Bufor cyfrowy - praca, definicja, tablica prawdy, podwójna inwersja, fan-out

Wypróbuj Nasz Instrument Do Eliminowania Problemów





Stopień buforowy w zasadzie wzmocniony stopień pośredni, który umożliwia prądowi wejściowemu osiągnięcie wyjścia bez wpływu obciążenia wyjściowego.

W tym poście postaramy się zrozumieć, czym są bufory cyfrowe i przyjrzymy się jego definicji, symbolom, tablicy prawdy, podwójnej inwersji przy użyciu bramki logicznej „NIE”, rozwanikowanie bufora cyfrowego, bufor trójstanowy, ekwiwalent trójstanowego przełącznika bufora, aktywny bufor trójstanowy „HIGH”, aktywny bufor trójstanowy odwracający „HIGH”, bufor trójstanowy aktywny w stanie „LOW”, odwracający bufor trójstanowy, aktywny bufor trójstanowy „LOW”, sterowanie buforem trójstanowym , sterowanie magistralą danych bufora trójstanowego, a na koniec omówimy powszechnie dostępne układy scalone bufora cyfrowego i bufora trójstanowego.



W jednym z poprzednich postów dowiedzieliśmy się o bramce logicznej „NIE” zwanej również falownikiem cyfrowym. W bramce NOT wyjście jest zawsze uzupełnieniem wejścia.

Tak więc, jeśli wejście jest „WYSOKIE” wyjście zmienia stan na „NISKIE”, jeśli wejście jest „NISKIE”, wyjście zmienia stan na „WYSOKI”, więc jest to nazywane falownikiem.



Może zaistnieć sytuacja, w której wyjście będzie wymagało odseparowania lub odizolowania od wejścia lub w przypadkach, gdy wejście może być dość słabe i musi zasilać obciążenia wymagające wyższego prądu bez odwracania polaryzacji sygnału za pomocą przekaźnika, tranzystora itp. W takich sytuacjach przydatne stają się bufory cyfrowe, które są skutecznie stosowane jako bufory między źródłem sygnału a rzeczywistym stopniem sterownika obciążenia.

Taki bramki logiczne który może dostarczyć sygnał wyjściowy taki sam jak wejście i działać jako pośredni stopień buforowania, nazywany jest buforem cyfrowym.

Bufor cyfrowy nie dokonuje żadnej inwersji podawanego sygnału i nie jest też urządzeniem „decyzyjnym”, jak bramka logiczna „NIE”, ale przekazuje to samo wyjście co wejście.

Ilustracja bufora cyfrowego:

bufor cyfrowy

Powyższy symbol jest podobny do logicznej bramki „NIE” bez „o” na końcu trójkąta, co oznacza, że ​​nie wykonuje żadnej inwersji.

Równanie boolowskie dla bufora cyfrowego to Y = A.

„Y” to wejście, a „A” wyjście.

Tabela prawdy:

Podwójna inwersja za pomocą bramek logicznych „NIE”:

Bufor cyfrowy można skonstruować za pomocą dwóch bramek logicznych „NIE” w następujący sposób:

cyfrowy obwód bufora pokazujący podwójną inwersję

Sygnał wejściowy jest najpierw odwracany przez pierwszą bramkę NOT po lewej stronie, a następnie odwrócony sygnał jest dalej odwracany przez następną bramkę „NOT” po prawej stronie, co powoduje, że wyjście jest takie samo jak wejście.

Dlaczego używane są bufory cyfrowe

Teraz możesz drapać się w głowę, dlaczego cyfrowy bufor w ogóle istnieje, nie wykonuje żadnej operacji jak inne bramki logiczne, moglibyśmy po prostu wyrzucić bufor cyfrowy z obwodu i podłączyć kawałek drutu …… .Prawidłowo? No nie bardzo.

Oto odpowiedź : Bramka logiczna nie wymaga wysokiego prądu do wykonywania jakichkolwiek operacji. Wymaga tylko poziomu napięcia (5 V lub 0 V) ​​przy niskim prądzie.

Wszystkie typy bramek logicznych obsługują przede wszystkim wbudowany wzmacniacz, dzięki czemu wyjście nie jest zależne od sygnałów wejściowych. Jeśli połączymy kaskadowo dwie bramki logiczne „NIE” w szeregu, otrzymamy taką samą polaryzację sygnału jak wejście na pinie wyjściowym, ale ze stosunkowo wyższym prądem. Innymi słowy, bufor cyfrowy działa jak wzmacniacz cyfrowy.

Bufor cyfrowy może być używany jako stopień izolacji między stopniami generatora sygnału i stopniami sterownika, a także pomaga zapobiegać wpływaniu impedancji na jeden obwód od drugiego.

Bufor cyfrowy może zapewnić wyższe natężenie prądu, które można wykorzystać do wydajniejszego sterowania tranzystorami przełączającymi.

