D триггер принцип работы: Принцип работы и таблица истинности D-триггеров

Содержание

Принцип работы и таблица истинности D-триггеров

Триггеры представляют собой электронные устройства, которые могут находиться в одном из двух состояний длительное время. При внешнем воздействии (подаче сигнала извне) они изменяют своё состояние. Благодаря этому свойству их называют логическими элементами с памятью.

Микросхема 4х д-триггер SO16

Выходные сигналы зависят не только от того, какие импульсы подаются на вход, но и от того, что в триггере хранилось перед этим.

Данные устройства используются в основном в микропроцессорной технике. Микросхемы, как правило, имеют в своём составе триггер или бистабильный элемент и управляющую систему.

Триггеры бывают двух типов: асинхронные, или нетактируемые, и синхронные, или тактируемые.

В асинхронном – переход из одного положения в другое выполняется фронтом или перепадом напряжения. То есть для того, чтобы осуществился переход, на управляющем входе должна быть смена 1 на 0 или 0 на 1.

Синхронный тип переключается в новое положение в том случае, когда на управляющий вход подаётся импульс.

Выпускаются нескольких типов:

  • RS-триггер;
  • D-триггер;
  • Т-триггер;
  • JS-триггер.

Устройство д триггера

В цифровой и вычислительной технике наиболее распространённым является d-триггер. Иначе его называют триггером задержки (от английского слова delay).

Для производства d-триггера обычно используются полевые или биполярные транзисторы, а также интегральные микросхемы.

Для управления логическими элементами используются входы, которые делятся на информационные и вспомогательные. Информационные – воспринимают управляющие импульсы. В зависимости от его значения, в д-триггер записывается то или иное значение. Вспомогательные – предназначены для синхронизации работы.

Слово «задержка» в названии характеризует то, что поступивший информационный сигнал задерживается в нём ровно на один такт. Время задержки зависит от частоты импульсов синхронизации.

Схематическое изображение d-триггера

На картинке выше символом D обозначен информационный или вход данных, а С – тактовый или синхронизирующий. На информационный – подаётся информационный сигнал, который необходимо сохранить в д-триггере, а на тактовый вход подаётся тактовый импульс, в зависимости от значения которого определяется режим д-триггера: режим записи или режим хранения.

Принцип работы

Логическое устройство будет находиться в устойчивом положении в том случае, если на С=0. В этом случае импульсы, подающиеся на информационный D-вход, никак не влияют на прибор, и выходной импульс определяется записанным ранее значением. Если С=1, то выходной сигнал будет зависеть от того, какой т подан на информационный D-вход. Если D=1, то на выходе будет 1, если D=0, то на выходе будет 0.

Таблица истинности будет иметь вид

Входной сигналВыходной сигналРежим работы
СDQ
00определяется предыдущим состояниемХранение информации
01определяется предыдущим состоянием
100Запись информации
111

Внимание! Логический компонент хранит информацию только при подаче нулевого значения на C-вход.

Д-триггер выполняется двух типов: с управлением по уровню и с управлением по фронту.

Элементы с управлением по уровню

Временная диаграмма работы прибора со статическим управлением (по уровню сигнала) изображена на рисунке ниже.

Временная диаграмма работы d-триггера со статическим управлением

При статическом управлении переход из одного состояния в другое выполняется по уровню. Сигнал с D-входа будет записываться только при высоком уровне на тактовом C-входе.

Элементы с управлением по фронту

Данный тип логического устройства срабатывает при переходе с одного уровня на другой. Срабатывание может выполняться в двух случаях: по переднему и заднему фронту. По переднему, если переход выполняется от 0 к 1, и по заднему, если от 1 к 0.

Чтобы переключить d-триггер в нужное нам положение, сначала подаётся 0 или 1 на информационный D-вход. Если необходимо на выходе получить единицу, то D=1, если нужно, чтобы был на выходе ноль, то на D=0.

Затем на С-вход подаётся тактовый импульс. По его изменению элемент переключится в нужное нам состояние. При этом сигнал, который подаётся на D-вход, будет сохранён.

Такая логика работы делает электронный компонент очень удобным для хранения одного разряда двоичного числа (0 или 1). Причём, это состояние д-триггер будет сохранять до тех пор, пока не поступит следующий бит информации.

Временная диаграмма работы d-триггера с динамическим управлением

Для сброса д-триггера нужно, чтобы на входах D=0, а С=1. Однако таким образом не всегда можно управлять состоянием, поэтому в схемах используют компоненты с тремя входами.

Схематичное изображение d-триггера с тремя входами

В этом случае добавляется третий R-вход, который отвечает за сброс информации.

Схема реализации d-триггера

Реализация д-тригера может выполняться на основе ТТЛ (транзисторно-транзисторная логика) элементов,  а также логических элементах КМОП.

Большинство микросхем относятся к компонентам с комплиментарной структурой – металл-оксид-полупроводник (КМОП). Данная технология основывается на использовании полевых транзисторов с изолированными затворами.

Реализация д-триггера на ТТЛ элементах приведена на рисунке ниже.

Схема устройства на ТТЛ-элементах

Если в логическом элементе D-вход соединить с инверсным выходом, то в этом случае прибор можно использовать в качестве счётного или Т-триггера. В этом случае при подаче импульса на С-вход логический компонент переходит в противоположное положение.

В сети интернет имеются сайты с сервисами, на которых можно просмотреть результат работы разного вида триггеров. Тип устройства выбирается из соответствующего списка.

Демонстрация работы устройств

Триггеры являются важной компонентой для создания различных микросхем. Их использование позволяет выполнять устройства с цифровой памятью. В микропроцессорной технике они являются основой для реализации электронных компонентов оперативной памяти. Их используют в регистрах сдвига и регистрах хранения.

Видео

Оцените статью:

D-триггер. Принцип работы и обозначение на схемах.

Принцип работы и обозначение D-триггера

Возможно, вы уже познакомились с RS-триггером и JK-триггером на страницах сайта Go-radio.ru, но разговор о триггерах был бы неполным без упоминания D-триггера. D-триггер (англ. Delay-задержка) имеет свойственные всем триггерам входы: S (установка), R (сброс), С - вход синхронизации и D-вход. Ещё D-триггер называют – триггер с динамическим управлением. Работа D-триггера аналогична работе JK-триггера с небольшими отличиями.

Особенностью триггера является то, что при подаче на вход D низкого уровня (логического 0) и по спаду импульса на входе С, триггер сбрасывается в нулевое состояние. Если на входе D высокий уровень (логическая 1), то по спаду импульса на входе С триггер устанавливается в единицу.

Что такое спад импульса? Объяснить это лучше наглядно, например, с помощью рисунка. Вот взгляните.

Фронт и спад импульса

Напомним, что вход C является входом синхронизации или, по-другому, входом тактирования. Он нужен для того, чтобы упорядочить работу множества отдельных микросхем в одной общей схеме.

На принципиальных схемах D-триггер обозначается следующим образом.

Обозначение D-триггера на принципиальной схеме

Бывает, что изображение на схеме несколько отличается. Но, несмотря на это, на условном обозначении D-триггера всегда присутствует указание входа "D".

В cерии логических микросхем К561, выполненных по технологии КМОП, есть наборы D-триггеров. Например, микросхема К561ТМ2 содержит два D-триггера в одном корпусе. А в составе микросхемы К561ТМ3 уже четыре D-триггера. Для построения несложных счётчиков и делителей частоты эти микросхемы гораздо удобнее.

