Um gatilho é um elemento da tecnologia digital, um dispositivo biestável que muda para um dos estados e pode permanecer nele indefinidamente mesmo quando os sinais externos são removidos. Ele é construído a partir de elementos lógicos do primeiro nível (AND-NOT, OR-NOT, etc.) e pertence aos dispositivos lógicos do segundo nível.
Na prática, os flip-flops são produzidos na forma de microcircuitos em um pacote separado ou são incluídos como elementos em grandes circuitos integrados (LSI) ou arrays lógicos programáveis (PLM).
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Classificação e tipos de sincronização de gatilho
Os gatilhos se dividem em duas grandes classes:
- assíncrono;
- síncrono (com clock).
A diferença fundamental entre eles é que para a primeira categoria de dispositivos, o nível do sinal de saída muda simultaneamente com a mudança do sinal na entrada (entradas).Para triggers síncronos, uma mudança de estado ocorre somente se houver um sinal de sincronização (clock, strobe) na entrada fornecida para isso. Para isso, é fornecida uma saída especial, denotada pela letra C (relógio). De acordo com o tipo de gating, os elementos síncronos são divididos em duas classes:
- dinâmico;
- estático.
Para o primeiro tipo, o nível de saída muda dependendo da configuração dos sinais de entrada no momento do aparecimento da frente (borda de ataque) ou da queda do pulso de clock (dependendo do tipo específico de trigger). Entre o aparecimento de frentes de sincronização (slopes), quaisquer sinais podem ser aplicados às entradas, o estado do trigger não será alterado. Na segunda opção, o sinal de clocking não é uma mudança de nível, mas a presença de um ou zero na entrada Clock. Existem também dispositivos de disparo complexos classificados por:
- o número de estados estáveis (3 ou mais, em contraste com 2 para os elementos principais);
- o número de níveis (também mais de 3);
- outras características.
Elementos complexos são de uso limitado em dispositivos específicos.
Tipos de gatilhos e como eles funcionam
Existem vários tipos básicos de gatilhos. Antes de entender as diferenças, uma propriedade comum deve ser observada: quando a energia é aplicada, a saída de qualquer dispositivo é definida para um estado arbitrário. Se isso for crítico para a operação geral do circuito, circuitos de pré-ajuste devem ser fornecidos. No caso mais simples, este é um circuito RC que gera um sinal para definir o estado inicial.
flip-flops RS
O tipo mais comum de dispositivo biestável assíncrono é o flip-flop RS. Refere-se a flip-flops com configuração separada de estado 0 e 1.Existem duas entradas para isso:
- S - conjunto (instalação);
- R - redefinir (redefinir).
Existe uma saída direta Q, também pode haver uma saída invertida Q1. O nível lógico nele é sempre o oposto do nível em Q - isso é útil ao projetar circuitos.
Quando um nível positivo for aplicado à entrada S, a saída Q será definida para uma unidade lógica (se houver uma saída invertida, ela irá para o nível 0). Depois disso, na entrada da configuração, o sinal pode mudar como você quiser - isso não afetará o nível de saída. Até que um 1 apareça na entrada R. Isso colocará o flip-flop no estado 0 (1 na saída invertida). Agora, alterar o sinal na entrada de reset não afetará o estado posterior do elemento.
Importante! A opção quando há uma unidade lógica em ambas as entradas é proibida. O gatilho será definido para um estado arbitrário. Ao projetar esquemas, essa situação deve ser evitada.
Um flip-flop RS pode ser construído com base em elementos NAND de duas entradas amplamente utilizados. Este método é implementado tanto em microcircuitos convencionais quanto dentro de matrizes programáveis.
Uma ou ambas as entradas podem ser invertidas. Isso significa que nesses pinos, o gatilho é controlado pela aparência de um nível não alto, mas baixo.
Se você construir um flip-flop RS em elementos AND-NOT de duas entradas, ambas as entradas serão inversas - controladas pelo fornecimento de um zero lógico.
Existe uma versão fechada do flip-flop RS. Possui uma entrada adicional C. A comutação ocorre quando duas condições são atendidas:
- a presença de um nível alto na entrada Set ou Reset;
- a presença de um sinal de relógio.
Tal elemento é utilizado nos casos em que a comutação deve ser atrasada, por exemplo, no momento do término dos transitórios.
D flip-flops
D-trigger ("trigger transparente", "latch", latch) pertence à categoria de dispositivos síncronos, cronometrados pela entrada C. Há também uma entrada de dados D (Data). Em termos de funcionalidade, o dispositivo pertence a gatilhos com o recebimento de informações por meio de uma entrada.