Bufor cyfrowy zapewnia większe wzmocnienie, nazywane również funkcją „fan-out”.

Możliwość rozprowadzania cyfrowego bufora:

cyfrowe wyjście bufora

FAN-OUT : Fan-out można zdefiniować jako liczbę bramek logicznych lub cyfrowych układów scalonych, które mogą być sterowane równolegle przez bufor cyfrowy (lub dowolne cyfrowe układy scalone).

Typowy bufor cyfrowy ma fan-out 10, co oznacza, że ​​bufor cyfrowy może sterować równolegle 10 cyfrowymi układami scalonymi.

FAN-IN : Fan-in to liczba wejść cyfrowych, które mogą być zaakceptowane przez cyfrową bramkę logiczną lub cyfrowy układ scalony.

Na powyższym schemacie bufor cyfrowy ma fan-in 1, co oznacza jedno wejście. Bramka „AND” z logiką „2 wejścia” ma wlot dwóch i tak dalej.

Z powyższego schematu bufor jest podłączony do 3 wejść trzech różnych bramek logicznych.

Jeśli podłączymy tylko kawałek przewodu w miejsce bufora w powyższym obwodzie, sygnał wejściowy może nie mieć wystarczającego prądu i powoduje spadek napięcia na bramkach i może nawet nie rozpoznać sygnału.

Podsumowując, bufor cyfrowy jest używany do wzmacniania sygnału cyfrowego z wyższym prądem wyjściowym.

Bufor trójstanowy

Teraz wiemy, co robi bufor cyfrowy i dlaczego istnieje w układach elektronicznych. Te bufory mają dwa stany „WYSOKI” i „NISKI”. Istnieje inny typ bufora zwany „buforem trójstanowym”.

Ten bufor ma dodatkowy pin o nazwie „Włącz pin”. Za pomocą pinu włączającego możemy elektronicznie podłączyć lub odłączyć wyjście od wejścia.

Podobnie jak zwykły bufor, działa jako wzmacniacz cyfrowy i daje sygnał wyjściowy taki sam jak sygnał wejściowy, jedyną różnicą jest to, że wyjście można podłączyć i rozłączyć elektronicznie za pomocą pinu włączającego.

Tak więc wprowadzany jest trzeci stan, w którym wyjście nie jest ani „WYSOKIE”, ani „NISKIE”, ale stan otwartego obwodu lub wysoka impedancja na wyjściu nie będzie reagować na sygnały wejściowe. Ten stan jest określany jako „WYSOKI-Z” lub „WYSOKI-Z”.

bufor trójstanowy

Powyższe jest równoważnym obwodem bufora trójstanowego. Pin włączający może łączyć lub odłączać wyjście od wejścia.

Istnieją cztery typy buforów trójstanowych:
• Aktywny bufor trójstanowy „HIGH”
• Aktywny bufor trójstanowy „LOW”
• Aktywny bufor trójstanowy odwracający „HIGH”
• Aktywny bufor trójstanowy odwracający „LOW”
Przyjrzyjmy się każdemu z nich po kolei.

Aktywny bufor trójstanowy „WYSOKI”

bufor cyfrowy aktywny stan wysoki

W buforze trójstanowym Active „HIGH” (na przykład: 74LS241) pin wyjściowy zostaje podłączony do pinu wejściowego, gdy zastosujemy sygnał „HIGH” lub „1” lub dodatni na pinie aktywującym.

Jeśli podamy sygnał „LOW” lub „0” lub ujemny do pinu włączającego, wyjście zostanie odłączone od wejścia i przejdzie w stan „HI-Z”, w którym wyjście nie będzie reagować na wejście, a wyjście będzie w stanie rozwartym.

Aktywny bufor trójstanowy „LOW”

aktywny stan niskiego tri

Tutaj wyjście zostanie podłączone do wejścia, gdy zastosujemy „LOW” lub „0” lub ujemny sygnał na pinie włączającym.
Jeżeli zastosujemy sygnał „HIGH” lub „1” lub dodatni do pinu włączającego, to wyjście zostanie odłączone od wejścia, a wyjście będzie w stanie „HI-Z” / stanie rozwartym.

Tabela prawdy:

Aktywny bufor trójstanowy odwracający „WYSOKI”

W aktywnym buforze trójstanowym odwracającym „HIGH” (przykład: 74LS240), bramka działa jako bramka logiczna „NIE”, ale z pinem włączającym.

Jeśli zastosujemy „WYSOKI” lub „1” lub dodatni sygnał na wejściu aktywującym, bramka zostanie aktywowana i będzie działać jak zwykła bramka logiczna „NIE”, której wyjście jest odwrócone / uzupełniające wejście.
Jeśli podamy sygnał „LOW” lub „0” lub ujemny do pinu włączającego, wyjście będzie w stanie „HI-Z” lub w stanie rozwartym.