Вот так обозначается на схемах микросхема К561ТМ2 (К176ТМ2, К564ТМ2). Импортный аналог микросхемы К561ТМ2 - CD4013, HEF4013.

Состав и цоколёвка микросхемы К561ТМ2

Как видим, в составе этой микросхемы два D-триггера. Для подключения питания к этой микросхеме используются вывод 14 (это плюс "+", VDD) и вывод 7 (это минус "-", GND).

Для того чтобы получить из D-триггера делитель частоты на два достаточно соединить инверсный выход со входом D. То есть соединяются выводы 2 и 5 (12 и 9), а импульсы подаются на вход С.

Главная &raquo Цифровая электроника &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

 

Принцип работы и таблица истинности D-триггеров: синхронных и двухступенчатых

В цифровых схемах d триггер выполняет функции единичного запоминающего устройства. Такие решения применяют для оперативного и длительного хранения информации. Их используют в блоках фильтрации сигналов. Представленные ниже сведения помогут ознакомиться не только с теорией, но и с методикой решения отдельных практических задач.

Рабочая схема триггера     

Рабочая схема триггера

Что такое Д триггер

Триггерами называют устройства, способные длительное время поддерживать определенное состояние на выходе. Как правило, они контролируют соответствующие уровни напряжения. Изменения происходят при определенной комбинации входных сигналов.

Простейшие устройства этой категории создают по схеме RS. Они запоминают состояние сигнала, поданного на один из входов. Чтобы устранить процесс сбоев, который вызывают паразитные колебания при переходе сигнала из ноля в единицу и обратно, применяют синхронизацию. Этим дополнительным сигналом устанавливают точное время (интервал) для возможных изменений.

В обозначении Д триггера отмечена главная особенность. Буквой «Д» (D лат.) маркируют вход, на который подают информационный сигнал. Другой («С») используют для синхронизации записи. Отсутствие активности на нем исключает изменение базового состояния. Такое решение, в отличие от RS, позволяет изменять состояние с применением только одного источника данных.

Устройство Д триггера

Проще всего представить функциональность на основе элементарных логических элементов. Второе название триггеров данной категории –  «защелка», наглядно поясняет основные принципы работы.

Схема Д триггера

Схема Д триггера

На рисунке, кроме основных, отмечены входы. Вне зависимости от сигналов синхронизации, с их помощью переводят изделие в нулевое или единичное состояние. Таким образом реализован принцип приоритетности, так как активация S и R блокирует входные вентили C.

Виды D триггера

Типовые решения с применением представленных логических элементов рассмотрены ниже. Допустимы другие комбинации для удвоения частоты и решения других задач.

D-триггер синхронный

Рассмотрим на упрощенном примере основы функционирования. Для этого уберем сервисные входы. Диаграммы демонстрируют изменение сигналов при разных комбинациях управления. В таблице показаны состояния для записи единиц и нулей, а также в режиме хранения.

D триггер: таблица истинности, схема, временные графики

D триггер: таблица истинности, схема, временные графики

Если подать на С единицу (ноль), изменение на D сопровождается появлением аналогичного сигнала на выходе Q. Следует обратить внимание на временные задержки. Пока синхронизация отсутствует, изделие не срабатывает, вне зависимости от состояния информационного входа.

В соответствующих режимах:

  • Запоминается предыдущее состояние на выходе;
  • Обеспечивается «прозрачность» – практически мгновенное повторение входных значений;
  • Фиксируется выходной сигнал («защелкивается»), когда сигнала С нет.

D-триггер двухступенчатый

В таких схемах объединяют последовательно два триггера. Первый – настраивают по увеличению входного сигнала. Второй – по спаду. Как видно на рисунке, состояние изменяется не одновременно с появлением новой информации, а с определенной временной задержкой, длительность которой равна одному полному рабочему циклу сигнала синхронизации.

Схема и временная диаграмма двухступенчатого триггера

Схема и временная диаграмма двухступенчатого триггера

Принцип работы

Во всех схемах имеет значение длительность рабочих реакций, которая определяет время записи (стирания). Определенное значение имеет помехоустойчивость. В следующих разделах рабочие процессы рассмотрены подробно.

Элементы с управлением по уровню

В этом варианте изменение состояния происходит только при высоком уровне синхронизирующего сигнала. При соответствующем положении устройство копирует изменения на входе с небольшой технологической задержкой. Если на С – ноль, реакция на выходе отсутствует.

Временная диаграмма для управления триггером по уровню

Временная диаграмма для управления триггером по уровню

Элементы с управлением по фронту

В соответствии с названием, здесь реализована схема управления по фронту (переднему и заднему). С помощью временной диаграммы можно рассмотреть рабочие циклы внимательно.

Изменение состояния при разных информационных (управляющих) сигналах

Изменение состояния при разных информационных (управляющих) сигналах

Допустим, что для управления выбран передний фронт. При С=0 состояние триггера не изменяется, вне зависимости от информационных сигналов, – одновременно с прохождением переднего фронта записывается аналогичное уровню D. В данном примере – единица. Следующие изменения происходят по такому же алгоритму.

Чтобы расширить базовую функциональность, устройство дополняют представленными выше сервисными входами (R и S). С их помощью состояние устанавливают произвольным образом (1 или 0) в любой нужный момент. Разумеется, для выполнения таких действий понадобятся дополнительные элементы управления.

К сведению. В этом варианте не имеет значения длительность управляющего сигнала. Для функционирования схемы его можно подать с применением инвертора в противофазе на два триггера Д типа, соединенные последовательно. Такое решение будет сопровождаться изменением состояния по заднему фронту (спаду).

Схема реализации d-триггера

В отличие от схем RS, данные устройства управляются с применением одного информационного входа. Это удобно, так как в двоичной системе один бит принимает только два значения (ноль или единицу). Кроме экономии проводников, такое решение помогает изменять задержку с применением регулировок частоты синхронизирующего сигнала.

Схема реализации триггера на транзисторах

Схема реализации триггера на транзисторах

Вместо рассмотренных выше ТТЛ элементов для создания аналогичного устройства можно применить типовые транзисторы, созданные с применением КМОП технологии. На картинке изображен d триггер, принцип работы которого представлен ниже:

  • при отсутствии сигнала на входе C транзистор VT1 находится в закрытом состоянии, не пропускает ток через полупроводниковый затвор;
  • в этом состоянии не имеет значения уровень сигнала на D;
  • если подать на С единицу, переход откроется;
  • инвертор D1 обеспечит передачу на выход Q сигнала;
  • два транзистора VT2 и VT3 образуют второй инвертор, который обеспечивает функционирование схемы в режиме типичного D триггера.

Таким образом, как и при работе с элементарными логическими компонентами, здесь данные состояния сохраняются только при нулевом уровне синхронизирующего сигнала. При увеличении его до уровня открытия полупроводникового перехода информация на входе и выходе будет повторяться с минимальной задержкой.

Для объективного анализа схемотехники надо изучить переходные процессы. Дело в том, что базовые для логических уравнений значения (ноль и единица) не всегда способны физически соответствовать идеальным значениям. Допустим, что управляющий сигнал поступает одновременно со сменой информационного. В этом случае триггер переходит в нестабильное состояние.

Ошибки проявляются в сбоях, когда последующие логические элементы ошибочно воспринимают амплитуду входных сигналов. Подобные ошибки могут блокировать полностью работу вычислительных устройств и другой техники.

