Digitálna vyrovnávacia pamäť - funkčná, definícia, tabuľka pravdy, dvojitá inverzia, rozostup

Vyrovnávací stupeň je v podstate zosilnený medzistupeň, ktorý umožňuje vstupnému prúdu dosiahnuť výstup bez toho, aby bol ovplyvnený výstupným zaťažením.

V tomto príspevku sa pokúsime pochopiť, čo sú digitálne vyrovnávacie pamäte, a pozrieme sa na ich definíciu, symbol, pravdivostnú tabuľku, dvojitú inverziu pomocou logickej brány „NIE“, digitálny vyrovnávacia pamäť rozdvojka, trojstupňová vyrovnávacia pamäť, ekvivalent přepínání trojstavového zásobníku, Aktívny trojstupňový zásobník „HIGH“, Aktívny trojstupňový zásobník „HIGH“, Aktívny trojstupňový zásobník „LOW“, Aktívny trojstupňový zásobník „LOW“, riadenie trojstupňového zásobníka , riadenie dátovej zbernice trojstupňovej vyrovnávacej pamäte a nakoniec si urobíme prehľad o bežne dostupných integrovaných obvodoch digitálnej vyrovnávacej pamäte a trojstavovej vyrovnávacej pamäte.

V jednom z predchádzajúcich príspevkov sme sa dozvedeli o logickej bráne „NIE“, ktorá sa tiež nazýva digitálny invertor. V bráne NOT je výstup vždy komplementárny so vstupom.

Takže ak je vstup „VYSOKÝ“, výstup sa zmení na „NÍZKY“, ak je vstup „LOW“, výstup sa zmení na „VYSOKÝ“, čo sa nazýva invertor.

Môže nastať situácia, keď bude treba výstup oddeliť alebo izolovať od vstupu, alebo v prípadoch, keď môže byť vstup dosť slabý a je potrebné riadiť záťaže vyžadujúce vyšší prúd bez toho, aby sa pomocou relé alebo tranzistora invertovala polarita signálu. V takýchto situáciách sa digitálne vyrovnávacie pamäte stávajú užitočnými a efektívne sa používajú ako medzipamäte medzi zdrojom signálu a skutočným stupňom budiča záťaže.

Taký logické brány ktoré môžu dodávať výstup signálu rovnako ako vstup a pôsobiť ako medzistupňový stupeň vyrovnávacej pamäte sa nazýva digitálny vyrovnávacia pamäť.

Digitálna vyrovnávacia pamäť nevykonáva žiadnu inverziu privádzaného signálu a nie je to ani „rozhodovacie“ zariadenie, napríklad logická brána „NIE“, ale vydáva rovnaký výstup ako vstup.

Ilustrácia digitálneho bufferu:

Vyššie uvedený symbol je podobný logickej bráne „NIE“ bez „o“ na špičke trojuholníka, čo znamená, že nevykonáva žiadnu inverziu.

Booleova rovnica pre digitálny buffer je Y = A.

„Y“ je vstup a „A“ výstup.

Pravdivostná tabuľka:

Dvojitá inverzia pomocou logických brán „NIE“:

Digitálny buffer je možné zostrojiť pomocou dvoch logických brán „NOT“ nasledujúcim spôsobom:

Vstupný signál je najskôr invertovaný prvou bránou NOT na ľavej strane a invertovaný signál je potom ďalej invertovaný ďalšou bránou „NOT“ na pravej strane, čo robí výstup rovnakým ako vstup.

Prečo sa používajú digitálne vyrovnávacie pamäte

Teraz by ste si mohli poškriabať hlavu, prečo digitálny buffer vôbec existuje, nerobí žiadnu operáciu ako iné logické brány, mohli by sme len vyhodiť digitálny buffer z obvodu a pripojiť kúsok drôtu ... správne? No, ani nie.

Tu je odpoveď : Logická brána nevyžaduje na vykonávanie akýchkoľvek operácií vysoký prúd. Vyžaduje to iba úroveň napätia (5 V alebo 0 V) ​​pri nízkom prúde.

Všetky typy logických hradiel primárne podporujú zabudovaný zosilňovač, takže výstup nezávisí od vstupných signálov. Ak kaskádujeme dve logické brány „NIE“ v sérii, dostaneme rovnakú polaritu signálu ako vstup na výstupnom kolíku, ale s relatívne vyšším prúdom. Inými slovami, digitálny buffer funguje ako digitálny zosilňovač.

Digitálny buffer je možné použiť ako izolačný stupeň medzi fázami generátora signálu a budiacimi stupňami. Pomáha tiež predchádzať tomu, aby impedancia ovplyvňovala jeden obvod od druhého.

Digitálna vyrovnávacia pamäť môže poskytnúť vyššiu prúdovú kapacitu, ktorú je možné použiť na efektívnejšie riadenie spínacích tranzistorov.

