Dispositivos digitales: flip-flops, comparadores y registros

Los dispositivos digitales están construidos sobre elementos lógicos, por lo tanto obedecen las leyes del álgebra lógica. Los dispositivos básicos de la tecnología digital, junto con los dispositivos lógicos, son flip-flops.

Gatillo (gatillo inglés - disparador): un dispositivo electrónico que tiene dos estados estables y puede saltar de un estado a otro bajo la influencia de un impulso externo.

Los disparadores o, más precisamente, los sistemas de disparo se denominan una gran clase de dispositivos electrónicos que tienen la capacidad de permanecer en uno de dos estados estables durante mucho tiempo y alternarlos bajo la influencia de señales externas. Cada condición de disparo se reconoce fácilmente por el valor del voltaje de salida.

Cada estado de disparo corresponde a un cierto nivel de voltaje de salida (alto o bajo):

1) el gatillo se establece en un estado — nivel «1».

2) el flip-flop se reinicia — nivel «0» en la salida.

El estado estable permanece tanto tiempo como se desee y se puede cambiar mediante un pulso externo o desconectando la tensión de alimentación. Che.un flip-flop es un elemento de memoria elemental capaz de almacenar la unidad de información más pequeña (un bit) «0» o «1».

Los flip-flops se pueden construir sobre elementos discretos, elementos lógicos, sobre un circuito integrado o como parte de un circuito integrado.

Los principales tipos de flip-flops incluyen: RS-, D-, T-, y JK-flippers... Además, los flip-flops se dividen en asíncronos y síncronos. En la actuación asíncrona, el cambio de un estado a otro se realiza directamente con la llegada de una señal a la entrada de información. Además de las entradas de datos, los flip-flops sincronizados tienen una entrada de reloj. Su conmutación tiene lugar solo en presencia de un pulso de reloj de habilitación.

Un disparador RS tiene al menos dos entradas: S (establecer — establecer) — el disparador se establece en el estado de nivel «1» y R (restablecer) — el disparador se restablece en el estado de nivel «0». (Figura 1).

En presencia de la entrada C, el flip-flop es síncrono: el cambio del flip-flop (cambio de estado de la salida) solo puede ocurrir en el momento de la llegada del pulso de sincronización (sincronización) a la entrada C.

Figura 1 — Representación gráfica convencional del flip-flop RS y el propósito de las conclusiones a) asíncrono, b) síncrono

Además de la salida directa, el flip-flop también puede tener una salida inversa, cuya señal será opuesta.

La tabla 1 muestra los estados que puede asumir el flip-flop durante la operación. La tabla muestra los valores de las señales de entrada S y R en un determinado instante de tiempo tn y el estado del flip-flop (de la salida directa) en el siguiente instante de tiempo tn+1 tras la llegada del siguiente pulsos. El nuevo estado de activación también se ve afectado por el estado anterior de Qn.

Che.si es necesario escribir en el disparador «1» — damos un pulso a la entrada S, si es «0» — enviamos un pulso a la entrada R.

La combinación S = 1, R = 1 es una combinación prohibida porque es imposible predecir qué estado se establecerá en la salida.

Tabla 1 - Tabla de estado de flip-flop RS síncrono

El funcionamiento del flip-flop también se puede ver usando diagramas de tiempo (Fig. 2).

Figura 2: Diagramas de tiempo de un flip-flop RS asíncrono

D-trigger (del inglés delay — delay) tiene una entrada de información y una entrada de reloj (sincronización) (Fig. 3).

El flip-flop D almacena y almacena en la salida Q la señal que estaba en la entrada de datos D en el momento de la llegada del pulso de reloj C. El flip-flop almacena información escrita cuando C = 1.

Tabla 2-Tabla de estados del D-flip-flop

Figura 3 — Gatillo D: a) representación gráfica convencional, b) diagramas de temporización de la operación

Los gatillos T (del inglés tumble — vuelco, salto mortal), también llamados flip-flops de conteo, tienen una entrada de información T. Cada pulso (decaimiento de pulso) de la entrada T (entrada de conteo) cambia el gatillo al estado opuesto.

La figura 4 muestra la simbología del disparador T (a) y los diagramas de temporización de la operación (b).

Figura 4-T-flip-flop a) notación gráfica convencional, b) diagramas de tiempos de operación c) tabla de estados

Un disparador JK (del inglés jump — jump, keer — hold) tiene dos entradas de datos J y K y una entrada de reloj C. La asignación de los pines J y K es similar a la asignación de los pines R y S, pero el disparador tiene sin combinaciones prohibidas. Si J = K = 1, cambia su estado al contrario (Fig. 5).

Con la conexión adecuada de las entradas, el disparador puede realizar las funciones de los disparadores RS, D y T, es decir, es un gatillo universal.

Figura 5 -JK -flip-flop a) notación gráfica convencional, b) tabla de estado abreviada

Comparador (comparar - comparar) - un dispositivo que compara dos voltajes - entrada Uin con una referencia Uref. El voltaje de referencia es un voltaje constante con polaridad positiva o negativa, el voltaje de entrada cambia con el tiempo. El circuito comparador más simple basado en un amplificador operacional se muestra en la Figura 6, a. Si Uin Uop en la salida U — us (Fig. 6, b).

Figura 6 — Comparador de amplificador operacional: a) el esquema más simple b) características de rendimiento

Un comparador de retroalimentación positiva se llama disparador Schmitt. Si el comparador cambia de «1» a «0» y viceversa con el mismo voltaje, entonces el disparador Schmitt, con diferentes voltajes. El voltaje de referencia crea un circuito PIC R1R2, la señal de entrada se alimenta a la entrada inversora del amplificador operacional. La Figura 7, b, muestra la característica de transferencia del gatillo Schmitt.

A un voltaje negativo en la entrada de inventario del sistema operativo Uout = U + sat. Esto significa que un voltaje positivo actúa sobre la entrada no inversora. A medida que aumenta el voltaje de entrada, la corriente Uin > Uneinv. (Uav — disparador) el comparador pasa al estado Uout = U -sat. Se aplica un voltaje negativo a la entrada no inversora. En consecuencia, con una disminución en el voltaje de entrada en el momento Uin <Uneinv. (Uav — trigger) el comparador pasa al estado Uout = U + sat.

Figura 7 — Operación Schmitt de un amplificador operacional: a) el esquema más simple b) características de rendimiento

Un ejemplo. La figura 8 muestra un esquema de un relé-contactor para controlar un motor eléctrico, permitiéndole arrancar, detener e invertir.

Figura 8 — Esquema de control de motor de relé-contactor

La conmutación del motor eléctrico se realiza mediante arrancadores magnéticos KM1, KM2. Los contactos libremente cerrados KM1, KM2 impiden el funcionamiento simultáneo de arrancadores magnéticos. Los contactos abiertos libremente KM1, KM2 proporcionan autobloqueo de los botones SB2 y SB3.

Para mejorar la confiabilidad de la operación, es necesario reemplazar los circuitos de control de relé-contactor y los circuitos de potencia con un sistema sin contacto que utiliza dispositivos y dispositivos semiconductores.

La figura 9 muestra un circuito de control de motor sin contacto.

Los contactos de potencia de los arrancadores magnéticos fueron reemplazados por opto-simistores: KM1-VS1-VS3, KM2-VS4-VS6. El uso de optosimistores permite aislar un circuito de control de baja corriente de un circuito de alimentación potente.

Los gatillos proporcionan botones de bloqueo automático SB2, SB3. Los elementos lógicos Y aseguran la activación simultánea de uno solo de los arrancadores magnéticos.

Cuando se abre el transistor VT1, la corriente fluye a través de los LED del primer grupo de opto-simistores VS1-VS3, asegurando así el flujo de corriente a través de los devanados del motor.La apertura del transistor VT2 alimenta al segundo grupo de opto-simistores VS4 -VS6, asegurando la rotación del motor eléctrico en el otro sentido.

Figura 9 — Circuito de control de motor sin contacto

Registro: un dispositivo electrónico diseñado para el almacenamiento a corto plazo y la conversión de números binarios de varios dígitos. El registro consta de flip-flops, cuyo número determina cuántos bits de un número binario puede almacenar el registro: el tamaño del registro (Fig. 10, a). Los elementos lógicos se pueden utilizar para organizar el funcionamiento de los disparadores.

Figura 10 — Registro: a) representación general, b) notación gráfica convencional

Según el método de entrada y salida de información, los registros se dividen en paralelos y en serie.

En un registro secuencial, los flip-flops están conectados en serie, es decir, las salidas del flip-flop anterior pasan información a las entradas del siguiente flip-flop. Las entradas de reloj flip-flop C están conectadas en paralelo. Dicho registro tiene una entrada de datos y una entrada de control: la entrada de reloj C.

Un registro paralelo escribe simultáneamente en flip-flops para los cuales hay cuatro entradas de datos.

La Figura 10 muestra el UGO y la asignación de pines de un registro paralelo-serie de cuatro bits.