Паразитные импульсные помехи образуют шумы в радиочастотном диапазоне. Состояние неопределенности увеличивает временные задержки при прохождении сигналов. Чтобы минимизировать вредное влияние и правильно делать конструкторские расчеты, производители триггеров указывают в сопроводительной документации минимальные допустимые параметры:

  • setup time – промежуток перед синхронизирующим импульсом;
  • hold time – длительность информационного сигнала.

Оценочный параметр MTBF показывает величину, обратно пропорциональную скорости отказов. Им определяют способность триггеров поддерживать стабильность рабочих процессов.

Условные обозначения Д триггеров на схеме

Стандарты:

  • Т – триггер;
  • D – информационный вход;
  • C (треугольник) – синхронизация;
  • S и R – входы для принудительного перевода состояния в ноль или единицу.
Условно графическое обозначение (УГО) двух последовательно подключенных триггеров

Условно графическое обозначение (УГО) двух последовательно подключенных триггеров

При работе с цифровыми схемами, кроме основных логических функций, надо учитывать базовые принципы радиотехники. Для поддержания хорошей работоспособности необходимо качественное электропитание. Особое внимание уделяют минимизации паразитных переходных процессов, защите от внешних неблагоприятных воздействий. Уменьшает количество сбоев эффективная защита от электромагнитных помех.

Видео

Триггеры. Принцип работы | HomeElectronics

Всем доброго времени суток! Сегодняшний мой пост посвящён цифровым микросхемам, которые имеют память. Подобно тому, как человек помнит события из своей жизни, так и эти микросхемы могут долго хранить заложенную в них информацию, а когда необходимо выдавать её.

Такими цифровыми микросхемами являются триггеры (англ. – Trigger или Flip-Flop). В отличие от простых логических микросхем, которые называют комбинационными (НЕ, И-НЕ, ИЛИ и другие) и их сигналы на выходе чётко соответствуют сигналам на входе, то триггеры относятся к последовательным или последовательностным микросхемам, уровень выходного напряжения которых, зависит от того в какой последовательности поступали сигналы на вход триггера. С помощью триггеров строят более сложные цифровые микросхемы.

Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.

Сигналы, поступившие на вход триггера, могут храниться только до тех пор, пока на него подается напряжение питания. После каждого включения триггера на его выходах появляются случайные логические уровни напряжения. Триггеры обладают очень высоким быстродействием, сравнимым с задержками при переключении простейших логических элементов, однако объём хранимой информации мал. Один триггер может хранить только один сигнал или бит.

Внутреннее устройство триггера

Не вдаваясь в глубину схемотехники триггера, скажу сразу, что простейший триггер представляет собой схему из двух логических элементов, взаимодействуя между собой с помощью положительной обратной связи, которая обеспечивает нахождения выходов триггера в одном их двух логических состояний неограниченное время.


Триггерная ячейкаТриггерная ячейка
Схема триггерной ячейки на логических элементах (RS триггер).

Схема на рисунке выше представляет простейший триггер (или триггерная ячейка), который имеет два входа и два выхода. Входы триггера реагируют на низкий логический уровень: вход R – сброс (англ. Reset – сброс) и вход S – установка (англ. Set – установка), выходы: прямой Q (англ. Quit – выход) и инверсный –Q.

Как говорилось выше, входы триггера R и S реагируют на низкий логический уровень и сигналы на них должны поступать с некоторой разницей во времени. Опишем работу данной схемы. Когда на обоих входах триггера присутствует низкий логический уровень, то это никак не отразится на уровне напряжения на выходах. Когда на вход S поступит сигнал лог. 1, то на выходах Q будет лог. 0, а на –Q – лог. 1. Если теперь на вход R триггера поступит лог. 1, то выходные сигналы не изменятся. И наконец если изменить уровень сигнала на входе S с высокого на низкий уровень, то на выходе триггера Q будет лог. 1, а на –Q – лог. 0. Таким образом, для данной триггерной ячейки можно составить таблицу истинности.

Таблица истинности триггерной ячейки (RS триггер).
ВходыВыходы
RSQ-Q
00Не определено
0101
11Без изменений
1010

Схемы с такой таблицей истинности называются RS триггерами. RS триггеры служат основой для многих динамических устройств: делители частоты, счётчики, регистры. Кроме вышеописанного RS триггера существует ещё несколько типов триггеров, которые отличаются методом управления, входными и выходными сигналами. Все современные триггеры объединены в серии цифровых микросхем:

  • RS триггеры – самый простой и редко используемый триггер, имеет обозначение ТР;
  • JK триггер – имеет сложное управление, обозначение ТВ;
  • D триггер – самый распространённый и имеет сложность среднюю, обозначение ТМ;

RS триггеры

Рассмотрим принцип работы RS триггера возьмём микросхему К555ТР2.


RS триггерRS триггер
Обозначение RS триггера К555ТР2

Данная микросхема имеет 4 RS триггера, два из которых имеют по одному R входу и одному S входу, а два других – по одному R входу и по два S входа, объединенных по функции И. Все 4 RS триггера данной микросхемы имеют по одному прямому выходу. Принцип работы данных триггеров не отличатся от триггерной ячейки описанной выше. Импульс с низким уровнем на входе триггера R приводит состояние выхода к низкому уровню, а импульс с низким логическим уровнем на входе триггера S – состояние выхода в высоком логическом уровне. В случае появления одновременных сигналов на входах триггера переводит его выход в состояние лог. 1, а после окончания импульсов в одно из устойчивых состояний.

JK триггер

Микросхема типа К555ТВ9, является представителем семейства JK триггеров, который имеет следующий принцип работы.


JK триггераJK триггера
Обозначение JK триггера К555ТВ9.

Микросхема К555ТВ9 содержит два JK триггера. Триггеры данного типа сложнее по устройству и по управлению по сравнению с RS триггером. В дополнение к стандартным входам R и S, которые работают аналогично с RS триггером, в JK триггере имеются информационные входа J и K, а также вход синхронизации С.

Таблица истинности JK триггера.
ВходыВыходы
-S-RCJKQ-Q
01ХХХ10
10ХХХ01
00ХХХНе определено
111→01010
111→00101
111→000Не изменяется
111→011Меняется на
противоположное
111ХХНе изменяется
110ХХНе изменяется
110→1ХХНе изменяется

Принцип работы JK триггера следующий. Вход R триггера служит для перевода прямого выхода в лог.1, а вход S триггера – в состояние лог.0. Вход С (англ. Clock – часы)служит для тактирования JK триггера, то есть все изменения выходов происходят только когда на входе С сигнал изменяется с высокого уровня на низкий. Информационные входа J (англ. Jump – прыжок) и К (англ. Kill – убить) работают следующим образом: если на J лог.1 и на К лог.0, то по импульсу со входа С на Q будет лог.1 и на –Q будет лог.0. Для изменения уровня сигнала на выходах на противоположные необходимо на J подать лог.0, а на К лог.1, тогда по импульсу на входе С состояние выходов измениться.

D триггер

D триггер является самым используемым, а по управлению он занимает промежуточное положение между RS триггером и JK триггером. Представителем D триггеров является микросхема К555ТМ2.


D триггерD триггер
Обозначение D триггера микросхемы К555ТМ2

В составе данной микросхемы содержится два D триггера, которые имеют два входа сброса и установки R и C, информационный вход D (англ. Dalay – задержка) триггера и один тактируемый вход С триггера, а также два выхода: прямой Q и инверсный –Q. Как и все триггеры, у которых имеется тактируемый вход С, принцип работы D триггера основан на переключении уровней напряжений на выходе триггера только стробированием по входу С. Таким образом можно составить таблицу истинности D триггера.