Digitálna vyrovnávacia pamäť poskytuje vyššie zosilnenie, ktoré sa nazýva aj funkcia „fan-out“.

Možnosť digitálneho rozvetvenia medzipamäte:

FAN-OUT : Rozdelenie ventilátora je možné definovať ako počet logických brán alebo digitálnych integrovaných obvodov, ktoré je možné paralelne poháňať pomocou digitálneho medzipamäte (alebo akýchkoľvek digitálnych integrovaných obvodov).

Typická digitálna vyrovnávacia pamäť má rozostup 10, čo znamená, že digitálna vyrovnávacia pamäť môže riadiť paralelne 10 digitálnych integrovaných obvodov.

FAN-IN : Fan-in je počet digitálnych vstupov, ktoré môžu byť akceptované digitálnou logickou bránou alebo digitálnym IC.

Na vyššie uvedenej schéme má digitálny buffer fan-in 1, čo znamená jeden vstup. Logická brána „AND“ s „dvoma vstupmi“ má ventilátor dva atď.

Z vyššie uvedenej schémy je vyrovnávacia pamäť pripojená k 3 vstupom troch rôznych logických hradiel.

Ak iba pripojíme kúsok drôtu na miesto vyrovnávacej pamäte vo vyššie uvedenom obvode, vstupný signál nemusí byť s dostatočným prúdom a spôsobí pokles napätia cez brány a nemusí tento signál ani rozpoznať.

Takže na záver sa na zosilnenie digitálneho signálu s vyšším prúdovým výstupom použije digitálna vyrovnávacia pamäť.

Trojstavový nárazník

Teraz vieme, čo robí digitálna vyrovnávacia pamäť a prečo existuje v elektronických obvodoch. Tieto medzipamäte majú dva stavy „VYSOKÝ“ a „NÍZKY“. Existuje ďalší typ medzipamäte, ktorý sa nazýva „trojstavový vyrovnávacia pamäť“.

Táto vyrovnávacia pamäť má ďalší pin s názvom „Povoliť pin“. Pomocou aktivačného kolíka môžeme pripojiť alebo odpojiť výstup od vstupu elektronicky.

Rovnako ako normálna vyrovnávacia pamäť funguje ako digitálny zosilňovač a poskytuje výstupný signál rovnako ako vstupný signál, rozdiel je iba v tom, že výstup je možné elektronicky pripojiť a odpojiť pomocou aktivačného kolíka.

Zavádza sa teda tretí stav, v tomto výstup nie je „VYSOKÝ“ ani „NÍZKÝ“, ale stav otvoreného obvodu alebo vysoká impedancia na výstupe a nebude reagovať na vstupné signály. Tento stav sa označuje ako „HIGH-Z“ alebo „HI-Z“.

Vyššie uvedené je ekvivalentný obvod trojstavového buffera. Aktivačný pin môže pripojiť alebo odpojiť výstup od vstupu.

Existujú štyri typy trojstupňovej vyrovnávacej pamäte:
• Aktívny „HIGH“ trojstavový buffer
• Aktívny trojstupňový vyrovnávací pamäť „LOW“
• Aktívny „HIGH“ invertujúci trojstavový buffer
• Aktívny „LOW“ invertujúci trojstavový buffer
Pozrime sa na každú z nich postupne.

Aktívny trojstupňový buffer „HIGH“

V aktívnom trojstupňovom buffri „HIGH“ (napríklad: 74LS241) sa výstupný pin pripojí k vstupnému kolíku, keď na aktivačný pin použijeme signál „HIGH“ alebo „1“ alebo kladný signál.

Pokiaľ na aktivačný pin použijeme signál „LOW“ alebo „0“ alebo negatívny signál, výstup sa odpojí od vstupu a prepne sa do stavu „HI-Z“, kde výstup nebude na vstup reagovať a výstup bude v stave otvoreného obvodu.

Aktívny trojstavový vyrovnávací pamäť „LOW“

Tu bude výstup pripojený k vstupu, keď na aktivačný pin použijeme signál „LOW“ alebo „0“ alebo negatívny signál.
Ak použijeme „HIGH“ alebo „1“ alebo kladný signál na povolenie kolíka, výstup sa odpojí od vstupu a výstup bude v stave „HI-Z“ / stave otvoreného obvodu.

Tabuľka pravdy:

Aktívny „VYSOKÝ“ invertujúci trojstavový buffer

V aktívnom invertujúcom trojstupňovom zásobníku „HIGH“ (príklad: 74LS240) brána funguje ako logická brána „NIE“, ale s uvoľňovacím pinom.

Ak na vstupe povolení použijeme signál „VYSOKÝ“ alebo „1“ alebo pozitívny signál, brána sa aktivuje a bude pôsobiť ako bežná logická brána „NIE“, kde je jej výstup inverzný / doplnkový.
Ak na uvoľňovací kolík použijeme signál „LOW“ alebo „0“ alebo negatívny signál, výstup bude v stave „HI-Z“ alebo v stave otvoreného obvodu.

