Skaitmeninis buferis - darbas, apibrėžimas, tiesos lentelė, dviguba inversija, ventiliatorius

Buferinė pakopa iš esmės yra sustiprinta tarpinė pakopa, leidžianti įvesties srovei pasiekti išvestį netekdama įtakos išėjimo apkrovai.

Šiame įraše bandysime suprasti, kas yra skaitmeniniai buferiai, ir pažvelgsime į jo apibrėžimą, simbolį, tiesos lentelę, dvigubą inversiją, naudodami loginius „NOT“ vartus, skaitmeninio buferio ventiliatoriaus išėjimo ventiliatorių, trijų būsenų buferį, trijų būsenų buferio jungiklio ekvivalentas, aktyvus „HIGH“ trijų būsenų buferis, aktyvus „HIGH“ invertuojantis trijų būsenų buferis, aktyvus „LOW“ būsenos trijų būsenų buferis, aktyvus „LOW“ invertuojantis trijų būsenų buferis, trijų būsenų buferio valdymas , trijų būsenų buferio duomenų magistralės valdymas ir galiausiai apžvelgsime dažniausiai prieinamus skaitmeninio buferio ir tri būsenos buferio IC.

Viename iš ankstesnių įrašų sužinojome apie loginius „NOT“ vartus, kurie dar vadinami skaitmeniniu keitikliu. „NOT“ vartuose išvestis visada papildo įvestį.

Taigi, jei įvestis yra „HIGH“, išėjimas pasisuka „LOW“, jei įvestis yra „LOW“, išvestis pasisuka „HIGH“, todėl tai vadinama inverteriu.

Gali būti situacija, kai išvestį reikia atskirti arba izoliuoti nuo įvesties, arba tais atvejais, kai įvestis gali būti gana silpna ir reikia valdyti apkrovas, kurioms reikalinga didesnė srovė, nenukreipiant signalo poliškumo naudojant relę, tranzistorių ir pan. Tokiose situacijose skaitmeniniai buferiai tampa naudingi ir efektyviai naudojami kaip buferiai tarp signalo šaltinio ir faktinės apkrovos tvarkyklės pakopos.

Toks loginiai vartai kuris gali perduoti signalo išvestį tą patį kaip įvestis ir veikti kaip tarpinis buferio etapas, vadinamas skaitmeniniu buferiu.

Skaitmeninis buferis nevykdo paduodamo signalo inversijos ir nėra „sprendimų priėmimo“ įrenginys, kaip loginiai „NOT“ vartai, bet išleidžia tą pačią išvestį kaip ir įvestis.

Skaitmeninio buferio iliustracija:

Aukščiau pateiktas simbolis yra panašus į loginius „NOT“ vartus be „o“ trikampio gale, o tai reiškia, kad jis neveikia jokios inversijos.

Būlio lygtis skaitmeniniam buferiui yra Y = A.

„Y“ yra įvestis ir „A“ išvestis.

Tiesos lentelė:

Dviguba inversija naudojant loginius „NOT“ vartus:

Skaitmeninis buferis gali būti sukonstruotas naudojant du loginius „NOT“ vartus tokiu būdu:

Įvesties signalą pirmiausia apverčia pirmieji NOT vartai kairėje pusėje, o apverstą signalą toliau apverčia kiti „NOT“ vartai dešinėje pusėje, todėl išvestis tampa tokia pati kaip įvestis.

Kodėl naudojami skaitmeniniai buferiai

Dabar jūs galite draskyti galvą, kodėl net egzistuoja skaitmeninis buferis, jis neatlieka jokių veiksmų, kaip kiti loginiai vartai, mes galime tiesiog išmesti skaitmeninį buferį iš grandinės ir prijungti laido gabalą ... ... teisingai? Na nelabai.

Čia yra atsakymas : Loginiams vartams atlikti nereikia jokių didelių srovių. Tam tiesiog reikia įtampos lygio (5 V arba 0 V) ​​esant silpnai srovei.

Visų tipų loginiai vartai pirmiausia palaiko įmontuotą stiprintuvą, todėl išvestis nepriklauso nuo įvesties signalų. Jei pakopoje du loginius „NE“ vartus einame nuosekliai, mes gauname tą patį signalo poliškumą kaip ir įvestis išvesties kaište, bet esant santykinai didesnei srovei. Kitaip tariant, skaitmeninis buferis veikia kaip skaitmeninis stiprintuvas.

Skaitmeninis buferis gali būti naudojamas kaip izoliacijos etapas tarp signalo generatoriaus ir vairuotojo pakopų, taip pat padeda išvengti impedanso, veikiančio vieną grandinę iš kitos.

Skaitmeninis buferis gali suteikti didesnę srovės pajėgumą, kurį galima naudoti efektyviau perjungiant tranzistorius.

Skaitmeninis buferis suteikia didesnį stiprinimą, kuris taip pat vadinamas „ventiliatoriaus išjungimo“ galimybe.