Таблица истинности D триггера
ВходыВыходы
-S-RCDQ-Q
01XX10
10XX01
00XXНе определено
110→1001
110→1110
110ХНе меняется
111ХНе меняется
111→0ХНе меняется

D триггер является наиболее универсальным потому, что данным триггером можно заменить все остальные RS триггеры и JK триггеры. Для замены RS триггера необходимо просто не использовать входы D и C входы D триггера, а относительно JK триггера, то для большинства схем одной пары входов вполне достаточно. Ниже приведены схемы замены триггеров


замены D триггеромзамены D триггером
Схема замены D триггером: RS триггера (слева) и JK триггера в счётном режиме (справа).

Теория это хорошо, но без практического применения это просто слова.Здесь можно всё сделать своими руками.

D-триггер с работой по уровню (защелка) и по фронту - Help for engineer

D-триггер с работой по уровню (защелка) и по фронту

D-триггер получил название от английского слова «delay» - задержка, которая реализуется подачей сигналов на вход синхронизации. В раннее рассмотренном RS-триггере было два входных сигнала, но для передачи двоичного кода достаточно одного входа с разными уровнями напряжения: высокий (1) и низкий (0). На два входа нельзя было подавать единицу одновременно, поэтому в D триггере эти входы объединены с помощью инвертора (рисунок 1 а), что исключает возможность возникновения запрещенного состояния.

Рисунок 1 – а) усовершенствованная схема RS-триггера б) графическое изображение D-триггера

Триггер D может работать по уровню сигнала, он еще называется защелка. В таком устройстве нужно ограничивать длительность синхронизирующего сигнала, потому что пока синхросигнал подается - переходной процесс со входа поступает на выход.

Схема зещелки собранная на логических элементах 2ИЛИ-НЕ (синий провод – логический ноль, красный – единица):

Временная диаграмма работы:


Триггер-защелка включается в работу только по синхросигналу. Когда на С логический ноль, то выход Q хранит прошлое записанное в него состояние, при этом уровень напряжения на входе D никак не может на него повлиять. Если подать «1» на вход синхронизации, то устройство будет работать в режиме «прозрачности» - выходной сигнал мгновенно повторяет сигнал входа. Но при отключении синхросигнала в памяти триггера останется последнее состояние входа и именно оно будет на Q. То есть получается «защелкнутый входной сигнал».

Исходя из описанного принципа работы, составим таблицу истинности:

Х означает, что состояние не имеет значения, иногда обозначают, как «тильда»

D-триггер, работающий по фронту, не требует контроля длительности синхронизирующего (тактового) сигнала, потому что фронт сигнала С проходит практически мгновенно (не может длиться продолжительное время). Триггер, который будет запоминать информацию лишь по фронту синхросигнала, можно построить из двух D-триггеров, тактовый сигнал на которые будет подаваться в противофазе:

Соответственно, схему на логических элементах можно сконструировать с помощью четырех ИЛИ-НЕ и одного инверсного блока:

На рисунке 2 (анимации) в правом верхнем углу для упрощения восприятия, на первом кадре написана цифра «1». Начиная рассматривать с этого кадра, будет проще проследить принцип работы (синий цвет – «0», красный – «1»).


Временная диаграмма Д-триггера, работающего по фронту

Рассмотрим принцип работы. Q’ – выход первого триггера, Q – второго. Так как тактовый сигнал на первый и второй вход подаются инверсировано, то когда один находится в режиме хранения, другой пропускает информацию со входа на выход. По диаграмме видно, что значение на выходе триггера Q изменится только по спадающему фронту синхронизирующего (тактового) сигнала С. То есть значение на Q будет соответствовать величине напряжения на входе D в момент изменения синхросигнала с 1 на 0.

Так как данное устройство состоит из двух более простых устройств, то условное его обозначение следующее:

Где ТТ означает наличие в строении двух простых триггеров, а «треугольник» около входа С – работу триггера по фронту сигнала.

Недостаточно прав для комментирования

D-триггер: принцип работы, таблица истинности

Триггер – элементарное устройство, представляющее собой цифровой автомат с двумя состояниями устойчивости, одному из которых присваивается значение «1», а другому - «0».

По способу реализации логических связей различают следующие виды устройств: T-триггер, D-триггер, JK-триггер, RS-триггеры. Естественно, здесь перечислены наиболее распространенные варианты, но кроме них существуют автоматические устройства и других типов.

В этой статье мы более подробно рассмотрим D-триггер. Упомянутый автомат имеет один-единственный информационный (D) вход, таким образом, он предназначен для реализации функции временной задержки.

D-триггер

Принцип работы

Характеристическое уравнение Q(t+1)=Dt описывает функционирование такого типа устройства, как D-триггер. Таблица истинности (таблица переходов) для данного цифрового автомата приведена ниже.

Как видим, в первой и четвертой строке значения сигналов Q в моменты времени t и t+1 совпадают. То есть D-триггер является элементом задержки сигнала. В результате рассматриваемые приборы асинхронного типа не нашли своего применения, так как на выходе будет повторяться входной сигнал с небольшой временной задержкой.

D-триггер синхронного типа строится из одноуровневых (одноступенчатых) и двухуровневых (двухступенчатых) RS-устройств такого же типа. Упомянутые автоматы функционируют согласно таблице переходов.

D-триггер, таблица истинности

Одноступенчатый D-триггер может быть выполнен из одноуровневого синхронного RS-устройства и одного элемента И-НЕ1, который соединяет в единый информационный (D) вход оба инверсных входа D-триггера.

При поступлении логического нуля на синхронизирующий вход автомат типа RS заблокирован уровнем логической единицы с выходов элементов И-НЕ2 и И-НЕ3. При смене сигнала синхронизации уровень, поданный на информационный вход, создаст логический нуль либо на входе S (при D=1), либо на входе R (при D=0) асинхронного триггера Т. Он переключится в состояние, соответствующее логическому уровню D. Одноступенчатый триггер D-типа задерживает распространение входного на время паузы между синхронизирующими сигналами.

D-триггер с динамическим управлением. Описание работы, функциональная схема

Автоматическое устройство такого вида конструируется из трех RS-триггеров асинхронного типа. Они построены на элементах И-НЕ, при этом два из них выполняют коммутирующую функцию, а третий является выходным. Выходные сигналы коммутирующих триггеров предназначены для управления выходным триггером.

D-триггер с динамическим управлением

При уровне сигнала С, равного логическому нулю, на входы выходного триггера поступает нейтральная для него комбинация сигналов, и он переключается в режим хранения. При изменении информационного сигнала коммутирующие триггеры переходят в режим ожидания, и как только поступает сигнал логической единице на разрешающий вход триггера С, выходной автомат устанавливается в новое состояние, которое соответствует информационному сигналу на D-входе в предыдущем такте.

В случае если изменение уровня информационного сигнала пройдет в период установки выходного триггера, тогда коммутирующие устройства сигнал не пропустят. Получается, что цель коммутирующих триггеров заключается в приеме информационных сигналов, передаче их на вход выходного прибора в момент перемены сигнала на управляющем входе С от логического нуля к логической единице и самоблокировки от воздействия сигнала на информационном входе.

схема и принцип работы :: SYL.ru

При работе со схемами, которые должны монтироваться в различные электронные приборы или продукты любительской радиоинженерии, для решения поставленных задач и достижения целей нередко используется D-триггер. Но перед тем как использовать эту деталь, необходимо хорошо разобраться в специфике работы устройства. Приступим.