Pravdivostná tabuľka:

Aktívny „LOW“ invertujúci trojstavový buffer:

V aktívnom invertujúcom trojstavovom buffri „LOW“ brána funguje ako logická brána „NIE“, ale s uvoľňovacím pinom.

Ak použijeme „LOW“ alebo „0“ alebo záporný signál na uvoľnenie kolíka, brána sa aktivuje a funguje ako bežná logická brána „NIE“.
Ak na aktiváciu pinu použijeme signál „HIGH“ alebo „1“ alebo kladný signál, výstupný pin bude v stave „HI-Z“ / stave otvoreného obvodu.

Tabuľka pravdy:

Tri-state Buffer Control:

Z vyššie uvedeného sme videli, že vyrovnávacia pamäť môže poskytovať digitálne zosilnenie a trojstavové vyrovnávacie pamäte môžu úplne odpojiť výstup od vstupu a poskytnúť stav otvoreného obvodu.

V tejto časti sa dozvieme o aplikácii trojstavového bufferu a o tom, ako sa používa v digitálnych obvodoch na efektívne riadenie dátovej komunikácie.

V digitálnych obvodoch nájdeme dátovú zbernicu / vodiče nesúce dáta, ktoré prenášajú všetky druhy dát v jednej zbernici, aby sa znížilo preťaženie vodičov / znížili sa stopy po DPS a tiež sa znížili výrobné náklady.

Na každom konci zbernice je pripojených viac logických zariadení, mikroprocesorov a mikrokontrolérov, ktoré sa snažia navzájom komunikovať súčasne, čo vytvára niečo, čo sa volá svár.

V obvode nastáva konflikt, keď niektoré zariadenia v zbernici riadia „VYSOKÉ“ a niektoré zariadenia súčasne riadia „NÍZKÉ“, čo spôsobuje skrat a poškodenie obvodu.

Trojstupňová vyrovnávacia pamäť sa môže vyhnúť takémuto sporu a správne odosielať a prijímať údaje po zbernici.

Trojstavový buffer sa používa na izoláciu logických zariadení, mikroprocesorov a mikrokontrolérov od seba v dátovej zbernici. Dekodér umožní iba jednej množine trojstavových vyrovnávacích pamätí prenášať údaje cez zbernicu.

Povedzte, či je dátová sada „A“ pripojená k mikrokontroléru, dátová sada „B“ mikroprocesorom a dátová sada „C“ niektoré logické obvody.

Na vyššie uvedenej schéme sú všetky medzipamäti aktívne vysoké trojstupňové medzipamäte.

Keď dekodér nastaví ENA na „VYSOKÚ“, dátová sada „A“ je povolená, teraz môže mikrokontrolér odosielať dáta cez zbernicu.

Zvyšok dvoch dátových súborov „B“ a „C“ je v stave „HI-Z“ alebo s veľmi vysokou impedanciou, ktorý elektricky izoluje mikroprocesor a logické obvody od zbernice, ktorú v súčasnosti využíva mikrokontrolér.

Keď sú sady dekodérov ENB „VYSOKÉ“, môže dátový súbor „B“ odosielať údaje po zbernici a zvyšok dátových súborov „A“ a „C“ sú izolované od zbernice v stave „HI-Z“. Podobne, keď je povolená množina údajov „C“.

Dátovú zbernicu v danom čase používa ktokoľvek zo súborov údajov „A“ alebo „B“ alebo „C“, aby zabránil sporom.

Môžeme tiež nadviazať duplexnú (obojsmernú) komunikáciu pripojením dvoch trojstavových vyrovnávacích pamätí paralelne a v opačnom smere. Uvoľňovacie kolíky možno použiť ako riadenie smeru. Pre tento druh aplikácií je možné použiť IC 74245.

Tu je bežne dostupný zoznam digitálnych a trojstavových vyrovnávacích pamätí:

• 74LS07 Hex neinvertujúci tlmivý roztok
• Hex Buffer / Driver 74LS17
• 74LS244 Octal Buffer / Line Driver
• 74LS245 obojsmerný vyrovnávacia pamäť nárazníka
• CD4050 Hex neinvertujúci tlmivý roztok
• CD4503 Hex Tri-State Buffer
• HEF40244 Tri-state Octal Buffer

Týmto sa končí naša diskusia o tom, ako fungujú digitálne vyrovnávacie pamäte a ich rôzne digitálne konfigurácie, dúfam, že vám pomohla dobre pochopiť podrobnosti. Ak máte ďalšie otázky alebo návrhy, prosím, vyjadrite svoje otázky v sekcii komentárov, kde môžete rýchlo odpovedať.