מאגר דיגיטלי - עבודה, הגדרה, טבלת אמת, היפוך כפול, מניפה

שלב חיץ בעצם שלב ביניים מחוזק המאפשר לזרם הקלט להגיע לפלט מבלי להיפגע מעומס הפלט.

בפוסט זה ננסה להבין מה הם מאגרים דיגיטליים, ונבחן את ההגדרה שלו, הסמל, טבלת האמת, היפוך כפול באמצעות שער לוגיקה 'לא', מאוורר מאוורר דיגיטלי, מאגר תלת-ממדי, שווה ערך למתג חיץ תלת-ממדי, חיץ תלת-מצב פעיל 'HIGH', חיץ תלת-מצב הפוך פעיל 'HIGH', חיץ תלת-מצב פעיל 'LOW', חיץ תלת-ממדי הפוך 'LOW', בקרת חיץ תלת-ממדי , בקרת אוטובוס נתונים של חיץ תלת-מצבי ולבסוף ניקח סקירה כללית על ICs של מאגר דיגיטלי נפוץ ושל IC של מאגר תלת-ממדי.

באחד הפוסטים הקודמים למדנו על לוגיקה של 'NOT' המכונה גם מהפך דיגיטלי. ב- NOT שער פלט תמיד משלים לקלט.

לכן, אם הקלט הוא 'HIGH' הפלט הופך ל 'LOW', אם הקלט הוא 'LOW' הפלט הופך ל 'HIGH', אז זה נקרא מהפך.

יכול להיות מצב בו הפלט צריך להיות מופרד או מבודד מהכניסה, או במקרים בהם הקלט עשוי להיות חלש למדי וצריך להניע עומסים הדורשים זרם גבוה יותר מבלי להפוך את הקוטביות של האות באמצעות ממסר, או טרנזיסטור וכו '. במצבים כאלה מאגרים דיגיטליים הופכים שימושיים ומוחלים ביעילות כמאגרים בין מקור האות לשלב נהג העומס בפועל.

כגון שערים לוגיים אשר יכול לספק פלט אות זהה לקלט ולפעול כשלב חיץ ביניים נקרא מאגר דיגיטלי.

מאגר דיגיטלי אינו מבצע היפוך כלשהו של האות המוזן והוא גם לא מכשיר 'קבלת החלטות', כמו שער ההיגיון 'NOT', אלא נותן את אותה פלט כמו קלט.

איור של מאגר דיגיטלי:

הסמל הנ'ל דומה לשער ההיגיון 'NOT' ללא ה- 'o' בקצה המשולש, מה שאומר שהוא אינו מבצע היפוך כלשהו.

המשוואה הבוליאנית למאגר הדיגיטלי היא Y = A.

'Y' הוא קלט ופלט 'A'.

שולחן האמת:

היפוך כפול באמצעות שערי לוגיקה 'NOT':

ניתן לבנות חיץ דיגיטלי באמצעות שני שערי לוגיקה 'לא' באופן הבא:

אות הקלט הופך תחילה על ידי שער ה- NOT הראשון בצד שמאל והאות ההפוך הופך אחר כך על ידי השער הבא 'NOT' בצד ימין, מה שהופך את הפלט לזה של קלט.

מדוע משתמשים במאגרים דיגיטליים

עכשיו אולי אתה מגרד בראש מדוע המאגר הדיגיטלי בכלל קיים, הוא לא מבצע שום פעולה כמו שערי לוגיקה אחרים, אנחנו יכולים פשוט לזרוק את המאגר הדיגיטלי ממעגל ולחבר פיסת חוט ...…. נכון? ובכן לא באמת.

הנה התשובה : שער לוגיקה אינו דורש זרם גבוה בכדי לבצע פעולות כלשהן. זה רק דורש רמת מתח (5V או 0V) בזרם נמוך זה מספיק.

כל סוגי השערים הלוגיים תומכים בעיקר במגבר מובנה כך שהפלט אינו תלוי באותות קלט. אם אנו מדורגים שני שערי לוגיקה 'לא' בסדרה אנו מקבלים קוטביות אות זהה לקלט בסיכת הפלט, אך עם זרם גבוה יחסית. במילים אחרות מאגר דיגיטלי עובד כמו מגבר דיגיטלי.

ניתן להשתמש במאגר דיגיטלי כשלב בידוד בין שלבי מחוללי האות ושלבי הנהג, והוא גם מסייע במניעת עכבה המשפיעה על מעגל אחד מהשני.

חיץ דיגיטלי יכול לספק יכולת זרם גבוהה יותר אשר יכולה לשמש להנעת טרנזיסטורי מיתוג ביעילות רבה יותר.

המאגר הדיגיטלי מספק הגברה גבוהה יותר הנקראת גם יכולת 'מאוורר'.