Tabela prawdy:

Aktywny bufor trójstanowy z odwracaniem „LOW”:

bufor cyfrowy aktywny stan niski

W aktywnym buforze trójstanowym z odwracaniem „LOW”, bramka działa jako bramka logiczna „NOT”, ale z pinem włączającym.

Jeśli zastosujemy „LOW” lub „0” lub sygnał ujemny, aby włączyć pin, bramka uaktywni się i będzie działać jak zwykła bramka logiczna „NOT”.
Jeśli zastosujemy sygnał „HIGH” lub „1” lub dodatni do pinu włączającego, pin wyjściowy będzie w stanie „HI-Z” / stan obwodu otwartego.

Tabela prawdy:

Trójstanowa kontrola bufora:

Z powyższego widzieliśmy, że bufor może zapewnić cyfrowe wzmocnienie, a bufory trójstanowe mogą całkowicie odłączyć jego wyjście od wejścia i podać stan otwartego obwodu.

W tej sekcji dowiemy się o zastosowaniu bufora trójstanowego i sposobie jego wykorzystania w obwodach cyfrowych do efektywnego zarządzania komunikacją danych.

W obwodach cyfrowych możemy znaleźć magistralę danych / przewody przenoszące dane, przenoszą one wszystkie rodzaje danych w jednej magistrali, aby zmniejszyć zatory okablowania / zmniejszyć ślady PCB, a także zmniejszyć koszty produkcji.

Na każdym końcu magistrali połączonych jest wiele urządzeń logicznych, mikroprocesorów i mikrokontrolerów, które próbują komunikować się ze sobą jednocześnie, tworząc coś, co nazywa się rywalizacją.

Konflikt występuje w obwodzie, gdy niektóre urządzenia w magistrali działają w trybie „HIGH”, a niektóre jednocześnie w trybie „LOW”, co powoduje zwarcie i uszkodzenie obwodu.

Bufor trójstanowy pozwala uniknąć takiej rywalizacji i prawidłowo wysyłać i odbierać dane przez magistralę.

Trójstanowe sterowanie magistralą danych bufora:

Bufor trójstanowy służy do izolowania urządzeń logicznych, mikroprocesorów i mikrokontrolerów od siebie w magistrali danych. Dekoder umożliwia przesyłanie danych przez magistralę tylko jednemu zestawowi buforów trójstanowych.

Powiedzmy, czy zestaw danych „A” jest podłączony do mikrokontrolera, zestaw danych „B” do mikroprocesora, a zestaw danych „C” do niektórych układów logicznych.

Na powyższym schemacie wszystkie bufory są aktywnymi buforami trójstanowymi.

Kiedy dekoder ustawia ENA „HIGH”, zestaw danych „A” jest włączony, teraz mikrokontroler może przesyłać dane przez magistralę.

Pozostałe dwa zestawy danych „B” i „C” są w stanie „HI-Z” lub bardzo wysokiej impedancji, co powoduje elektryczną izolację mikroprocesora i obwodów logicznych od magistrali, która jest obecnie używana przez mikrokontroler.

Gdy dekoder ustawia ENB na „HIGH”, zestaw danych „B” może przesyłać dane przez magistralę, a pozostałe zestawy danych „A” i „C” są izolowane od magistrali w stanie „HI-Z”. Podobnie, gdy włączony jest zestaw danych „C”.

Magistrala danych jest używana przez dowolny zestaw danych „A”, „B” lub „C” w danym momencie, aby zapobiec rywalizacji.

Możemy również ustanowić komunikację dupleksową (dwukierunkową), łącząc dwa bufory trójstanowe równolegle iw przeciwnym kierunku. Kołki włączające mogą służyć jako sterowanie kierunkiem. Do tego rodzaju zastosowań można wykorzystać układ IC 74245.

Oto powszechnie dostępna lista buforów cyfrowych i buforów trójstanowych:

• 74LS07 Szesnastkowy bufor nieodwracający
• Sześciokątny bufor / sterownik 74LS17
• 74LS244 Octal Buffer / Line Driver
• 74LS245 Octal dwukierunkowy bufor
• Nieodwracający bufor Hex CD4050
• Szesnastkowy bufor trójstanowy CD4503
• Trójstanowy bufor ósemkowy HEF40244

To kończy naszą dyskusję na temat działania buforów cyfrowych i ich różnych konfiguracji cyfrowych. Mam nadzieję, że pomogło to dobrze zrozumieć szczegóły. Jeśli masz dodatkowe pytania lub sugestie, prosimy o wyrażenie swoich pytań w sekcji komentarzy, możesz otrzymać szybką odpowiedź.




Poprzedni: Jak działają bramki logiczne Dalej: Zrozumienie rezystorów pull-up i pull-down za pomocą diagramów i wzorów