Appareils numériques : bascules, comparateurs et registres

Les appareils numériques sont construits sur des éléments logiques, ils obéissent donc aux lois de l'algèbre logique. Les dispositifs de base de la technologie numérique, ainsi que les dispositifs logiques, sont des bascules.

Déclencheur (déclencheur anglais - déclencheur) - un appareil électronique qui a deux états stables et peut sauter d'un état à un autre sous l'influence d'une impulsion externe.

Les déclencheurs ou, plus précisément, les systèmes de déclenchement sont appelés une grande classe d'appareils électroniques capables de rester longtemps dans l'un des deux états stables et de les alterner sous l'influence de signaux externes. Chaque condition de déclenchement est facilement reconnue par la valeur de la tension de sortie.

Chaque état de déclenchement correspond à un certain niveau de tension de sortie (haut ou bas) :

1) le déclencheur est réglé sur un état — niveau «1».

2) la bascule est réinitialisée — niveau «0» à la sortie.

L'état stable reste aussi longtemps que souhaité et peut être modifié par une impulsion externe ou en coupant la tension d'alimentation. Che.une bascule est un élément de mémoire élémentaire capable de stocker la plus petite unité d'information (un bit) « 0 » ou « 1 ».

Les bascules peuvent être construites sur des éléments discrets, des éléments logiques, sur un circuit intégré ou faire partie d'un circuit intégré.

Les principaux types de bascules comprennent : les bascules RS, D, T et JK... De plus, les bascules sont divisées en asynchrones et synchrones. En actionnement asynchrone, le passage d'un état à un autre se fait directement avec l'arrivée d'un signal à l'entrée d'information. En plus des entrées de données, les bascules synchronisées ont une entrée d'horloge. Leur commutation n'a lieu qu'en présence d'une impulsion d'horloge de validation.

Un déclencheur RS a au moins deux entrées : S (set — set) — le déclencheur est mis à l'état du niveau « 1 » et R (reset) — le déclencheur est réinitialisé à l'état du niveau « 0 ». (Fig. 1).

En présence de l'entrée C, la bascule est synchrone - la commutation de la bascule (changement d'état de la sortie) ne peut se produire qu'au moment de l'arrivée de l'impulsion de synchronisation (synchronisation) à l'entrée C.

Figure 1 — Représentation graphique conventionnelle de la bascule RS et objectif des conclusions a) asynchrone, b) synchrone

En plus de la sortie directe, la bascule peut également avoir une sortie inverse dont le signal sera opposé.

Le tableau 1 montre les états que la bascule peut adopter pendant le fonctionnement. Le tableau montre les valeurs des signaux d'entrée S et R à un certain instant de temps tn et l'état de la bascule (de la sortie directe) à l'instant de temps suivant tn + 1 après l'arrivée du prochain impulsions. Le nouvel état de déclenchement est également affecté par l'état précédent de Q n.

Che.s'il est nécessaire d'écrire sur le déclencheur «1» — nous donnons une impulsion à l'entrée S, si «0» — nous envoyons une impulsion à l'entrée R.

La combinaison S = 1, R = 1 est une combinaison interdite car il est impossible de prédire quel état s'établira en sortie.

Tableau 1 - Tableau d'état de la bascule RS synchrone

Le fonctionnement de la bascule peut également être visualisé à l'aide de chronogrammes (Fig. 2).

Figure 2 — Chronogrammes d'une bascule RS asynchrone

D-trigger (de l'anglais delay - delay) a une entrée d'information et une entrée d'horloge (synchronisation) (Fig. 3).

La bascule D stocke et stocke à la sortie Q le signal qui était à l'entrée de données D au moment de l'arrivée de l'impulsion d'horloge C. la bascule stocke les informations écrites lorsque C = 1.

Tableau 2-Tableau des états de la bascule D

Figure 3 — Déclencheur D : a) représentation graphique conventionnelle, b) chronogrammes de fonctionnement

Les déclencheurs en T (de l'anglais tumble - renversement, saut périlleux), également appelés bascules de comptage, ont une entrée d'information T. Chaque impulsion (décroissance d'impulsion) de l'entrée T (entrée de comptage) fait basculer le déclencheur dans l'état opposé.

La figure 4 montre la symbologie du déclenchement en T (a) et les chronogrammes du fonctionnement (b).

Figure 4-T-flip-flop a) notation graphique conventionnelle, b) chronogrammes de fonctionnement c) table d'état

Un déclencheur JK (de l'anglais jump - jump, keer - hold) a deux entrées de données J et K et une entrée d'horloge C. L'affectation des broches J et K est similaire à l'affectation des broches R et S, mais le déclencheur a pas de combinaisons interdites. Si J = K = 1, il change son état à l'opposé (Fig. 5).