יכולת מאוורר דיגיטלי במאגר:

FAN-OUT : ניתן להגדיר את המאוורר כמספר שערים לוגיים או ICים דיגיטליים שניתן להניע במקביל על ידי מאגר דיגיטלי (או כל ICs דיגיטלי).

למאגר דיגיטלי טיפוסי יש מאוורר של 10, מה שאומר שהמאגר הדיגיטלי יכול להניע 10 ICים דיגיטליים במקביל.

מאוורר : המאוורר הוא מספר הכניסות הדיגיטליות שניתן לקבל על ידי שער ההיגיון הדיגיטלי או ה- IC הדיגיטלי.

בתרשים הנ'ל למאגר הדיגיטלי יש מאוורר של 1, כלומר קלט אחד. לשער 'AND' לוגי '2 קלט' יש מאוורר של שניים וכן הלאה.

מהסכמה הנ'ל מחובר חיץ ל -3 הכניסות של שלושה שערי לוגיקה שונים.

אם רק נחבר חתיכת חוט במקום המאגר במעגל שלעיל, יתכן שאות הקלט לא יהיה עם זרם מספיק ויגרום למתח לרדת על פני השערים ואולי אפילו לא לזהות את האות.

אז לסיכום נעשה שימוש במאגר דיגיטלי להגברת אות דיגיטלי עם פלט זרם גבוה יותר.

חיץ תלת-ממדי

כעת אנו יודעים מה עושה חיץ דיגיטלי ומדוע הוא קיים במעגלים אלקטרוניים. למאגרים אלה שתי מצבים 'HIGH' ו- 'LOW'. יש סוג אחר של חיץ שנקרא 'חיץ תלת-ממדי'.

למאגר זה יש סיכה נוספת הנקראת 'אפשר סיכה'. באמצעות סיכת ההפעלה אנו יכולים לחבר או לנתק את הפלט מהקלט באופן אלקטרוני.

כמו מאגר רגיל, הוא עובד כמגבר דיגיטלי ונותן אות פלט זהה לאות הקלט, ההבדל היחיד הוא שניתן לחבר את הפלט ולנתק אותו באמצעות סיכת ההפעלה.

אז מציגים מצב שלישי, בזה הפלט הוא לא 'HIGH' ולא 'LOW' אלא מצב מעגל פתוח או עכבה גבוהה בפלט ולא יגיב לאותות הקלט. מצב זה מכונה 'HIGH-Z' או 'HI-Z'.

האמור לעיל הוא המעגל המקביל של המאגר התלת-מצבי. סיכת ההפעלה יכולה לחבר או לנתק את הפלט מהכניסה.

ישנם ארבעה סוגים של מאגר תלת-ממדי:
• חיץ תלת-מצב פעיל 'HIGH'
• חיץ תלת-ממדי פעיל 'LOW'
• חיץ תלת-ממדי הפוך פעיל 'HIGH'
• חיץ תלת-ממדי הפוך פעיל 'LOW'
בואו נראה כל אחד מהם ברצף.

חיץ תלת-מצב פעיל 'HIGH'

במאגר הפעיל 'HIGH' תלת-ממדי (לדוגמא: 74LS241) סיכת הפלט מתחברת לסיכת כניסה כאשר אנו מחילים אות 'HIGH' או '1' או חיובי על סיכת ההפעלה.

אם אנו מחילים אות 'LOW' או '0' או על סיכה ההפעלה, הפלט מתנתק מהכניסה ועובר למצב 'HI-Z' שבו הפלט לא יגיב לקלט והפלט יהיה במצב מעגל פתוח.

חיץ תלת-מצב פעיל 'LOW'

כאן הפלט יתחבר לקלט כאשר אנו מחילים אות 'LOW' או '0' או על סיכת ההפעלה.
אם אנו מחילים אות 'HIGH' או '1' או חיובי כדי לאפשר סיכה, הפלט מתנתק מהכניסה והפלט יהיה במצב 'HI-Z' / מעגל פתוח.

שולחן האמת:

מאגר תלת-ממדי הפוך פעיל 'HIGH'

במאגר תלת-ממדי הפוך פעיל 'HIGH' (דוגמה: 74LS240), השער משמש כשער הגיוני 'לא' אלא עם סיכת ההפעלה.

אם אנו מפעילים אות 'HIGH' או '1' או חיובי בכניסה המאפשרת השער מופעל ומתנהג כמו שער 'NOT' הגיוני רגיל כאשר הפלט שלו הוא היפוך / משלים לקלט.
אם אנו מחילים אות 'LOW' או '0' או שלילי על סיכת ההפעלה, הפלט יהיה במצב 'HI-Z' או במעגל פתוח.

