Digitale buffer - werken, definitie, waarheidstabel, dubbele inversie, fan-out

Een buffertrap in feite een versterkte tussenliggende trap waardoor de ingangsstroom de uitgang kan bereiken zonder beïnvloed te worden door de uitgangsbelasting.

In dit bericht zullen we proberen te begrijpen wat digitale buffers zijn, en we zullen de definitie, het symbool, de waarheidstabel, dubbele inversie met behulp van logische 'NIET' -poort, digitale buffer ventilator uit ventilator in, tri-state buffer bekijken, tri-state buffer schakelaar equivalent, actieve 'HIGH' tri-state buffer, actieve 'HIGH' inverterende tri-state buffer, actieve 'LOW' state tri-state buffer, actieve 'LOW' inverterende tri-state buffer, tri-state buffer controle , tri-state buffer databus controle en tot slot zullen we een overzicht geven van algemeen beschikbare digitale buffer en tri-state buffer IC's.

In een van de vorige berichten leerden we over logische 'NIET' -poort die ook wel digitale omvormer wordt genoemd. In een NIET-poort is de uitvoer altijd complementair aan de invoer.

Dus als de invoer 'HOOG' is, wordt de uitvoer 'LAAG', als de invoer 'LAAG' is, wordt de uitvoer 'HOOG', dus dit wordt omvormer genoemd.

Er kan een situatie zijn waarin de uitgang moet worden gescheiden of geïsoleerd van de ingang, of in gevallen waarin de ingang vrij zwak kan zijn en belastingen moet aansturen die een hogere stroom vereisen zonder de polariteit van het signaal om te keren met behulp van een relais of transistor enz. In dergelijke situaties worden digitale buffers nuttig en worden ze effectief toegepast als buffers tussen de signaalbron en de feitelijke belastingstuurtrap.

Zo'n logische poorten die signaaluitvoer hetzelfde kan leveren als invoer en fungeren als tussenliggende buffertrap, wordt digitale buffer genoemd.

Een digitale buffer voert geen inversie uit van het toegevoerde signaal en is ook geen 'beslissings'-apparaat, zoals een logische 'NIET' -poort, maar geeft dezelfde output als input.

Illustratie van digitale buffer:

Het bovenstaande symbool is vergelijkbaar met de logische 'NIET' -poort zonder de 'o' aan het uiteinde van de driehoek, wat betekent dat het geen enkele inversie uitvoert.

De Booleaanse vergelijking voor de digitale buffer is Y = A.

'Y' is de invoer en 'A' -uitvoer.

Waarheidstabel:

Dubbele inversie met behulp van logische 'NIET' -poorten:

Een digitale buffer kan op de volgende manier worden geconstrueerd met behulp van twee logische 'NIET' -poorten:

Het ingangssignaal wordt eerst geïnverteerd door de eerste NIET-poort aan de linkerkant en het geïnverteerde signaal wordt vervolgens verder geïnverteerd door de volgende 'NIET' -poort aan de rechterkant, waardoor de uitvoer hetzelfde wordt als de invoer.

Waarom digitale buffers worden gebruikt

Nu krab je je misschien achter je hoofd waarom de digitale buffer zelfs bestaat, hij doet geen enkele bewerking zoals andere logische poorten, we kunnen de digitale buffer gewoon uit een circuit gooien en een stuk draad aansluiten ... correct? Nou niet echt.

Hier is het antwoord : Een logische poort heeft geen hoge stroom nodig om bewerkingen uit te voeren. Het vereist alleen een spanningsniveau (5V of 0V) bij een lage stroomsterkte is voldoende.

Alle soorten logische poorten ondersteunen voornamelijk een ingebouwde versterker, zodat de uitvoer niet afhankelijk is van ingangssignalen. Als we twee logische 'NIET' -poorten in serie schakelen, krijgen we dezelfde signaalpolariteit als de ingang op de uitgangspen, maar met een relatief hogere stroom. Met andere woorden, de digitale buffer werkt als een digitale versterker.

Een digitale buffer kan worden gebruikt als een isolatietrap tussen signaalgeneratortrappen en drivertrappen, en helpt ook voorkomen dat impedantie het ene circuit van het andere beïnvloedt.

Een digitale buffer kan een hogere stroomcapaciteit bieden die kan worden gebruikt om schakeltransistoren efficiënter aan te sturen.

De digitale buffer zorgt voor een hogere versterking, ook wel 'fan-out' genoemd.

Digitale buffer fan-out mogelijkheid:

UITWAAIEREN : De fan-out kan worden gedefinieerd als het aantal logische poorten of digitale IC's dat parallel kan worden aangestuurd door een digitale buffer (of andere digitale IC's).

Een typische digitale buffer heeft een fan-out van 10, wat betekent dat de digitale buffer 10 digitale IC's parallel kan aansturen.

FAN-IN : De fan-in is het aantal digitale ingangen dat kan worden geaccepteerd door de digitale logische poort of het digitale IC.

In het bovenstaande schema heeft de digitale buffer een fan-in van 1, wat één ingang betekent. Een logische EN-poort met ‘2 ingangen’ heeft een ventilator-in van twee enzovoort.

Vanuit het bovenstaande schema is een buffer verbonden met de 3 ingangen van drie verschillende logische poorten.