Avec une connexion appropriée des entrées, le déclencheur peut remplir les fonctions des déclencheurs RS-, D-, T, c'est-à-dire est un déclencheur universel.

Figure 5 -JK -flip-flop a) notation graphique conventionnelle, b) table d'état abrégée

Comparateur (comparer - comparer) - un appareil qui compare deux tensions - entrée Uin avec une référence Uref. La tension de référence est une tension constante de polarité positive ou négative, la tension d'entrée change dans le temps. Le circuit comparateur le plus simple basé sur un amplificateur opérationnel est illustré à la figure 6, a. Si Uin Uop à la sortie U — nous (Fig. 6, b).

Figure 6 — Comparateur d'amplificateur opérationnel : a) le schéma le plus simple b) caractéristiques de performance

Un comparateur à rétroaction positive est appelé trigger de Schmitt. Si le comparateur passe de «1» à «0» et vice versa à la même tension, alors le déclencheur de Schmitt - à des tensions différentes. La tension de référence crée un circuit PIC R1R2, le signal d'entrée est envoyé à l'entrée inverseuse de l'ampli-op. La figure 7, b, montre la caractéristique de transfert du trigger de Schmitt.

À une tension négative à l'entrée d'inventaire de l'OS Uout = U + sat. Cela signifie qu'une tension positive agit sur l'entrée non inverseuse. Lorsque la tension d'entrée augmente, le courant Uin > Uneinv. (UAV - déclencheur) le comparateur passe à l'état Uout = U -sat. Une tension négative est appliquée à l'entrée non inverseuse. En conséquence, avec une diminution de la tension d'entrée à l'instant Uin < Uneinv. (UAV - déclencheur) le comparateur passe à l'état Uout = U + sat.

Figure 7 — Opération de Schmitt d'un amplificateur opérationnel : a) le schéma le plus simple b) caractéristiques de performance

Un exemple. La figure 8 montre un schéma d'un relais-contacteur pour commander un moteur électrique, lui permettant de démarrer, de s'arrêter et de reculer.

Figure 8 — Schéma de commande du moteur relais-contacteur

La commutation du moteur électrique est réalisée par des démarreurs magnétiques KM1, KM2. Les contacts librement fermés KM1, KM2 empêchent le fonctionnement simultané des démarreurs magnétiques. Les contacts librement ouverts KM1, KM2 assurent l'auto-verrouillage des boutons SB2 et SB3.

Pour améliorer la fiabilité de fonctionnement, il est nécessaire de remplacer les circuits de commande de relais-contacteur et les circuits de puissance par un système sans contact utilisant des dispositifs et des dispositifs à semi-conducteurs.

La figure 9 montre un circuit de commande de moteur sans contact.

Les contacts de puissance des démarreurs magnétiques ont été remplacés par des opto-simistors : KM1-VS1-VS3, KM2-VS4-VS6. L'utilisation d'optosimisteurs permet d'isoler un circuit de commande à faible courant d'un circuit d'alimentation puissant.

Les déclencheurs fournissent des boutons autobloquants SB2, SB3. Les éléments logiques ET assurent l'activation simultanée d'un seul des démarreurs magnétiques.

Lorsque le transistor VT1 s'ouvre, le courant traverse les LED du premier groupe d'opto-simistors VS1-VS3, assurant ainsi le passage du courant dans les bobinages du moteur.L'ouverture du transistor VT2 alimente le deuxième groupe d'opto-simistors VS4 -VS6, assurant la rotation du moteur électrique dans l'autre sens.

Figure 9 — Circuit de commande du moteur sans contact

Registre - un appareil électronique conçu pour le stockage à court terme et la conversion de nombres binaires à plusieurs chiffres. Le registre est constitué de bascules, dont le nombre détermine le nombre de bits d'un nombre binaire que le registre peut stocker - la taille du registre (Fig. 10, a). Les éléments logiques peuvent être utilisés pour organiser le fonctionnement des déclencheurs.

Figure 10 — Registre : a) représentation générale, b) notation graphique conventionnelle

Selon la méthode d'entrée et de sortie des informations, les registres sont divisés en parallèle et en série.

Dans un registre séquentiel, les bascules sont connectées en série, c'est-à-dire que les sorties de la bascule précédente transmettent des informations aux entrées de la bascule suivante. Les entrées d'horloge des bascules C sont connectées en parallèle. Un tel registre a une entrée de données et une entrée de commande - entrée d'horloge C.

Un registre parallèle écrit simultanément sur des bascules pour lesquelles il existe quatre entrées de données.

La figure 10 montre l'UGO et l'affectation des broches d'un registre parallèle-série à quatre bits.