Un déclencheur est un élément de la technologie numérique, un dispositif bistable qui passe à l'un des états et peut y rester indéfiniment même lorsque les signaux externes sont supprimés. Il est construit à partir d'éléments logiques du premier niveau (ET-NON, OU-NON, etc.) et appartient aux dispositifs logiques du second niveau.
En pratique, les bascules sont produites sous la forme de microcircuits dans un boîtier séparé ou sont incluses en tant qu'éléments dans de grands circuits intégrés (LSI) ou des réseaux logiques programmables (PLM).
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Classification et types de synchronisation de déclenchement
Les déclencheurs se répartissent en deux grandes classes :
- asynchrone;
- synchrone (cadencé).
La différence fondamentale entre eux est que pour la première catégorie d'appareils, le niveau du signal de sortie change simultanément avec le changement du signal à l'entrée (entrées).Pour les déclencheurs synchrones, un changement d'état ne se produit que s'il y a un signal de synchronisation (horloge, strobe) à l'entrée prévue à cet effet. Pour cela, une sortie spéciale est prévue, désignée par la lettre C (horloge). Selon le type de déclenchement, les éléments synchrones sont divisés en deux classes :
- dynamique;
- statique.
Pour le premier type, le niveau de sortie change en fonction de la configuration des signaux d'entrée au moment de l'apparition du front (front montant) ou de la chute de l'impulsion d'horloge (selon le type spécifique de déclenchement). Entre l'apparition de fronts de synchronisation (pentes), tous les signaux peuvent être appliqués aux entrées, l'état du déclencheur ne changera pas. Dans la deuxième option, le signe de la synchronisation n'est pas un changement de niveau, mais la présence d'un ou de zéro à l'entrée Clock. Il existe également des dispositifs de déclenchement complexes classés par :
- le nombre d'états stables (3 ou plus, contre 2 pour les éléments principaux) ;
- le nombre de niveaux (également plus de 3);
- autres caractéristiques.
Les éléments complexes sont d'une utilisation limitée dans des dispositifs spécifiques.
Types de déclencheurs et leur fonctionnement
Il existe plusieurs types de déclencheurs de base. Avant de comprendre les différences, une propriété commune doit être notée : lorsque l'alimentation est appliquée, la sortie de tout appareil est définie sur un état arbitraire. Si cela est critique pour le fonctionnement global du circuit, des circuits de préréglage doivent être fournis. Dans le cas le plus simple, il s'agit d'un circuit RC qui génère un signal pour définir l'état initial.
tongs RS
Le type le plus courant de dispositif bistable asynchrone est la bascule RS. Il fait référence à des bascules avec un réglage séparé de l'état 0 et 1.Il y a deux entrées pour cela :
- S - ensemble (installation);
- R - réinitialiser (réinitialiser).
Il y a une sortie directe Q, il peut aussi y avoir une sortie inversée Q1. Le niveau logique dessus est toujours à l'opposé du niveau sur Q - ceci est utile lors de la conception de circuits.
Lorsqu'un niveau positif est appliqué à l'entrée S, la sortie Q sera mise à une unité logique (s'il y a une sortie inversée, elle passera au niveau 0). Après cela, à l'entrée de la configuration, le signal peut changer à votre guise - cela n'affectera pas le niveau de sortie. Jusqu'à ce qu'un 1 apparaisse sur l'entrée R. Cela mettra la bascule à l'état 0 (1 sur la sortie inversée). Désormais, la modification du signal à l'entrée de réinitialisation n'affectera pas l'état ultérieur de l'élément.
Important! L'option lorsqu'il y a une unité logique aux deux entrées est interdite. Le déclencheur sera défini sur un état arbitraire. Lors de la conception des schémas, cette situation doit être évitée.
Une bascule RS peut être construite sur la base d'éléments NAND à deux entrées largement utilisés. Cette méthode est mise en oeuvre aussi bien sur des microcircuits classiques qu'à l'intérieur de matrices programmables.
Une ou les deux entrées peuvent être inversées. Cela signifie que sur ces broches, le déclenchement est commandé par l'apparition non pas d'un niveau haut, mais d'un niveau bas.
Si vous construisez une bascule RS sur des éléments AND-NOT à deux entrées, les deux entrées seront inverses - contrôlées par la fourniture d'un zéro logique.
Il existe une version fermée de la bascule RS. Il dispose d'une entrée supplémentaire C. La commutation se produit lorsque deux conditions sont remplies :
- la présence d'un niveau haut à l'entrée Set ou Reset ;
- la présence d'un signal d'horloge.
Un tel élément est utilisé dans les cas où la commutation doit être retardée, par exemple au moment de la fin des transitoires.
tongs D
D-trigger ("transparent trigger", "latch", latch) appartient à la catégorie des appareils synchrones, cadencés par l'entrée C. Il existe également une entrée de données D (Data). En termes de fonctionnalité, l'appareil appartient aux déclencheurs avec la réception d'informations via une entrée.