Skaitmeninio buferio ventiliatoriaus išjungimo galimybė:

VENTILIATORIUS : Išsijungimą galima apibrėžti kaip loginių vartų ar skaitmeninių IC skaičių, kurį lygiagrečiai gali valdyti skaitmeninis buferis (arba bet kuris skaitmeninis IC).

Tipiniame skaitmeniniame buferyje yra 10 ventiliatorių, o tai reiškia, kad skaitmeninis buferis gali lygiagrečiai valdyti 10 skaitmeninių IC.

VENTILIATORIUS : „Fan-in“ yra skaitmeninių įėjimų skaičius, kurį gali priimti skaitmeninės logikos vartai arba skaitmeninis IC.

Pirmiau pateiktoje schemoje skaitmeninio buferio ventiliatorius yra 1, o tai reiškia vieną įvestį. „2 įvesties“ logikos „IR“ vartuose yra ventiliatorius iš dviejų ir pan.

Iš pirmiau pateiktos schemos buferis yra prijungtas prie trijų skirtingų loginių vartų 3 įėjimų.

Jei mes tiesiog prijungsime vielos gabalą buferio vietoje pirmiau pateiktoje grandinėje, įvesties signalas gali būti nepakankamas, todėl įtampa krinta vartuose ir gali net neatpažinti signalo.

Taigi apibendrinant skaitmeninis buferis naudojamas didesnio skaitmeninio signalo stiprinimui.

Trijų valstybių buferis

Dabar mes žinome, ką daro skaitmeninis buferis ir kodėl jis egzistuoja elektroninėse grandinėse. Šie buferiai turi dvi būsenas „HIGH“ ir „LOW“. Yra ir kitas buferio tipas, vadinamas „trijų būsenų buferiu“.

Šis buferis turi papildomą kaištį, pavadintą „Įjungti kaištį“. Naudodami įjungimo kaištį galime išvestį iš įvesties prijungti arba atjungti elektroniniu būdu.

Kaip ir įprastas buferis, jis veikia kaip skaitmeninis stiprintuvas ir duoda išėjimo signalą tokį patį kaip įvesties signalas, vienintelis skirtumas yra tas, kad išvestį galima elektroniniu būdu prijungti ir atjungti įjungimo kaiščiu.

Taigi įvedama trečioji būsena, kurioje išėjimas nėra nei „HIGH“, nei „LOW“, bet atviros grandinės būsena arba didelė impedancija išėjime ir nereaguos į įvesties signalus. Ši būsena vadinama „HIGH-Z“ arba „HI-Z“.

Aukščiau yra lygiavertė tri būsenos buferio grandinė. Įjungimo kaištis gali prijungti arba atjungti išvestį iš įvesties.

Yra keturių trijų būsenų buferio tipai:
• Aktyvus trijų būsenų buferis „HIGH“
• Aktyvus trijų būsenų buferis „LOW“
• Aktyvus „HIGH“ apverčiantis trijų būsenų buferis
• Aktyvus „LOW“ apverčiantis trijų būsenų buferis
Pažvelkime į kiekvieną iš jų nuosekliai.

Aktyvus trijų būsenų buferis „HIGH“

Aktyviame „HIGH“ trijų būsenų buferyje (pvz., 74LS241) išvesties kaištis sujungiamas su įvesties kaiščiu, kai įjungimo kaištyje pritaikome „HIGH“ arba „1“ arba teigiamą signalą.

Jei įjungimo kaiščiui pritaikysime „LOW“, „0“ arba neigiamą signalą, išėjimas atjungiamas nuo įėjimo ir pereina į „HI-Z“ būseną, kur išvestis nereaguos į įvestį, o išėjimas bus atviros grandinės būsenos.

Aktyvus trijų būsenų buferis „LOW“

Čia išvestis bus prijungta prie įvesties, kai įjungimo kaiščiui pritaikysime „LOW“ arba „0“ arba neigiamą signalą.
Jei kaiščio įgalinimui pritaikysime „HIGH“, „1“ arba teigiamą signalą, išėjimas bus atjungtas nuo įėjimo ir išėjimas bus „HI-Z“ būsenos / atviros grandinės būsenos.

Tiesos lentelė:

Aktyvus „HIGH“ apverčiantis trijų būsenų buferis

Aktyviame „HIGH“ invertuojančiame trijų būsenų buferyje (pavyzdys: 74LS240) vartai veikia kaip loginiai „NOT“ vartai, bet su įjungimo kaiščiu.

Jei įjungimo įėjime pritaikysime „HIGH“ arba „1“ arba teigiamą signalą, vartai suaktyvės ir veiks kaip įprasti loginiai „NOT“ vartai, kur jų išvestis yra inversija / papildo įvestį.
Jei įjungimo kaiščiui pritaikysime „LOW“, „0“ arba neigiamą signalą, išvestis bus „HI-Z“ arba atviros grandinės būsenoje.

