Digitālais buferis - darbs, definīcija, patiesības tabula, dubultā inversija, ventilatora izvade

Bufera posms būtībā ir pastiprināts starpposms, kas ļauj ieejas strāvai sasniegt izeju, neietekmējot izejas slodzi.

Šajā ziņojumā mēs centīsimies saprast, kas ir digitālie buferi, un mēs aplūkosim tā definīciju, simbolu, patiesības tabulu, dubulto inversiju, izmantojot loģiku “NOT” vārti, digitālā bufera ventilatora izejas ventilators, trīs stāvokļu buferis, tri stāvokļa bufera slēdža ekvivalents, aktīvs “HIGH” trīs stāvokļu buferis, aktīvs “HIGH” invertējošs triju stāvokļu buferis, aktīvs “LOW” stāvokļa triju stāvokļu buferis, aktīvs “LOW” invertējošs triju stāvokļu buferis, trīs stāvokļu bufera vadība , trīs stāvokļu bufera datu kopnes vadība, un visbeidzot mēs veiksim pārskatu par vispārpieejamajām digitālā bufera un tri stāvokļa bufera IC.

Vienā no iepriekšējiem ierakstiem mēs uzzinājām par loģiku “NOT” vārtiem, kurus sauc arī par digitālajiem invertoriem. NOT vārtu izeja vienmēr papildina ievadi.

Tātad, ja ieeja ir “HIGH”, izeja pagriežas “LOW”, ja ieeja ir “LOW”, tad izeja kļūst “HIGH”, tāpēc to sauc par invertoru.

Var būt situācija, kad izeja ir jānošķir vai jāizolē no ieejas, vai gadījumos, kad ieeja var būt diezgan vāja, un tai ir jāpārvieto slodzes, kurām nepieciešama lielāka strāva, nemainot signāla polaritāti, izmantojot releju vai tranzistoru utt. Šādās situācijās digitālie buferi kļūst noderīgi un tiek efektīvi izmantoti kā buferi starp signāla avotu un faktisko slodzes draivera pakāpi.

Tāds loģikas vārti kas var piegādāt signāla izvadi tāpat kā ieeja un darboties kā starpposma bufera stadija, sauc par digitālo buferi.

Digitālais buferis neveic ievadītā signāla inversiju, un tā arī nav “lēmumu pieņemšanas” ierīce, piemēram, loģiskie vārti “NOT”, bet dod to pašu izvadi kā ieeja.

Digitālā bufera ilustrācija:

Iepriekš minētais simbols ir līdzīgs loģiskajiem vārtiem “NOT” bez vārda “o” trīsstūra galā, kas nozīmē, ka tas neveic nekādu inversiju.

Būla vienādojums digitālajam buferim ir Y = A.

“Y” ir ieeja un “A” izeja.

Patiesības tabula:

Dubultā inversija, izmantojot loģiku “NOT” vārti:

Digitālo buferi var izveidot, izmantojot divus loģiskus “NOT” vārtus šādā veidā:

Ieejas signālu vispirms apgriež ar pirmajiem NOT vārtiem kreisajā pusē, un apgriezto signālu tālāk apgriež nākamie “NOT” vārti labajā pusē, kas izvadi padara tādu pašu kā ieeju.

Kāpēc tiek izmantoti digitālie buferi

Tagad jūs, iespējams, saskrāpējat galvu, kāpēc digitālais buferis vispār pastāv, tas nedara nekādas darbības kā citi loģiskie vārti, mēs varētu vienkārši izmest digitālo buferi no ķēdes un savienot stieples gabalu ... ... pareizi? Nu nav īsti.

Šeit ir atbilde : Loģiskiem vārtiem nav nepieciešama liela strāva, lai veiktu kādas darbības. Tas vienkārši prasa sprieguma līmeni (5V vai 0V) pie zemas strāvas.

Visu veidu loģiskie vārti galvenokārt atbalsta iebūvētu pastiprinātāju, lai izeja nebūtu atkarīga no ieejas signāliem. Ja kaskādē divus loģiskus “NOT” vārtus virknē iegūstam tādu pašu signāla polaritāti kā ieeja pie izejas tapas, bet ar relatīvi lielāku strāvu. Citiem vārdiem sakot, digitālais buferis darbojas kā digitālais pastiprinātājs.

Digitālo buferi var izmantot kā izolācijas posmu starp signāla ģeneratora posmiem un draivera posmiem, kā arī tas palīdz novērst pretestību, kas ietekmē vienu ķēdi no otras.

Digitālais buferis var nodrošināt lielāku strāvas spēju, ko var efektīvāk izmantot komutācijas tranzistoru vadīšanai.

