Электроника:Эксперименты/Цифровые интегральные схемы/SR-триггер на основе вентиля «И-НЕ»

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Перевод: Макаров В. (valemak)
Проверка/Оформление/Редактирование: Мякишев Е.А.


SR-триггер на основе вентиля «И-НЕ»[1]

Оборудование и материалы

  • Четвертной вентиль И-НЕ модели 4011 (каталог Radio Shack №276-2411)
  • Четвертной вентиль ИЛИ-НЕ модели 4001 (каталог Radio Shack №276-2401)
  • Восьмипозиционный DIP-переключатель (каталог Radio Shack №275-1301)
  • 10-сегментная светодиодная гистограмма (каталог Radio Shack №276-081)
  • Одна батарея 6 вольт
  • Три резистора по 10 кОм
  • Два резистора по 470 Ом
Осторожно!

Обе микросхемы 4011 и 4001 представляют собой КМОП-матрицы и поэтому чувствительны к статическому электричеству!

Хотя в списке указан блок светодиодов с десятью сегментами, на рисунке вместо него показаны два отдельных светодиода. Это связано с тем, что на моей макетной плате не хватает места для установки блока переключателей, двух интегральных схем и гистограммы.

Если у вас есть место на макетной плате, не стесняйтесь использовать гистограмму, как указано в списке деталей и как показано в предыдущих схемах защёлок.

Ссылки по теме

  • «Уроки по электрическим цепям», том IV «Цифровая электроника», глава 3: «Логические вентили»
  • «Уроки по электрическим цепям», том IV «Цифровая электроника», глава 10: «Мультивибраторы»

Цели эксперимента

  • Разница между закрытой защёлкой и триггером
  • Как собрать схему «детектор импульсов»
  • Узнайте о влиянии «дребезжания» контактов переключателя на цифровые схемы.

Схематическая диаграмма

Рис. 1. Схематическая диаграмма: SR-триггер на основе вентиля «И-НЕ».
Рис. 1. Схематическая диаграмма: SR-триггер на основе вентиля «И-НЕ».

Иллюстрации

Рис. 2. Иллюстрация: SR-триггер на основе вентиля «И-НЕ».
Рис. 2. Иллюстрация: SR-триггер на основе вентиля «И-НЕ».

Ход эксперимента

Единственная разница между стробируемой (с входом разрешения) защёлкой и триггером заключается в том, что триггер активируется только на нарастающем или спадающем фронте «тактового» сигнала, а не на всё время «высокого» сигнала разрешения.

Преобразование защёлки с входом разрешения в триггер просто требует добавления схемы «импульсного детектора» к входу «Разрешение», чтобы фронт тактового импульса генерировал короткий «высокий» импульс для этого входа:

Рис. 3. Цепь импульсного детектора
Рис. 3. Цепь импульсного детектора

. Один вентиль ИЛИ-НЕ и три вентиля инвертора создают этот эффект, используя время задержки распространения сигнала в нескольких каскадных вентилях. В этом эксперименте я использую три элемента ИЛИ-НЕ с параллельными входами для создания трёх инверторов, таким образом используя все четыре элемента ИЛИ-НЕ интегральной схемы 4001:

Рис. 4. Цепь импульсного детектора (с указанием модели четвертного вентиля).
Рис. 4. Цепь импульсного детектора (с указанием модели четвертного вентиля).

Обычно при использовании вентиля ИЛИ-НЕ в качестве инвертора один вход должен быть заземлён, а другой действует как вход инвертора, чтобы минимизировать входную ёмкость и увеличить скорость. Здесь, однако, желательна замедленная реакция, поэтому я запараллеливаю входы ИЛИ-НЕ, чтобы сделать инверторы, а не действую по старинке.

Обратите внимание, что эта конкретная схема детектора импульсов создаёт «высокий» выходной импульс на каждом заднем фронте тактового (входного) сигнала. Это означает, что схема триггера должна реагировать на входные состояния «Установка» и «Сброс» только тогда, когда средний переключатель перемещается из положения «Вкл.» в положение «Выкл.», а не из «Выкл.» во «Вкл.».

Однако при построении этой схемы вы можете обнаружить, что выходы реагируют на входные сигналы «Установка» и «Сброс» во время обоих переходов входа «Тактовый сигнал», а не только когда он переключается из «высокого» состояния в «низкое».

Причиной этого является «дребезжание» контактов: эффект механического переключателя, который быстро замыкается и размыкается при первом замыкании контактов из-за упругого столкновения металлических контактных площадок. Вместо переключателя «Тактовый сигнал», производящего один чистый переход сигнала от «низкого» уровня к «высокому» при замыкании, скорее всего, будет несколько «циклов» от «низкого» уровня к «высокому», поскольку контактные площадки «подпрыгивают» при срабатывании от «Выкл.» к «Вкл.».

Первый переход с «высокого» уровня на «низкий», вызванный «дребезжанием», вызовет срабатывание схемы детектора импульсов, включив SR-защёлку на этот момент времени, заставив её реагировать на входы «Установка» и «Сброс». В совершенном мире, конечно, переключатели у нас идеальные и они вовсе не дребезжат. Однако в унылой реальности «дребезжание» контактов является очень распространённой проблемой для цифровых вентильных схем, управляемых входами переключателей, и её необходимо хорошо понимать, чтобы её преодолеть.

См.также

Внешние ссылки