Tiesos lentelė:

Aktyvus „LOW“ apverčiantis trijų būsenų buferis:

Aktyviame „LOW“ invertuojančiame trijų būsenų buferyje vartai veikia kaip loginiai „NOT“ vartai, bet su įjungimo kaiščiu.

Jei kaiščiui įgalinti pritaikysime „LOW“, „0“ arba neigiamą signalą, vartai įsijungs ir veiks kaip įprasta logika „NOT“ vartai.
Jei įjungsime kaištį „HIGH“, „1“ arba teigiamą signalą, išvesties kaištis bus „HI-Z“ būsenos / atviros grandinės būsenos.

Tiesos lentelė:

Trijų būsenų buferio valdymas:

Iš to, kas išdėstyta pirmiau, mes matėme, kad buferis gali suteikti skaitmeninį stiprinimą, o trijų būsenų buferiai gali visiškai atjungti savo išvestį nuo įvesties ir suteikti atviros grandinės būseną.

Šiame skyriuje sužinosime apie tri būsenos buferio taikymą ir kaip jis naudojamas skaitmeninėse grandinėse efektyviai valdyti duomenų ryšį.

Skaitmeninėse grandinėse galime rasti duomenų magistralę / laidus, perduodančius duomenis. Jie vienoje magistralėje perduoda įvairius duomenis, kad sumažintų laidų perkrovą / sumažintų PCB pėdsakus ir sumažintų gamybos sąnaudas.

Kiekviename magistralės gale yra prijungti keli loginiai įtaisai, mikroprocesoriai ir mikrovaldikliai, kurie vienu metu bando bendrauti vienas su kitu ir sukuria tai, kas vadinama ginčais.

Konkurencija vyksta grandinėje, kai kai kurie magistralės įrenginiai vienu metu valdo „HIGH“, o kai kurie - „LOW“, o tai sukelia trumpąjį jungimą ir pažeidžia grandinę.

Trijų būsenų buferis gali išvengti tokio ginčo ir tinkamai siųsti ir gauti duomenis magistrale.

Trijų būsenų buferis naudojamas atskirti loginius įrenginius, mikroprocesorius ir mikrovaldiklius vienas nuo kito duomenų magistralėje. Dekoderis leis tik vienam trijų būsenų buferių rinkiniui perduoti duomenis per magistralę.

Tarkime, jei duomenų rinkinys „A“ yra prijungtas prie mikrovaldiklio, duomenų rinkinys „B“ - prie mikroprocesoriaus ir duomenų rinkinys „C“ - prie kai kurių loginių grandinių.

Aukščiau pateiktoje schemoje visi buferiai yra aktyvūs aukšto tri būsenos buferiai.

Kai dekoderis nustato ENA „HIGH“, duomenų rinkinys „A“ yra įjungtas, dabar mikrovaldiklis gali siųsti duomenis per magistralę.

Likę du duomenų rinkiniai „B“ ir „C“ yra „HI-Z“ arba labai didelės impedansinės būsenos, kuri elektriškai izoliuoja mikroprocesorių ir logines grandines nuo magistralės, kurią šiuo metu naudoja mikrovaldiklis.

Kai dekoderis nustato ENB „HIGH“, duomenų rinkinys „B“ gali siųsti duomenis per magistralę, o likusi duomenų rinkinių „A“ ir „C“ dalis yra atskirta nuo magistralės „HI-Z“ būsenoje. Panašiai, kai įgalinamas duomenų rinkinys „C“.

Duomenų magistralę tam tikras laikas naudoja „A“, „B“ arba „C“ duomenų rinkiniai, kad būtų išvengta ginčų.

Taip pat galime užmegzti dvipusį (dvikryptį) ryšį, lygiagrečiai ir priešinga kryptimi sujungdami du trijų būsenų buferius. Įjungimo kaiščiai gali būti naudojami kaip krypties valdymas. Tokiam naudojimui galima naudoti IC 74245.

Čia yra dažniausiai prieinamas skaitmeninių buferių ir trijų būsenų buferių sąrašas:

• 74LS07 šešiakampis neinvertuojantis buferis
• 74LS17 šešiakampis buferis / tvarkyklė
• 74LS244 „Octal Buffer“ / „Line“ tvarkyklė
• 74LS245 „Octal“ dvikryptis buferis
• CD4050 šešiakampis neinvertuojantis buferis
• CD4503 šešiakampis trijų būsenų buferis
• HEF40244 trijų būsenų aštuonkampis buferis

Tai užbaigia mūsų diskusiją apie skaitmeninių buferių veikimą ir įvairias jų skaitmenines konfigūracijas, tikiuosi, kad tai padėjo jums gerai suprasti detales. Jei turite daugiau klausimų ar pasiūlymų, prašome išsakyti savo klausimus komentarų skiltyje, kur galite gauti greitą atsakymą.