Что такое D-триггер?

D триггерПод этим названием понимают целый класс электронных устройств, которые обладают способностью на протяжении длительного времени находиться в одном из двух устойчивых состояний, а при подаче сигналов управления – менять его. D-триггер – это такая составляющая схем, которая позволяет организовывать задержки выполнения. Они имеют, как правило, два входа.

Принцип работы триггера

D триггер схемаПеред тем как приступать к рассказу о применении этого устройства, необходимо объяснить, как работает D-триггер. Принцип работы такой: когда приходит импульс синхронизации на вход С, то устройство начинает активно работать. Информация, полученная им, сохранится даже после прекращения подачи импульсов и десинхронизации сигнала, приходящего на порт С. Поскольку информация будет сохраняться до прихода ещё одного импульса, который всё поменяет, то второе название, полученное этим устройством – триггер с запоминанием информации. Организовать работу модели D можно с любых (теоретически) моделей JK или RS, если к ним подавать взаимно инверсные сигналы, причем подавать одновременно.

Схематическое построение D-триггеров

счетчик на D триггерахЕсли опытный человек посмотрит на схему этого типа устройств, то он может заметить натренированным глазом, что она состоит из двух (как правило) усилительных каскадов. Выходы на каждом из них подключены ко входу остальных через резисторы. Подбираются они так, чтобы тот каскад, у которого открыт транзистор, уверенно запирал другой. Можно провести интересный эксперимент: при подаче напряжения на триггер внутри него каскады начнут «бороться» между собой, чтобы закрыть друг друга.

Схематически это устройство можно узнать на схемах по таким особенностям:

  1. Наличие двух входов. Один из них устанавливает логическую единицу. Второй - логический ноль.
  2. Также есть два выхода.

С помощью одного из входов (тактового) можно провести общую синхронизацию триггера относительно остальных элементов схемы. Импульс, который поступает на другой вход, меняет положение устройства, но только в том случае, если на тактовом входе была перед этим установлена логическая единица. Вот так описательно выглядит D-триггер. Схема, точнее, фотография схемы представлена в статье.

Физические реализации триггерных систем

синхронный D триггерВ подзаголовке говорится о «триггерных системах» из-за того, что сами по себе эти устройства мало чего стоят. Но если необходимо сделать временную задержку перед выполнением или во время процедуры – их весьма сложно заменить. Также тот факт, что D-триггер может запросто длительное время работать без дополнительной настройки, позволяет его сделать очень ценным элементом любых схем, где необходима временная задержка. Для радиолюбителей они стали настоящим спасением при конструировании автоматических роботизированных станков, ведь эти элементы позволяют сделать временную задержку, необходимую для того, чтобы в рабочую область подать материал или деталь.

Синхронные и асинхронные триггеры: в чем разница?

динамический D триггерСинхронные устройства имеют только логические (или по-другому – информационные) входы. Асинхронные механизмы срабатывают сразу, как только получили сигнал. Они не ждут, пока пройдёт временная задержка в тех элементах, которые образуют триггер. Асинхронный D-триггер не работает как устройство в обычном понимании. Благодаря этому он имеет один несомненный плюс: всегда, когда подаётся сигнал на вход, этот логический элемент сразу меняет значение выхода, а не ждёт определённой тактовой частоты. Для тех, кто умеет создавать близкие к идеальным схемы, триггеры будут весьма полезны.

Синхронные имеют не только информационные входы, у них также есть отдельный вход для подачи тактового сигнала. И именно к ним относится D-триггер. Он состоит из комбинационных схем (КС) и элементов памяти (ЭП). Из-за того что при наличии тактового сигнала вся работа ориентируется на один такт, триггеры и разделили на синхронные и асинхронные устройства. Но конструктивная разница на этом не исчерпывается. Так, именно благодаря тактовому сигналу, его воздействию, можно полностью исключать из внимания переходные процессы, что позволяет, в свою очередь, облегчить работу с электроникой. Именно поэтому синхронный D-триггер является более популярным и используемым на практике. Даже пример, который был приведён в начале статьи, подразумевал его использование.

Динамические и статические триггеры

асинхронный D триггерДинамические устройства представляют собой систему, одно состояние которой (логическая единица) характеризуется наличием на выходе непрерывающейся последовательности импульсов, имеющих определённую частоту. При втором состоянии (логический ноль) отсутствуют выходные импульсы. Изменение состояний проводится с помощью подачи внешнего импульса. Динамический D-триггер из-за необходимости подачи энергии нашел довольно слабое распространение.

Статистическими триггерами называют устройства, каждое состояние которых можно характеризовать неизменным уровнем выходного напряжения (можно в учебной литературе встретить фразу «выходными потенциалами»). Для высокого состояние оно будет близким к напряжению питания, для низкого будет сремиться к нулю. Благодаря такому способу представления выходных данных статистические триггеры часто называют потенциальными. Они делятся на две подгруппы, которые различаются по своему практическому значению для любителей электроники:

  1. Несимметрические.
  2. Симметрические.

Своим названием подгруппы обязаны способам организации электрических связей между составляющими элементами схемы. Так, в симметрических триггерах при рассмотрении схемы можно заметить симметрию расположения элементов. В несимметрических устройствах она не наблюдается.

Использование триггеров

Основная задача, которая решается с помощью таких устройств - с их помощью создается счетчик на D-триггерах. Они отличаются стабильностью своей работы и эффективностью контроля временных функций. Применение D-триггер нашел в промышленном оборудовании, а также в самодельных автоматизированных комплексах, которые работают с применением временных задержек. Хотя могут они использоваться и в других случаях, такая практика не является распространенной, и существует исключительно в целях утоления любопытства конструкторов. Так, создавать регистр на D-триггерах не очень практично, но благодаря дешевизне устройства такая практика довольно распространена.

Принцип действия

, таблица истинности

Триггер - это элементарное устройство, представляющее собой цифровую машину с двумя состояниями стабильности, одному из которых присвоено значение «1», а другому - «0».

По способу реализации логических соединений можно выделить следующие типы устройств: T-триггер, D триггер, JK триггер, RS триггеры. Естественно, здесь перечислены наиболее распространенные варианты, но помимо них есть автоматы других типов.

В этой статье мы рассмотрим более подробно D-триггер.Машина имеет один информационный вход (D), поэтому она предназначена для реализации функции временной задержки.

Принцип действия

Характеристическое уравнение Q ( t + 1 ) = Dt описывает работу устройства этого типа, такого как D-триггер. Таблица истинности (таблица переходов) для этой цифровой машины показана ниже.

Как видите, в первой и четвертой строках значения сигналов Q в моменты времени t и t + 1 совпадают. То есть D-триггер является элементом задержки сигнала.В результате рассмотренные устройства асинхронного типа не нашли своего применения, поскольку вывод будет повторяться с входным сигналом с небольшой задержкой по времени.

D-триггер синхронного типа построен из одноуровневых (однокаскадных) и двухуровневых (двухступенчатых) RS-устройств одного типа. Упомянутые автоматы функционируют согласно таблице переходов.

Одноступенчатый D-триггер может быть выполнен с одноуровневого синхронного RS-устройства и одного элемента AND-HE1, который соединяет оба обратных входа D-триггера с одним информационным (D) входом.