Enquanto um sinal lógico estiver presente na entrada do relógio, o sinal na saída Q repete o sinal na entrada de dados (modo transparência). Assim que o nível do strobe vai para o estado 0, o nível na saída Q permanecerá o mesmo que era no momento da borda (travas). Assim, você pode corrigir o nível de entrada na entrada a qualquer momento. Há também D-flip-flops com clocking na frente. Eles travam o sinal na borda positiva do estroboscópio.
Na prática, dois tipos de dispositivos biestáveis podem ser combinados em um microcircuito. Por exemplo, flip-flop D e RS. Neste caso, as entradas Set/Reset têm prioridade. Se houver um zero lógico neles, então o elemento se comporta como um D-flip-flop normal. Quando ocorre um nível alto em pelo menos uma entrada, a saída é ajustada para 0 ou 1, independente dos sinais nas entradas C e D.
A transparência de um flip-flop D nem sempre é um recurso útil. Para evitar isso, são usados elementos duplos (flip-flop, gatilho “clapping”), eles são indicados pelas letras TT. O primeiro gatilho é uma trava regular que passa o sinal de entrada para a saída. O segundo gatilho serve como um elemento de memória. Ambos os dispositivos são sincronizados com um estroboscópio.
T-chinelos
O T-trigger pertence à classe de elementos biestáveis contáveis. A lógica de seu trabalho é simples - ele muda seu estado toda vez que a próxima unidade lógica chega à sua entrada.Se um sinal de pulso for aplicado à entrada, a frequência de saída será duas vezes maior que a entrada. Na saída invertida, o sinal estará fora de fase com o direto.
É assim que funciona um flip-flop T assíncrono. Há também uma opção síncrona. Quando um sinal de pulso é aplicado na entrada de clock e na presença de uma unidade lógica na saída T, o elemento se comporta da mesma forma que um assíncrono - ele divide a frequência de entrada pela metade. Se o pino T for lógico zero, então a saída Q é definida como baixa, independentemente da presença de estroboscópios.
chinelos JK
Este elemento biestável pertence à categoria dos universais. Pode ser controlado separadamente por entradas. A lógica do flip-flop JK é semelhante ao trabalho do elemento RS. A entrada J (Job) é usada para definir a saída para um. Um nível alto no pino K (Keep) redefine a saída para zero. A diferença fundamental do RS-trigger é que o aparecimento simultâneo de uns em duas entradas de controle não é proibido. Neste caso, a saída do elemento muda seu estado para o oposto.
Se as saídas Job e Keep estiverem conectadas, o flip-flop JK se transforma em um flip-flop T de contagem assíncrona. Quando uma onda quadrada é aplicada à entrada combinada, a saída será metade da frequência. Assim como o elemento RS, existe uma versão com clock do flip-flop JK. Na prática, são principalmente elementos fechados desse tipo que são usados.
Uso pratico
A propriedade dos triggers de reter a informação gravada mesmo quando os sinais externos são removidos permite que sejam utilizados como células de memória com capacidade de 1 bit.A partir de elementos únicos, você pode construir uma matriz para armazenar estados binários - de acordo com esse princípio, as memórias de acesso aleatório estático (SRAM) são construídas. Um recurso dessa memória é um circuito simples que não requer controladores adicionais. Portanto, tais SRAMs são usadas em controladores e PLAs. Mas a baixa densidade de gravação impede o uso de tais matrizes em PCs e outros sistemas de computação poderosos.
O uso de flip-flops como divisores de frequência foi mencionado acima. Elementos biestáveis podem ser conectados em cadeias e obter diferentes proporções de divisão. A mesma string pode ser usada como contador de pulsos. Para fazer isso, é necessário ler o estado das saídas dos elementos intermediários a cada momento - será obtido um código binário correspondente ao número de pulsos que chegaram à entrada do primeiro elemento.
Dependendo do tipo de gatilho aplicado, os contadores podem ser síncronos ou assíncronos. Os conversores serial-paralelo são construídos com o mesmo princípio, mas apenas elementos gated são usados aqui. Além disso, as linhas de atraso digital e outros elementos da tecnologia binária são construídos em gatilhos.
Os flip-flops RS são usados como grampos de nível (supressores de salto). Se interruptores mecânicos (botões, interruptores) forem usados como fontes de nível lógico, quando pressionados, o efeito de salto formará muitos sinais em vez de um. O flip-flop RS combate isso com sucesso.
O escopo dos dispositivos biestáveis é amplo. A gama de tarefas resolvidas com sua ajuda depende em grande parte da imaginação do designer, especialmente no campo de soluções não padronizadas.
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