Digitālais buferis nodrošina augstāku pastiprinājumu, ko dēvē arī par “fan-out” spēju.

Digitālās bufera ventilatora izeja:

FAN-OUT : Izslēgšanu var definēt kā loģisko vārtu vai digitālo mikroshēmu skaitu, ko paralēli var vadīt digitālais buferis (vai jebkurš digitālais mikroshēma).

Parastajam digitālajam buferim ir 10 ventilatoru, kas nozīmē, ka digitālais buferis var paralēli vadīt 10 digitālos IC.

FAN-IN : Fan-in ir ciparu ieeju skaits, ko var pieņemt digitālās loģikas vārti vai digitālais IC.

Iepriekšminētajā shēmā digitālajam buferim ir 1 ventilators, kas nozīmē vienu ieeju. “2-input” loģikai “AND” vārtiem ir divi ventilatori un tā tālāk.

No iepriekš minētās shēmas buferis ir savienots ar trīs dažādu loģisko vārtu 3 ieejām.

Ja mēs iepriekšminētajā ķēdē vienkārši pievienojam stieples gabalu bufera vietā, ieejas signāls var nebūt ar pietiekamu strāvu un izraisa sprieguma kritumu pāri vārtiem un var pat neatpazīt signālu.

Tātad nobeigumā digitālo buferi izmanto, lai pastiprinātu digitālo signālu ar lielāku strāvas izeju.

Trīsvalsts buferis

Tagad mēs zinām, ko dara digitālais buferis un kāpēc tas pastāv elektroniskajās shēmās. Šiem buferiem ir divi stāvokļi “HIGH” un “LOW”. Ir vēl viens bufera veids, ko sauc par “Tri-state buffer”.

Šim buferim ir papildu tapa ar nosaukumu “Iespējot tapu”. Izmantojot iespējošanas tapu, mēs varam elektroniski savienot vai atvienot izeju no ievades.

Tāpat kā parasts buferis, tas darbojas kā digitālais pastiprinātājs un dod izejas signālu tāpat kā ieejas signāls, vienīgā atšķirība ir tā, ka izeju var elektroniski savienot un atvienot ar iespējošanas tapu.

Tātad tiek ieviests trešais stāvoklis, kurā izeja nav ne “HIGH”, ne “LOW”, bet gan atvērtas ķēdes stāvoklis vai augsta pretestība izejā un nereaģēs uz ieejas signāliem. Šis stāvoklis tiek saukts par “HIGH-Z” vai “HI-Z”.

Iepriekš minētā ir triju stāvokļu bufera ekvivalenta ķēde. Iespējošanas tapa var savienot vai atvienot izeju no ieejas.

Ir četru veidu triju valstu buferi:
• Aktīvs triju valstu buferis “HIGH”
• Aktīvs triju stāvokļu buferis “LOW”
• Aktīvs “HIGH” invertējošs trīsstāvokļu buferis
• Aktīvs “LOW” trīsstāvokļu buferšķīdums
Apskatīsim katru no tiem secīgi.

Aktīvs triju stāvokļu buferis “HIGH”

Aktīvajā triju stāvokļu buferī “HIGH” (piemēram: 74LS241) izejas tapa tiek savienota ar ieejas tapu, kad iespējošanas tapā mēs pieliekam “HIGH” vai “1” vai pozitīvu signālu.

Ja iespējošanas tapai pieliekam “LOW” vai “0” vai negatīvu signālu, izeja tiek atvienota no ieejas un nonāk “HI-Z” stāvoklī, kur izeja nereaģēs uz ieeju un izeja būs atvērtas ķēdes stāvoklī.

Aktīvs triju stāvokļu buferis “LOW”

Šeit izeja tiks savienota ar ieeju, kad mēs iespējošanas tapā izmantosim “LOW” vai “0” vai negatīvu signālu.
Ja, lai iespējotu tapu, izmantojam “HIGH” vai “1” vai pozitīvu signālu, izeja tiek atvienota no ieejas, un izeja būs “HI-Z” stāvoklī / atvērtās ķēdes stāvoklī.

Patiesības tabula:

Aktīvs “HIGH” otrās pakāpes buferšķīdums

Aktīvā “HIGH” invertējošā Tri-state buferī (piemērs: 74LS240) vārti darbojas kā loģiski “NOT” vārti, bet ar iespējošanas tapu.

Ja iespējošanas ieejā mēs izmantojam “HIGH” vai “1” vai pozitīvu signālu, vārti tiek aktivizēti un darbojas kā parastie loģiskie vārdi “NOT”, kur to izeja ir inversija / papildinājums.
Ja iespējošanas tapai izmantosim “LOW” vai “0” vai negatīvu signālu, izeja būs “HI-Z” vai atvērtas ķēdes stāvoklī.