Когда логический ноль поступает на синхронизирующий вход, автомат типа RS блокируется уровнем логического блока с выходов элементов NAND 2 и NAND 3 . При изменении уровня сигнала синхронизации (при D = 1) или на входе R (для D = 0) асинхронного триггера T. Он переключится в состояние, соответствующее логическому уровню D. Одноступенчатый D-тип триггер задерживает распространение сигнала на время паузы между синхронизирующими сигналами.

D-триггер с динамическим управлением. Описание работы, функциональная схема

Автомат такого типа построен из трех RS-триггеров асинхронного типа. Они построены на элементах NAND, причем два из них выполняют функцию коммутации, а третий выводится. Выходные сигналы переключающих триггеров предназначены для управления выходным триггером.

При уровне сигнала C, равном логическому нулю, входы триггера выхода получают нейтральную комбинацию сигналов и переключаются в режим хранения.Когда информационный сигнал изменяется, переключающие триггеры переходят в режим ожидания, и как только сигнал на логическое устройство поступает на вход разрешения триггера C, выходной автомат устанавливается в новое состояние, соответствующее информационному сигналу. на входе D в предыдущем тактовом цикле.

В случае, если изменение уровня информационного сигнала пройдет во время настройки триггера выхода, переключающие устройства не пропустят сигнал. Оказывается, целью переключения триггеров является прием информационных сигналов, передача их на вход устройства вывода в момент изменения сигнала на управляющем входе С с логического нуля на логическую единицу и самоблокировка от действия сигнала на вводе информации.

р> ,

Что такое триггер Шмитта | Как это работает

В этом уроке мы узнаем, что такое триггер Шмитта и как он работает. Вы можете посмотреть следующее видео или прочитать написанную ниже статью.


Триггер Шмитта - это тип логического входа, который обеспечивает гистерезис или два различных пороговых уровня напряжения для нарастающего и падающего фронта. Это полезно, потому что это может избежать ошибок, когда у нас есть шумные входные сигналы, из которых мы хотим получить прямоугольные сигналы.

Schmitt-Trigger-Symbol

Так, например, если у нас есть шумный входной сигнал, подобный этому, который должен иметь 2 импульса, устройство, имеющее только одну уставку или порог, может получить неправильный вход и может зарегистрировать более два импульса, как показано на этом рисунке. И если мы используем триггер Шмитта для одного и того же входного сигнала, мы получим правильный ввод двух импульсов из-за двух разных порогов. Так что это основная функция триггера Шмитта - преобразовывать шумовые квадратные волны, синусоидальные волны или медленные входные сигналы в чистые квадратные волны.

Input-Signals


Есть много логических ИС, которые имеют встроенные триггеры Шмитта на своих входах, но также они могут быть построены с использованием транзисторов или проще с использованием операционного усилителя или компаратора и просто добавив к нему несколько резисторов и положительную обратную связь ,

Types-of-Schmitt-Triggers


Здесь у нас есть операционный усилитель, инвертирующий вход которого подключен к земле или нулевому напряжению, а неинвертирующий вход подключен к входу напряжения, V IN . Так что это на самом деле компаратор и сравнивает неинвертирующий вход с инвертирующим входом или в этом случае входное напряжение V В с 0 В.Поэтому, если значение V IN ниже 0 вольт, выход компаратора будет отрицательным V CC , а если входное напряжение выше 0 вольт, выход будет положительным V CC .

Comparator

Теперь, если мы добавим положительную обратную связь, подключив выходное напряжение к неинвертирующему входу с резистором между ними и другим резистором между V IN и неинвертирующим входом, мы получим триггер Шмитта. Теперь выход переключится с V CC - на V CC +, когда напряжение на узле A превысит 0 вольт.

Op-Amp-Schmitt-Trigger

Это означает, что теперь, регулируя значения резисторов, мы можем установить, на каком значении входа V IN произойдет переключение, используя следующие уравнения. Мы получаем эти уравнения со следующими соотношениями. Ток «i» через эту линию равен V IN - V A , деленному на R 1 , а также V A - V OUT , деленному на R 2 . Поэтому, если мы заменим V A на ноль, так как нам нужно это значение для переключения, мы получим это окончательное уравнение.Например, если выходное напряжение составляет -12 В, а входное напряжение V IN является отрицательным и увеличивается, переключение с -12 В на +12 В будет происходить при 6 В в соответствии с уравнением и значениями резисторов, и наоборот, когда вход V IN высокий и отклоняется, и переключение с +12 В на -12 В будет происходить при -6 Вольт.

Op-Amp-Schmitt-Trigger,-Equations-and-Diagram


Чтобы получить два разных несимметричных порога, мы можем использовать эту схему инвертирующего триггера Шмитта с одним питанием. Здесь напряжение V REF такое же, как у V CC операционного усилителя.Теперь, поскольку вход V IN подключен к инвертирующему входу операционного усилителя, когда его значения достигнут верхнего порога, выход отключится до 0 вольт, а затем, когда его значения снизятся до нижнего порога, выход включится до 5 вольт.

Non Symmetrical Schmitt Trigger

Вот пример того, как мы можем рассчитать пороговые значения. V REF и V CC будут 5 Вольт, а три резистора будут одинаковыми 10 кОм. Теперь нам нужно рассчитать напряжение на узле А.В первом случае, когда выходной сигнал равен 0 В, наша схема будет выглядеть следующим образом: простой делитель напряжения и значение V A будет равно 1,66 В. Это означает, что вход V IN должен снизиться ниже этого значения. Для того чтобы на выходе включить до 5 вольт. Теперь с этими 5 вольт на выходе схема будет выглядеть следующим образом. Значение V A будет равно 3,33 В. Это означает, что вход V IN должен подняться выше этого значения, чтобы выход отключился до 0 Вольт.

Voltage-Divider-Equations-02


Мы также можем создать триггер Шмитта с использованием транзисторов. Вы можете узнать, как работает триггер Транзистора Шмитта, из моего следующего урока. Нажмите здесь, чтобы посетить его.

Transistor-Schmitt-Trigger Transistor-Schmitt-Trigger.
Что такое триггер Шмитта, как он работает и какие области применения

Что такое триггер Шмитта?

Триггер Шмитта - это схема компаратора (не только), которая использует положительную обратную связь (небольшие изменения на входе приводят к большим изменениям на выходе в той же фазе) для реализации гистерезиса (причудливое слово для отложенного действия) и используется для удаления шума из аналогового сигнала при преобразовании его в цифровой.

INVERTING AND NONINVERTING SCHMITT TRIGGERS USING LM193 ИНВЕРТИРОВАНИЕ И НЕИНВЕРТИРОВАНИЕ ТРИГГЕРОВ ШМИТТА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ LM193 (LM393 RELATIVE)

Он был изобретен еще в 1937 году Отто Х.Шмитт (чье наследие несколько преуменьшено) назвал его «термоэлектронным триггером».

Почему триггеры Шмитта?

Компараторы по своей природе очень быстрые, так как им не хватает компенсирующего конденсатора, который есть у их двоюродных братьев ОУ. Компараторы не ограничены скоростью нарастания выходного сигнала, а время перехода составляет порядка наносекунд. Компараторы также имеют особенно чувствительные входы из-за их очень высокого усиления - даже незначительные изменения на входе могут вызвать мгновенное изменение состояния на выходе.