שולחן האמת:

חיץ תלת-ממדי הפוך פעיל 'LOW':

במאגר תלת-ממדי הפוך פעיל 'LOW', השער משמש כשער לוגי 'לא' אלא עם סיכת הפעלה.

אם אנו מחילים אות 'LOW' או '0' או שלילי כדי לאפשר סיכה, השער מופעל ועובד כמו שער 'NOT' של ההיגיון הרגיל.
אם אנו מחילים אות 'HIGH' או '1' או חיובי כדי לאפשר סיכה, סיכת הפלט תהיה במצב 'HI-Z' / מצב מעגל פתוח.

שולחן האמת:

בקרת חוצץ תלת-ממדי:

מהאמור לעיל ראינו שמאגר יכול לספק הגברה דיגיטלית ומאגרי תלת-מצב יכולים לנתק לחלוטין את הפלט שלו מהכניסה ולתת מצב מעגל פתוח.

בחלק זה נלמד על יישום המאגר התלת-מצבי וכיצד משתמשים בו במעגלים דיגיטליים לניהול יעיל של תקשורת נתונים.

במעגלים דיגיטליים אנו יכולים למצוא אוטובוס נתונים / חוטים הנושאים נתונים, הם נושאים כל מיני נתונים באוטובוס יחיד כדי להפחית את עומסי החיווט / להפחית עקבות PCB וגם להפחית את עלות הייצור.

בכל קצה האוטובוס מחוברים התקני לוגיקה מרובים, מיקרו-מעבדים ומיקרו-בקרים המנסים לתקשר זה עם זה בו זמנית ויוצרים משהו שנקרא מחלוקת.

מחלוקת מתרחשת במעגל כאשר התקנים מסוימים באוטובוס מפעילים 'HIGH' וישנם מכשירים המפעילים 'LOW' בו זמנית מה שגורם לקצר וגורם נזק במעגל.

חיץ תלת-ממדי יכול להימנע ממריבה כזו ולשלוח ולקבל כראוי נתונים באוטובוס.

המאגר התלת-ממדי משמש לבידוד התקני לוגיקה, מיקרו-מעבדים ומיקרו-בקרים זה מזה באפיק נתונים. מפענח יאפשר רק קבוצה אחת של מאגרי תלת-מצב להעביר נתונים דרך האוטובוס.

אמור אם קבוצת הנתונים 'A' מחוברת למיקרו-בקר, קבוצת הנתונים 'B' למעבד ומערכת הנתונים 'C' למעגלי לוגיקה מסוימים.

בתרשים הנ'ל כל המאגרים הם מאגר תלת-מצב פעיל פעיל.

כאשר המפענח מגדיר את ENA 'HIGH' מערכת הנתונים 'A' מופעלת, כעת המיקרו-בקר יכול לשלוח נתונים דרך האוטובוס.

שאר שתי מערכי הנתונים 'B' ו- 'C' נמצאים במצב 'HI-Z' או עכבה גבוהה מאוד אשר מבודד חשמלית את המעבד והמעגלים הלוגיים מהאוטובוס, המשמש כיום את המיקרו-בקר.

כאשר המפענח מגדיר את ENB 'HIGH' מערך הנתונים 'B' יכול לשלוח נתונים על האוטובוס ושאר מערכי הנתונים 'A' ו- 'C' מבודדים מהאוטובוס במצב 'HI-Z'. באופן דומה, כאשר קבוצת הנתונים 'C' מופעלת.

אוטובוס הנתונים משמש את כל אחד ממערכי הנתונים 'A' או 'B' או 'C' בזמן נתון כדי למנוע מחלוקת.

אנו יכולים גם ליצור תקשורת דופלקסית (דו כיוונית) על ידי חיבור שני מאגרי תלת-מצב במקביל ובכיוון ההפוך. ניתן להשתמש בסיכות ההפעלה כבקרת כיוון. ליישומים מסוג זה ניתן להשתמש ב- IC 74245.

להלן הרשימה הנפוצה של מאגרים דיגיטליים ומאגרי תלת-ממדי:

• 74LS07 מאגר Hex שאינו הופך
• 74LS17 חציצה / נהג משושה
• 74LS244 חוצץ / קו דרייבר אוקטלי
• מאגר דו-כיווני אוקטלי 74LS245
• מאגר CD4050 Hex שאינו הופך
• מאגר CD4503 Hex Tri-state
• HEF40244 חיץ אוקטלים תלת-ממדי

זה מסכם את הדיון שלנו לגבי אופן העבודה של מאגרים דיגיטליים, והתצורות הדיגיטליות השונות שלהם, אני מקווה שזה עזר לך להבין היטב את הפרטים. אם יש לך שאלות או הצעות נוספות, אנא הביע את שאלותיך בקטע התגובה. ייתכן שתקבל תשובה מהירה.