Patiesības tabula:

Aktīvs “LOW” trīsstāvokļu buferšķīdums:

Aktīvajā “LOW” invertējošajā triju stāvokļu buferī vārti darbojas kā loģiski “NOT” vārti, bet ar iespējošanas tapu.

Ja, lai iespējotu piespraudi, mēs izmantojam “LOW” vai “0” vai negatīvu signālu, vārti tiek aktivizēti un darbojas kā parasti loģiski “NOT” vārti.
Ja tapas iespējošanai izmantosim “HIGH” vai “1” vai pozitīvu signālu, izejas tapa būs “HI-Z” / atvērtās ķēdes stāvoklī.

Patiesības tabula:

Trīs stāvokļu bufera kontrole:

No iepriekš minētā mēs redzējām, ka buferis var nodrošināt digitālo pastiprinājumu, un trīs stāvokļu buferi var pilnībā atvienot savu izvadi no ieejas un dot atvērtas ķēdes stāvokli.

Šajā sadaļā mēs uzzināsim par trīs stāvokļu bufera lietošanu un to, kā tas tiek izmantots digitālajās shēmās, lai efektīvi pārvaldītu datu komunikāciju.

Digitālajās shēmās mēs varam atrast datu kopni / vadus, kas pārraida datus, un tie satur visa veida datus vienā kopnē, lai samazinātu elektroinstalācijas pārslodzi / samazinātu PCB pēdas un samazinātu arī ražošanas izmaksas.

Katrā kopnes galā ir savienotas vairākas loģiskās ierīces, mikroprocesori un mikrokontrolleri, kas mēģina vienlaikus sazināties viens ar otru, kas rada kaut ko, ko sauc par strīdu.

Konkurss notiek ķēdē, kad dažas kopnes ierīces vienlaikus darbina “HIGH” un dažas ierīces “LOW”, kas izraisa īssavienojumu un bojājumus ķēdē.

Trīsvalsts buferis var izvairīties no šādiem strīdiem un pareizi nosūtīt un saņemt datus, izmantojot autobusu.

Trīs stāvokļu buferis tiek izmantots, lai datu kopnē izolētu loģikas ierīces, mikroprocesorus un mikrokontrollerus viens no otra. Dekoders ļauj tikai vienam triju stāvokļu buferu komplektam nodot datus caur kopni.

Sakiet, ja datu kopa “A” ir pievienota mikrokontrollerim, datu kopa “B” - mikroprocesoram un datu kopa “C” dažām loģiskām shēmām.

Iepriekšminētajā shēmā visi buferi ir aktīvi ar triju stāvokļu buferi.

Kad dekodētājs iestata ENA “HIGH”, datu kopa “A” ir iespējota, tagad mikrokontrolleris var nosūtīt datus caur kopni.

Pārējās divas datu kopas “B” un “C” ir “HI-Z” vai ļoti augstas pretestības stāvoklī, kas elektriski izolē mikroprocesoru un loģiskās ķēdes no kopnes, kuru pašlaik lieto mikrokontrolleris.

Kad dekodētājs iestata ENB “HIGH”, datu kopa “B” var nosūtīt datus pa kopni, un pārējās datu kopas “A” un “C” ir izolētas no kopnes “HI-Z” stāvoklī. Līdzīgi, ja ir iespējota datu kopa “C”.

Datu kopni noteiktā laikā izmanto jebkura no datu kopām “A”, “B” vai “C”, lai novērstu strīdus.

Mēs varam arī izveidot dupleksu (divvirzienu) sakarus, savienojot divus trīs stāvokļu buferus paralēli un pretēji. Iespējas tapas var izmantot kā virziena vadību. Šāda veida lietojumiem var izmantot IC 74245.

Šeit ir vispārpieejamais digitālo buferu un triju valstu buferu saraksts:

• 74LS07 Hex neinvertējošs buferis
• 74LS17 sešstūra buferis / draiveris
• 74LS244 astoņstūra buferis / līnijas draiveris
• 74LS245 Octal divvirzienu buferis
• CD4050 Hex neinvertējošais buferis
• CD4503 Hex Tri-state buferis
• HEF40244 trīsstāvu astoņstūra buferis

Tas noslēdz mūsu diskusiju par digitālo buferu darbību un to dažādajām digitālajām konfigurācijām. Es ceru, ka tas palīdzēja jums labi izprast detaļas. Ja jums ir kādi jautājumi vai ieteikumi, lūdzu, izsakiet savus jautājumus komentāru sadaļā, lai saņemtu ātru atbildi.