Эта проблема усугубляется, когда дифференциальные входные сигналы достигают мертвой зоны, то есть минимального входного дифференциального напряжения, необходимого для поддержания стабильного выхода. В этом узком диапазоне компаратор понятия не имеет, что делать с его выходом, что приводит к так называемой моторной лодке, которая является колеблющимся выходом. Эта проблема также возникает с сигналами, которые имеют медленное время перехода - входной сигнал проводит достаточно времени в мертвой зоне (со ссылкой на опорное напряжение, конечно), чтобы создать несколько переходов вывода, как показано на рисунке, приведенном ниже.

НЕСКОЛЬКО ВЫХОДНЫХ ПЕРЕХОДОВ БЕЗ ГИСТЕРЕЗИСА (СИНИЙ ВХОД, ЖЕЛТЫЙ ВЫХОД)

Если вы внимательно заметите, входной сигнал меняется в зависимости от размаха на выходе, и на шине питания много шума (как видно на выходе через подтягивающий резистор), что является результатом плохой развязки!

Если бы к выходу была подключена какая-либо логика (что в большинстве случаев верно), она обнаружила бы множественные переходы и вызывала бы хаос - триггеры переключались бы несколько раз, возможно, вызывая что-то важное для сброса.

Это можно исправить с помощью гистерезиса - в этом случае с добавлением одного резистора между инвертирующей клеммой (которая в данном случае является эталонной) и выходом. Разница отмечена, опять же из рисунка.

ЧИСТЫЙ ПЕРЕХОД С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ HYSTERISIS

Опять же, обратите внимание на нестабильный источник опорного напряжения.

Как работает триггер Шмитта?

Триггер Шмитта использует положительной обратной связи - он берет выборку выходного сигнала и передает его обратно на вход, чтобы, так сказать, «усилить» выходной сигнал, который является полной противоположностью отрицательной обратной связи , который пытается аннулировать любые изменения на выходе.

Это усиливающее свойство полезно - оно заставляет компаратор определять состояние требуемого выхода и заставляет его оставаться там даже в пределах обычно мертвой зоны.

Рассмотрим эту простую схему:

INVERTING COMPARATOR WITH HYSTERESIS ИНВАРТАТОР-КОМПАРАТОР С ГИСТЕРЕЗИСОМ

Предположим, что входное напряжение ниже, чем опорное напряжение на неинвертирующим штифтом и выходной сигнал поэтому высока.

В * - эталонное входное напряжение, которое создает фиксированное смещение на неинвертирующем входе.Поскольку выход высок через резистор нагрузочного, это создает путь тока через резистор обратной связи, слегка увеличивая опорное напряжение.

Когда вход поднимается выше опорного напряжения, выход переходит на низкий уровень. Как правило, это не должно влиять на опорное напряжение в любом случае, но так как есть резистор обратной связи, опорное напряжение падает немного ниже номинального значения, так как обратная связь и нижний опорный резистор теперь параллельно по отношению к земле (с низким выходом замыкает эту клемму резистора на землю).Так как не опорное напряжение понижается, нет никаких шансов на небольшое изменение входного вызывает множественные переходы - другими словами, нет больше мертвая зона.

Чтобы выходной сигнал стал высоким, вход должен пересечь новый нижний порог. После пересечения выходной сигнал становится высоким, и схема «сбрасывается» в исходную конфигурацию. Вход должен пересечь порог только один раз, что приведет к единственному чистому переходу. Схема теперь имеет два эффективных порога или состояния - она ​​бистабильная.

Это можно обобщить в виде графика:

HYSTERESIS CURVE ГИСТЕРЕЗИСНАЯ КРИВАЯ

Это можно понять в обычном смысле: ось x является входом, а ось y является выходом. Прослеживая линию от x до y, мы обнаруживаем, что после пересечения нижнего порога гистерезис становится высоким, и наоборот.

Работа неинвертирующего компаратора аналогична - выход снова изменяет конфигурацию сети резисторов, чтобы изменить порог, чтобы предотвратить нежелательные колебания или шум.

Применение триггеров Шмитта

Триггеры Шмитта

находят широкое применение в основном в качестве логических входов. Опять же, нехорошо иметь единый логический порог, в случае шумных или медленных сигналов может возникнуть несколько выходных переходов. Читая таблицу данных любого логического чипа, вы обнаружите, что указаны два порога - один для нарастающего фронта и один для падающего фронта - это свидетельствует о входном действии Шмитта.

Иногда логические элементы рисуются с небольшим символом «молнии» внутри, это стилизованная кривая гистерезиса, указывающая, что устройство имеет триггерные входы Шмитта.

1.Простые генераторы

Наличие двух пороговых значений дает триггерам Шмитта способность 555 действовать как предсказуемые осцилляторы.

ПРОСТОЙ ШМИТТ ТРИГГЕР ОСЦИЛЛЯТОР

Предположим, что конденсатор изначально не заряжен.

Гейт обнаруживает это как низкий уровень на входе и устанавливает высокий уровень на выходе, так как это инвертирующий элемент. Конденсатор начинает заряжаться через резистор R. Как только верхний порог достигнут, затвор переходит на низкий уровень, разряжая конденсатор до нижнего порога, обеспечивая предсказуемую выходную частоту.

Выражение для частоты может быть получено с небольшим математическим жонглированием:

Где R и C - это сопротивление и емкость, V T + - это верхний порог, V T - это нижний порог, а V DD - это напряжение питания. Обратите внимание на символ «примерно равно».

2. Отключение коммутатора

Механические переключатели в качестве логических входов не совсем лучшая идея. Контакты переключателя имеют тенденцию быть несколько пружинящими, вызывая много нежелательного джиттера, который снова может вызывать множественные переходы и глюки дальше по линии.

Использование триггера Шмитта с простой RC-цепью может помочь решить эти проблемы.

SCHMITT TRIGGER SWITCH DEBOUNCER SCHMITT TRIGGER SWITCH DEBOUNCER

При нажатии на выключатель он разряжает конденсатор и на мгновение заставляет выходной сигнал повышаться до тех пор, пока конденсатор снова не зарядится, создавая чистый импульс на выходе.

Где я могу найти триггеры Шмитта?

Триггеры Шмитта в логическом мире более известны как буферы или инверторы, но будьте осторожны, не все шлюзы являются триггерами Шмитта.Как и вся логика, они доступны в виде DIP или SMD, с несколькими воротами в одном пакете. Хорошим примером является 74HC04, который представляет собой шестнадцатеричный инвертор с триггерными входами Шмитта.

Конечно, другие логические вентили, такие как четырехстороннее И вентиль 4081, также имеют входы Шмитта.

Заключение

Триггеры Шмитта

полезны, когда речь идет о зашумленных сигналах - они убирают шум и предотвращают нежелательные множественные переходы и колебания.

Как работают бесщеточный двигатель и ESC

В этом уроке мы узнаем, как работают бесщеточный двигатель и ESC. Эта статья является первой частью следующего видео, где мы изучим принцип работы бесщеточного двигателя постоянного тока и ESC (Electronic Speed ​​Controller), а во второй части мы узнаем, как управлять двигателем BLDC с помощью Arduino.

Принцип работы


Двигатель BLDC состоит из двух основных частей: статора и ротора.Для этой иллюстрации ротор представляет собой постоянный магнит с двумя полюсами, а статор состоит из катушек, расположенных, как показано на рисунке ниже.

Brushless motor main parts - a stator and a rotor

Все мы знаем, что если мы подадим ток через катушку, он создаст магнитное поле, а линии магнитного поля или полюса зависят от направления тока.

