ليست دائمًا ميزة مفيدة. لتجنب ذلك ، يتم استخدام العناصر المزدوجة (flip-flop ، "المشغل" clapping) ، ويتم الإشارة إليها بالحروف TT. المشغل الأول هو مزلاج عادي يمرر إشارة الإدخال إلى الخرج. يعمل المشغل الثاني كعنصر ذاكرة. يتم تسجيل كلا الجهازين بضوء واحد.

تي-فليب فلوب

ينتمي المشغل T إلى فئة العناصر ثنائية الاستقرار القابلة للعد. منطق عملها بسيط - إنها تغير حالتها في كل مرة عندما تأتي الوحدة المنطقية التالية إلى مدخلاتها.إذا تم تطبيق إشارة نبضية على الإدخال ، فسيكون تردد الخرج ضعف ارتفاع الإدخال. عند الإخراج المقلوب ، ستكون الإشارة خارج الطور مع الإشارة المباشرة.

هذه هي الطريقة التي يعمل بها T-flip-flop غير المتزامن. يوجد أيضًا خيار متزامن. عندما يتم تطبيق إشارة نبضية على إدخال الساعة وفي وجود وحدة منطقية عند الإخراج T ، يتصرف العنصر بنفس الطريقة التي يتصرف بها العنصر غير المتزامن - فهو يقسم تردد الإدخال إلى النصف. إذا كان T pin هو المنطق صفر ، فسيتم ضبط خرج Q منخفضًا ، بغض النظر عن وجود الومضات.

شبشب JK

ينتمي هذا العنصر ثنائي الاستقرار إلى فئة العناصر العالمية. يمكن التحكم فيه بشكل منفصل عن طريق المدخلات. يتشابه منطق JK flip-flop مع عمل عنصر RS. يتم استخدام إدخال J (الوظيفة) لضبط الإخراج على واحد. يعمل المستوى العالي على دبوس K (Keep) على إعادة ضبط الإخراج إلى الصفر. يتمثل الاختلاف الأساسي عن مشغل RS في أن الظهور المتزامن لمدخلات تحكم غير محظور. في هذه الحالة ، يغير ناتج العنصر حالته إلى عكس ذلك.

إذا كانت مخرجات Job و Keep متصلة ، فإن JK-flip-flop يتحول إلى حساب T-flip-flop غير متزامن. عندما يتم تطبيق موجة مربعة على المدخلات المدمجة ، سيكون الناتج نصف التردد. مثل عنصر RS ، هناك نسخة مسجلة من JK flip-flop. في الممارسة العملية ، يتم استخدام العناصر ذات البوابات بشكل أساسي من هذا النوع.

الاستخدام العملي

تسمح خاصية المشغلات للاحتفاظ بالمعلومات المسجلة حتى عند إزالة الإشارات الخارجية باستخدامها كخلايا ذاكرة بسعة 1 بت.من العناصر الفردية ، يمكنك إنشاء مصفوفة لتخزين الحالات الثنائية - وفقًا لهذا المبدأ ، يتم إنشاء ذاكرة الوصول العشوائي الثابتة (SRAM). إحدى ميزات هذه الذاكرة هي دائرة بسيطة لا تتطلب وحدات تحكم إضافية. لذلك ، يتم استخدام مثل هذه SRAM في وحدات التحكم و PLA. لكن كثافة التسجيل المنخفضة تمنع استخدام مثل هذه المصفوفات في أجهزة الكمبيوتر وأنظمة الحوسبة القوية الأخرى.

تم ذكر استخدام flip-flops كمقسمات تردد أعلاه. يمكن ربط العناصر الثابتة في سلاسل والحصول على نسب تقسيم مختلفة. يمكن استخدام نفس السلسلة كمقياس نبض. للقيام بذلك ، من الضروري قراءة حالة المخرجات من العناصر الوسيطة في كل لحظة من الزمن - سيتم الحصول على رمز ثنائي يتوافق مع عدد النبضات التي جاءت إلى إدخال العنصر الأول.

اعتمادًا على نوع المشغلات المطبقة ، يمكن أن تكون العدادات متزامنة أو غير متزامنة. تم بناء المحولات التسلسلية إلى المتوازية على نفس المبدأ ، ولكن يتم استخدام العناصر ذات البوابات فقط هنا. أيضًا ، تم بناء خطوط التأخير الرقمية والعناصر الأخرى للتكنولوجيا الثنائية على المشغلات.

تستخدم RS flip-flops كمشابك مستوى (مثبطات الارتداد). إذا تم استخدام المفاتيح الميكانيكية (الأزرار والمفاتيح) كمصادر مستوى منطقي ، فعند الضغط عليها ، سيشكل تأثير الارتداد العديد من الإشارات بدلاً من واحدة. يحارب RS flip-flop هذا بنجاح.

نطاق الأجهزة ثنائية الثبات واسع. يعتمد نطاق المهام التي يتم حلها بمساعدتهم إلى حد كبير على خيال المصمم ، خاصة في مجال الحلول غير القياسية.

مقالات مماثلة: