Цифровые микросхемы - начинающим (занятие 6) - К561ТМ2 D-триггеры

На прошлом занятии мы познакомились с работой RS-триггера, построенного на двух логических элементах 2ИЛИ-НЕ.

Работали с микросхемой К561ЛЕ5 (К176ЛЕ5), эта микросхема содержит четыре элемента 2ИЛИ- НЕ и на ней можно собрать два RS-триггера.

Вспомним как работает RS-триггер (рис. 1). У него имеются два входа и два выхода, входы обозначим R и S, а выходы Q (прямой) и Q (инверсный). Когда единичный импульс поступает на вход S триггер устанавливается в единичное состояние и на его выходе Q будет единица (на выходе Q будет ноль, поскольку выход инверсный). Такое состояние сохранится и если убрать единицу с входа S. И оно будет сохраняться до тех пор, пока на вход R не будет подан единичный импульс, тогда триггер "перекинется" в противоположное состояние, и на Q будет ноль, а на Q — единица. Таким образом RS-триггер может быть в двух устойчивых состояниях — единичном, когда на выходе Q единица, и нулевом, когда на Q ноль.

На схемах RS-триггер обозначается так, как показано внизу рисунка 1. Таким образом RS- триггер становится еще одной "элементарной частицей" цифровой схемы, "черным ящичком", имеющим строго определенные функции : подал единичный импульс на S и на Q будет единица, подал единичный_импульс на R и на Q теперь будет ноль (а на Q — все наоборот).

В сериях К176 и К561 есть только одна микросхема, содержащая RS-триггеры в "чистом виде" — это К561ТР2, причем только в серии К561 (К176ТР2 не бывает). Схема микросхемы К561ТР2 показана на рисунке 2.

Она содержит четыре RS-триггера, имеющих только по одному прямому выходу (Q), которые к тому же можно отключать от выходных выводов микросхемы при помощи внутреннего ключевого устройства. При подаче единицы на вывод 5 эти ключи замыкаются и уровни с выходов триггеров поступают на выходные выводы микросхемы, а если на вывод 5 подать нуль, то ключи разомкнутся и выходы триггеров отключатся от выходных выводов микросхемы (на этих выводах, в таком случае, будет "серый уровень"или "высокоимпендансное состояние", то есть они, практически, никуда не будут подключены). Корпус у этой микросхемы почти такой же как у К561ЛЕ5 или К561ЛА7, но у него на два вывода больше, то есть с каждого бока микросхемы не по семь выводов, а по восемь.

Кроме RS-триггеров существуют еще и D- триггеры, с которыми нам предстоит познакомиться на этом занятии.

Распространенная микросхема К561ТМ2 (или К176ТМ2) содержит два D-триггера (рисунок 3).

Микросхема имеет точно такой же корпус как у К561ЛЕ5, K561J1A7 (К176ЛЕ5, К176ЛА7). Как видно из рисунка отличие D-триггера от RS- триггера в том, что у него есть два новых входа — вход D и вход С.

Чтобы изучить работу D-триггера соберем схему, показанную на рисунке 4.

S1 — кнопка, S2 — микротумблер, но как и прежде, если нет кнопок, можно просто соединять два оголенных монтажных провода. Прибор Р1 — любой тестер или мультиметр, переключенный на измерение напряжения до 10-15В, когда он будет показывать напряжение, почти равное напряжению питания, — это единица, когда почти ноль — это ноль. Батарея питания составлена из двух "плоских батареек" по 4,5В каждая, так что в сумме они дают 9В (включены последовательно).

Входы S и R триггера соединим с общим минусом питания, как работает RS-триггер мы знаем, так что, пусть они нам не мешают.

В момент включения питания триггер окажется в одном из двух положений, либо ноль на выводе 1, либо на нем же единица. Если нужно установить его принудительно в какое-то положение это можно сделать выводами R и S как в RS-триггере, но нам это не нужно. Предположим на выходе нуль (низкие показания Р1). Если мы будем нажимать на S1 ничего не изменится. Но если сначала замкнуть S2 (на вход D подать единицу), а потом, удерживая S2 в замкнутом состоянии, нажать на S1 то триггер перекинется в единичное состояние, и на его выводе 1 будет единица (напряжение около напряжения питания). Теперь, удерживая S2 по-прежнему в нажатом состоянии, попробуем снова нажать на S1 — ничего не меняется. Триггер жестко держится в единичном состоянии. Попробуем разомкнуть S2 (теперь на вход D поступает ноль через R2). Снова нажмем на S1 — триггер вернется в нулевое состояние (нуль на выводе 1). Таким образом, при нажатии на S1 триггер устанавливается в такое положение, при котором логический уровень на его прямом выходе будет таким же как на входе D. После отпускания S1, триггер останется в установившемся положении, ему будет "все равно", что на входе D, если на входе С (кнопка S1) нуль. То есть, если на входе D будет единица, то в момент нажатия на S1 (подача единицы на вход С) состояние триггера станет единичным (единица на выводе 1), и останется таким и после отпускания S1 и изменения уровня на D. Но если на D подать нуль, и удерживая этот нуль, нажать на S1 (подать единицу на С), то триггер перейдет в нулевое положение.

Заметим, что уровни на выводах 1 и 2 противоположны, поскольку вывод 2 — инверсный выход (как будто-бы сигнал с вывода 2 подали на инвертор, и снимают с его выхода). Таким образом, когда триггер в единичном состоянии на выводе 2 будет ноль, а когда в нулевом, на этом выводе будет единица.

Если соединить вход D триггера с его инверсным выходом можно получить интересный эффект, — частота импульсов, поступающих на вход С будет делится триггером ровно на два, и на его выходе частота импульсов будет в два раза ниже чем частота импульсов поступающих на С.

Для изучения этого эффекта соберем схему, показанную на рисунке 5. Предположим в исходном положении триггер находится в нулевом состоянии, то есть на его выводе 1 — нуль. Поскольку на прямом выходе (вывод 1) нуль, то на инверсном выходе (вывод 2) все должно быть наоборот, и следовательно там единица. Эта единица поступает на вход D триггера. Теперь посмотрим, что произойдет если нажать и отпустить кнопку S1. В момент её нажатия на выходе (на прямом выходе) триггера установится именно такой уровень, как на входе D, то есть, если триггер в нулевом состоянии, и на D поступает единица с его инверсного выхода, то в момент нажатия на S1 триггер установится в единичное состоянии. И будет находится в таком состоянии и после отпускания S1. Но поскольку, триггер теперь уже находится в единичном состоянии, и на его выводе 1 (прямом выходе) единица, то на инверсном выходе (вывод 2), естественно, будет ноль. А значит ноль будет и на входе D. Нажав второй раз на S1 триггер перейдет снова в нулевое состояние.

Таким образом, на вход С мы подали два импульса (два раза нажимали на кнопку S1), а на выходе получился только один импульс (по пол-импульса на каждое нажатие). Если на вход С такого делителя частоты на два, подать импульсы с выхода, например мультивибратора, то частота этих импульсов на выходе триггера будет в два раза ниже чем на выходе мультивибратора.

На рисунке 6 показана диаграмма работы такого делителя частоты.

В исходном состоянии на выходе триггера (вывод 1) нуль, нуль также и на входе С (вывод 3). В момент нажатия на кнопку S1 на входе С (вывод 3.) уровень меняется с нулевого на единичный, тоже самое происходит и на выходе триггера (вывод 1). Затем мы отпускаем кнопку S1 и уровень на входе С (вывод 3) меняется на нулевой. Но несмотря на это на выходе по прежнему единица. Теперь снова нажимаем на S1 , — подаем единицу на вход С (вывод 3). В этот момент уровень на выходе меняется на нулевой, и остается таким и после отпускания кнопки.

При экспериментах с D-триггером возможны сбои в работе схемы по рисунку 5, потому что контакты кнопки имеют неприятную способность дребезжать, и этот дребезг дает вместо одного нажатия на кнопку несколько нажатий подряд. Простейшим способом подавить этот дребезг можно если параллельно R1 включить электролитический конденсатор на 5-15 мкФ (типа К50-35), плюсом к кнопке, а минусом к минусу питания. Но в цифровой технике применяется другой способ — используется RS-триггер и переключающая кнопка. Схема такого бездребезгового формирователя импульсов показана на рисунке 7 (используется второй триггер микросхемы К561ТМ2 или К176ТМ2).