Tant qu'un un logique est présent à l'entrée d'horloge, le signal à la sortie Q répète le signal à l'entrée de données (mode transparence). Dès que le niveau strobe passe à l'état 0, le niveau à la sortie Q restera le même qu'au moment du front (latchs). Vous pouvez donc fixer le niveau d'entrée à l'entrée à tout moment. Il existe également des tongs D avec horloge sur le devant. Ils verrouillent le signal sur le front positif du stroboscope.
En pratique, deux types de dispositifs bistables peuvent être combinés dans un même microcircuit. Par exemple, les bascules D et RS. Dans ce cas, les entrées Set/Reset sont prioritaires. S'il y a un zéro logique dessus, alors l'élément se comporte comme une bascule D normale. Lorsqu'un niveau haut apparaît sur au moins une entrée, la sortie est mise à 0 ou 1, quels que soient les signaux aux entrées C et D.
La transparence d'une bascule D n'est pas toujours une caractéristique utile. Pour l'éviter, des éléments doubles sont utilisés (flip-flop, déclencheur "clapping"), ils sont désignés par les lettres TT. Le premier déclencheur est un verrou régulier qui transmet le signal d'entrée à la sortie. Le deuxième déclencheur sert d'élément de mémoire. Les deux appareils sont cadencés avec un stroboscope.
tongs en T
Le T-trigger appartient à la classe des éléments bistables dénombrables. La logique de son travail est simple - il change d'état à chaque fois que la prochaine unité logique arrive à son entrée.Si un signal d'impulsion est appliqué à l'entrée, la fréquence de sortie sera deux fois plus élevée que l'entrée. A la sortie inversée, le signal sera déphasé avec le signal direct.
C'est ainsi que fonctionne une bascule en T asynchrone. Il existe également une option synchrone. Lorsqu'un signal d'impulsion est appliqué à l'entrée d'horloge et en présence d'une unité logique à la sortie T, l'élément se comporte de la même manière qu'un asynchrone - il divise la fréquence d'entrée en deux. Si la broche T est le zéro logique, alors la sortie Q est réglée sur bas, indépendamment de la présence de stroboscopes.
tongs JK
Cet élément bistable appartient à la catégorie des éléments universels. Il peut être contrôlé séparément par des entrées. La logique de la bascule JK est similaire au travail de l'élément RS. L'entrée J (Job) est utilisée pour régler la sortie sur un. Un niveau haut sur la broche K (Keep) remet la sortie à zéro. La différence fondamentale avec le déclencheur RS est que l'apparition simultanée de uns sur deux entrées de commande n'est pas interdite. Dans ce cas, la sortie de l'élément change son état à l'opposé.
Si les sorties Job et Keep sont connectées, alors la bascule JK se transforme en une bascule T de comptage asynchrone. Lorsqu'une onde carrée est appliquée à l'entrée combinée, la sortie sera la moitié de la fréquence. Comme l'élément RS, il existe une version cadencée de la bascule JK. En pratique, ce sont principalement des éléments guillotinés de ce type qui sont utilisés.
Utilisation pratique
La propriété des déclencheurs de conserver les informations enregistrées même lorsque les signaux externes sont supprimés permet de les utiliser comme des cellules mémoire d'une capacité de 1 bit.À partir d'éléments uniques, vous pouvez créer une matrice pour stocker des états binaires - selon ce principe, des mémoires statiques à accès aléatoire (SRAM) sont construites. Une caractéristique d'une telle mémoire est un circuit simple qui ne nécessite pas de contrôleurs supplémentaires. Par conséquent, ces SRAM sont utilisées dans les contrôleurs et les PLA. Mais la faible densité d'enregistrement empêche l'utilisation de telles matrices dans les PC et autres systèmes informatiques puissants.
L'utilisation de bascules comme diviseurs de fréquence a été mentionnée ci-dessus. Les éléments bistables peuvent être connectés en chaînes et obtenir différents rapports de division. La même chaîne peut être utilisée comme compteur d'impulsions. Pour ce faire, il est nécessaire de lire l'état des sorties des éléments intermédiaires à chaque instant - un code binaire sera obtenu correspondant au nombre d'impulsions parvenues à l'entrée du premier élément.
Selon le type de déclencheurs appliqués, les compteurs peuvent être synchrones ou asynchrones. Les convertisseurs série-parallèle sont construits sur le même principe, mais seuls les éléments gated sont utilisés ici. De plus, les lignes à retard numériques et d'autres éléments de la technologie binaire sont construits sur des déclencheurs.
Les bascules RS sont utilisées comme pinces de niveau (suppresseurs de rebond). Si des commutateurs mécaniques (boutons, interrupteurs) sont utilisés comme sources de niveau logique, alors, lorsqu'ils sont enfoncés, l'effet de rebond formera plusieurs signaux au lieu d'un. La bascule RS combat cela avec succès.
Le champ d'application des dispositifs bistables est large. La gamme de tâches résolues avec leur aide dépend en grande partie de l'imagination du concepteur, en particulier dans le domaine des solutions non standard.
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