Magnetic field generated by current running through a coil

Таким образом, если мы подадим соответствующий ток, катушка создаст магнитное поле, которое привлечет постоянный магнит ротора.Теперь, если мы активируем каждую катушку одну за другой, ротор будет продолжать вращаться из-за силового взаимодействия между перманентом и электромагнитом.

Force interaction between permanent and electromagnet in BLDC Motor

Чтобы повысить эффективность двигателя, мы можем намотать две противоположные катушки как одну катушку таким образом, чтобы генерировать противоположные полюса к полюсам роторов, таким образом, мы получим двойную силу притяжения.

Brushless motor coils electromagnets force interaction

С помощью этой конфигурации мы можем генерировать шесть полюсов на статоре всего с тремя катушками или фазой.Мы можем еще больше повысить эффективность, запитав две катушки одновременно. Таким образом, одна катушка будет притягивать, а другая катушка будет отталкивать ротор.

BLDC motor working principle

Чтобы ротор совершил полный 360-градусный цикл, ему нужно шесть шагов или интервалов.

BLDC Motor current waveform

Если мы посмотрим на текущую форму волны, мы можем заметить, что в каждом интервале есть одна фаза с положительным током, одна фаза с отрицательным током и третья фаза выключена. Это дает представление о том, что мы можем соединить свободные конечные точки каждой из трех фаз вместе, и поэтому мы можем разделить ток между ними или использовать один ток для одновременного возбуждения двух фаз.

BLDC Motor current waveform

Вот пример. Если мы поднимаем фазу A High или подключаем его к положительному напряжению постоянного тока, с помощью какого-то переключателя, например, MOSFET, а с другой стороны, подключаем фазу B к земле, тогда ток будет течь от VCC через фаза А, нейтральная точка и фаза В, на землю. Таким образом, с помощью всего лишь одного потока тока мы создали четыре разных полюса, которые приводят ротор в движение.

Generating 4 magnetic poles with just a single current flow - Brushless motor working principle

В этой конфигурации мы фактически имеем соединение звездой фаз двигателя, где нейтральная точка соединена внутри, а остальные три конца фаз выходят из двигателя, и поэтому у бесщеточного двигателя есть три провода, выходящие из Это.

Brushless motor star connection

Итак, чтобы ротор совершил полный цикл, нам просто нужно активировать два правильных МОП-транзистора в каждом из 6 интервалов, и это то, чем на самом деле являются ESC.

Brushless motor star connection

Как работает шаговый двигатель

В этом руководстве вы узнаете, как работает шаговый двигатель. Мы рассмотрим основные принципы работы шаговых двигателей, их режимов движения и…

ESC или электронный регулятор скорости контролируют движение или скорость бесщеточного двигателя, активируя соответствующие полевые МОП-транзисторы для создания вращающегося магнитного поля, так что двигатель вращается.Чем выше частота или чем быстрее ESC пройдет через 6 интервалов, тем выше будет скорость двигателя.

How does an ESC Work - Electronic Speed Controller

Однако здесь возникает важный вопрос, и вот как мы узнаем, когда активировать какую фазу. Ответ заключается в том, что нам нужно знать положение ротора, и для определения положения ротора используются два распространенных метода.

Первый распространенный метод заключается в использовании встроенных в статор датчиков Холла, расположенных на 120 или 60 градусов друг от друга.

Brushless motor rotor position using Hall-effect sensors

По мере вращения постоянных магнитов роторов датчики Холла обнаруживают магнитное поле и генерируют логическую «высокую» для одного магнитного полюса или логическую «низкую» для противоположного полюса. Согласно этой информации ESC знает, когда активировать следующую последовательность коммутации или интервал.

Второй общий метод, используемый для определения положения ротора, заключается в измерении обратной электродвижущей силы или обратной ЭДС. Обратная ЭДС возникает в результате совершенно противоположного процесса генерации магнитного поля или когда движущееся или изменяющееся магнитное поле проходит через катушку, оно индуцирует ток в катушке.

Back EMF in Brushless motor

Таким образом, когда движущееся магнитное поле ротора проходит через свободную катушку или неактивное, оно будет вызывать протекание тока в катушке и, как следствие, падение напряжения в этой катушке. ESC фиксирует эти падения напряжения по мере их возникновения и на основании них предсказывает или рассчитывает, когда должен произойти следующий интервал.

Так что это основной принцип работы бесщеточных двигателей постоянного тока и ESC, и он одинаков, даже если мы увеличим количество полюсов как ротора, так и статора.У нас все еще будет трехфазный двигатель, только количество интервалов увеличится, чтобы завершить полный цикл.

Back EMF in Brushless motor

Здесь мы также можем упомянуть, что двигатели BLDC могут быть как опережающими, так и опережающими. Бесщеточный двигатель внутреннего хода имеет постоянные магниты внутри электромагнитов, и наоборот, двигатель внешнего запуска имеет постоянные магниты вне электромагнитов. Опять же, они используют один и тот же принцип работы, и у каждого из них есть свои сильные и слабые стороны.

Inrunner vs outrunner brushless motor

Хорошо, этого достаточно, поэтому давайте покажем и посмотрим в реальной жизни то, что мы объяснили выше.Для этого мы подключим три фазы бесщеточного двигателя к осциллографу. Я подключил 3 резистора в одну точку, чтобы создать виртуальную нейтральную точку, а с другой стороны я подключил их к трем фазам двигателя BLDC.

connecting a brushless motor to an oscilloscope Первое, что мы можем здесь заметить, - это три синусоиды. Эти синусоидальные волны на самом деле являются обратной EFM, генерируемой в фазах, когда они не активны.

BLDC motor Phases and Back EMF displayed on an Oscilloscope

Мы можем видеть, что при изменении частоты вращения двигателя частота синусоидальных колебаний изменяется, а также их амплитуда.Чем выше число оборотов в минуту, тем выше частота и амплитуда синусоидальных волн обратной ЭДС. Тем не менее, двигателем являются именно эти пики, которые являются активными фазами, которые генерируют изменяющееся магнитное поле.

BLDC motor phases activations displayed on a Rigol DS1054Z Oscilloscope

Мы можем заметить, что на каждом интервале присутствуют две активные и одна неактивная фаза. Например, здесь у нас активны фазы A и B, а фаза C неактивна. Тогда у нас активны фазы A и C, а фаза B неактивна и так далее.

Здесь я хотел бы дать привет Banggood.ком за предоставление мне этого осциллографа. Это Rigol DS1054Z, и это один из лучших осциллографов начального уровня по своей цене. Он имеет четыре входных канала, полосу пропускания 50 МГц, которая может быть взломана до 100 МГц, имеет частоту дискретизации 1 ГГц / с и относительно большую глубину памяти 24 Мбит / с.

Rigol DS1054Z SPI and I2C decoding

Дисплей 7 дюймов, и он действительно красивый и яркий. Он имеет различные математические функции, фильтры низких и высоких частот, декодирование SPI и I2C и многое другое. Итак, еще раз, большое спасибо Banggood.com и убедитесь, что вы проверите этот осциллограф в их магазине.

Тем не менее, это основной принцип работы бесщеточного двигателя. Если вам нужны более реальные примеры из жизни и вы научитесь управлять моторами с помощью Arduino, вы должны проверить вторую часть этого урока.

Controlling brushless motor using Arduino and ESC

Я надеюсь, вам понравился этот урок и вы узнали что-то новое. Не стесняйтесь задавать любые вопросы в разделе комментариев ниже и не забудьте проверить мою коллекцию проектов Arduino.

Controlling brushless motor using Arduino and ESC.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о