Ден Томел - Поиск неисправностей в электронике

Как показывает этот пример, самой важной предпосылкой локализации неисправностей является правильное понимание роли каждого компонента и смысла каждого сигнала.

Большинство систем, которые мы считаем цифровыми: будильник, компьютер, схемы памяти ЭВМ изготовлены из логических устройств с памятью. Выход этих схем определяется входным током, а также предыдущим состоянием выходов. Для того чтобы понять работу этих систем, мы рассмотрим основные элементы построения схем с памятью.

Асинхронные RS-триггеры

Основным строительным блоком логических устройств с запоминанием является RS-триггер-защелка. Защелка может быть выполнена из двух элементов И-НЕ, выходы которых перекрестно соединены с входами друг друга, как показано на рис. 8.7.

Рис. 8.7. RS(set/reset) — триггер-защелкас активным низким уровнем входного сигнала

Отличительной особенностью схем с памятью и комбинационных схем является наличие обратной связи с выхода на вход. Это приводит к зависимости выхода от текущего состояния выхода.

Защелка RS имеет нормальное состояние входов: ВЫСОКИЙ, а два выхода всегда должны иметь противоположные состояния. Если на вход Set(Установить) подается низкий уровень, выход Q имеет уровень ВЫСОКИЙ. Если на выход Reset(Сброс) подастся низкий уровень, выход Q имеет уровень НИЗКИЙ. Когда оба входа — Setи Reset— имеют логический уровень ВЫСОКИЙ, выход защелки остается в том же состоянии, что был до этого.

Типичная область применения такой схемы — в системах подачи тревожного сигнала, как показано на рис. 8.8.

Рис. 8.8. Схема защелки для подачи сигнала тревоги при превышении уровня тепла

В этом случае два входа будут в нормальном состоянии иметь уровень ВЫСОКИЙ, что показывает состоянии «без изменений». Предположим, что тревожный выход изначально находится в состоянии НИЗКИЙ (нет сигнала тревоги). Когда чувствительный к температуре переключатель регистрирует тепло, превышающее его порог срабатывания, переключатель замыкается, подавая низкий уровень на вход защелки Set. Это переводит состояние выхода подачи тревожного сигнала на высокий уровень. Даже если температура снизится и переключатель разомкнется, сигнал тревоги будет продолжаться, поскольку последнее состояние было Set, а текущее состояние означает «нет изменений». Тревогу можно отключить только при нажатии оператором кнопки Reset.

Очень популярным вариантом использования схем с памятью является хранение двоичных чисел. Эти приборы часто называют регистрами, или запоминающими устройствами. Защелка D — один из типов элементов, являющихся основой построения регистров.

Как вы можете видеть на рис. 8.9, регистр выполнен на основе RS-защелки, чьи входы все время имеют противоположный уровень. Единственный случай, при котором может измениться статус выходного сигнала, это когда вход разрешения имеет высокий уровень. При этом выход всегда такой же, как и D-вход. Это часто называют прозрачным режимом . Когда на входе разрешения вновь установится низкий уровень, установившийся на Q уровень будет сохраняться даже при изменении входа D. Схема запомнила, или «защелкнула» заданную величину.

Рис. 8.9. D-защелка

Синхронные триггеры

Триггеры представляют собой защелки, которые могут изменять выход только при изменении сигнала на тактовом входе с одного уровня на другой. Чтобы отличить синхронные триггеры от асинхронных защелок, этот вход называют входом синхронизации . Системные часы представляют собой генератор прямоугольных импульсов, который определяет точное время, когда должно измениться состояние триггера.

Синхронный D-триггер работает, как и D-защелка, но он передает сигнал с входа на выход только во время прохождения тактового синхроимпульса. Триггеры обычно имеют также и набор асинхронных входов, которые называются Preset(Установка) и Clear(Сброс). Они называются асинхронными входами, поскольку выход отвечает на сигналы на этих входах в любое время, когда они активируются, независимо от входа синхронизации (рис. 8.10).

Рис. 8.10. D-триггери его таблица истинности

JK-триггер похож на асинхронный RS-триггер-защелку. Вход J можно рассматривать как вход Setс активным высоким уровнем, а вход К как вход Resetс активным высоким уровнем. Кружок на входе синхронизации JK-триггера 7476, показанного на рис. 8.11 означает, что этот прибор срабатывает по отрицательному фронту. Выходы изменяются, когда уровень синхроимпульса переходит с высокого на низкий.

Рис. 8.11. JK-триггери его временные диаграммы

Основное дополнение в JK-триггере заключается в том, что входы J и К могут активироваться одновременно. В этом режиме, называемым счетным, происходит переключение выхода при поступлении каждого синхроимпульса. Этот триггер также имеет асинхронные входы установки и сброса.

Счетчики

Режим переключения JK-триггера используется для построения счетных схем. Рассмотрим триггерную схему, показанную на рис. 8.12. Каждый выход Q используется для запуска входа синхронизации следующего триггера. На временной диаграмме обратите внимание на то, что каждый триггер переключается, когда предыдущий триггер изменяет состояние выхода с высокого на низкий.

Поскольку каждый триггер реагирует на изменение выхода предыдущего элемента, это соединение называется счетчиком со сквозным переносом.

Рис. 8.12. Использование JK-триггерадля деления частоты синхроимпульсов

Заметьте, что максимальное количество состояний зависит от числа триггеров. Имеет место следующее соотношение:

Максимальное количество состояний = 2 n , где n — количество триггеров.

Часто желательно изменить последовательность переключений, чтобы считать число состояний меньшее, чем максимальное. Наиболее распространенные счетчики работают в десятичной системе с 10 состояниями в каждом разряде. Построить подобный счетчик можно, как показано на рис. 8.13.