Als we gewoon een stuk draad aansluiten op de plaats van de buffer in het bovenstaande circuit, heeft het ingangssignaal mogelijk niet voldoende stroom en zorgt het ervoor dat de spanning over de poorten daalt en het signaal mogelijk niet eens wordt herkend.

Dus tot slot wordt een digitale buffer gebruikt voor het versterken van een digitaal signaal met een hogere stroomuitvoer.

Tri-state buffer

Nu weten we wat een digitale buffer doet en waarom hij in elektronische schakelingen bestaat. Deze buffers hebben twee toestanden 'HIGH' en 'LOW'. Er is een ander type buffer genaamd 'Tri-state buffer'.

Deze buffer heeft een extra pin genaamd 'Enable pin'. Met behulp van de activeringspin kunnen we de uitvoer elektronisch verbinden of loskoppelen.

Net als een normale buffer werkt het als een digitale versterker en geeft het uitgangssignaal hetzelfde als het ingangssignaal, het enige verschil is dat de uitgang elektronisch kan worden aangesloten en losgekoppeld door de activeringspin.

Er wordt dus een derde toestand geïntroduceerd, hierin is de uitgang noch 'HOOG' noch 'LAAG' maar een open circuittoestand of hoge impedantie aan de uitgang en zal niet reageren op de ingangssignalen. Deze toestand wordt 'HIGH-Z' of 'HI-Z' genoemd.

Het bovenstaande is het equivalente circuit van de tri-state buffer. De activeringspin kan de output van de input verbinden of loskoppelen.

Er zijn vier soorten Tri-state-buffer:
• Actieve 'HIGH' Tri-state buffer
• Actieve 'LOW' Tri-state buffer
• Actieve 'HIGH' inverterende tri-state buffer
• Actieve 'LOW' omkerende Tri-state buffer
Laten we ze allemaal opeenvolgend bekijken.

Actieve 'HIGH' tri-state buffer

In de actieve 'HIGH' tri-state buffer (bijvoorbeeld: 74LS241) wordt de output pin verbonden met de input pin wanneer we 'HIGH' of '1' of een positief signaal toepassen op de enable pin.

Als we 'LOW' of '0' of een negatief signaal toepassen op de activeringspin, wordt de uitgang losgekoppeld van de ingang en gaat deze naar de 'HI-Z' -status waar de uitgang niet reageert op de ingang en de uitgang in een open circuit staat.

Actieve 'LOW' tri-state buffer

Hier wordt de uitgang verbonden met de ingang als we 'LOW' of '0' of negatief signaal toepassen op de activeringspin.
Als we 'HIGH' of '1' of een positief signaal toepassen om pin in te schakelen, wordt de output losgekoppeld van de input en bevindt de output zich in de status 'HI-Z' / open circuit.

Waarheidstabel:

Actieve 'HIGH' inverterende tri-state buffer

In actieve 'HIGH' inverterende Tri-state buffer (voorbeeld: 74LS240), fungeert de poort als logische 'NIET' poort maar met de activeringspin.

Als we 'HIGH' of '1' of een positief signaal toepassen op de activeringsingang, wordt de poort geactiveerd en gedraagt ​​deze zich als een normale logische 'NIET' -poort waarvan de uitgang inversie / complementair is aan de ingang.
Als we 'LOW' of '0' of negatief signaal toepassen op de activeringspin, zal de output in 'HI-Z' of open circuittoestand zijn.

Waarheidstabel:

Actieve 'LOW' inverterende tri-state buffer:

In actieve 'LOW' inverterende Tri-state buffer, fungeert de poort als logische 'NIET' poort maar met een activeringspin.

Als we 'LAAG' of '0' of een negatief signaal toepassen om de pin in te schakelen, wordt de poort geactiveerd en werkt hij als een normale logische 'NIET' poort.
Als we 'HIGH' of '1' of positief signaal toepassen om pin in te schakelen, zal de output pin in 'HI-Z' staat / open circuit staat.

Waarheidstabel:

Tri-state bufferregeling:

Uit het bovenstaande hebben we gezien dat een buffer digitale versterking kan bieden en dat tri-state buffers de uitvoer volledig kunnen loskoppelen van de invoer en een open circuitstatus kunnen geven.

In deze sectie zullen we leren over de toepassing van de tri-state buffer en hoe deze wordt gebruikt in digitale circuits voor het efficiënt beheren van datacommunicatie.

In digitale circuits kunnen we een databus / draden vinden die gegevens vervoeren, ze dragen allerlei soorten gegevens in een enkele bus om bedradingscongestie te verminderen / PCB-sporen te verminderen en ook de productiekosten te verlagen.

Aan elk uiteinde van de bus zijn meerdere logische apparaten, microprocessors en microcontrollers aangesloten die proberen om tegelijkertijd met elkaar te communiceren, wat een zogenaamde twist creëert.

Er treedt conflict op in een circuit wanneer sommige apparaten in een bus tegelijkertijd 'HOOG' en sommige apparaten tegelijkertijd 'LAAG' aandrijven, wat kortsluiting veroorzaakt en schade in een circuit veroorzaakt.

Tri-state buffer kan een dergelijke twist vermijden en gegevens correct via een bus verzenden en ontvangen.

De tri-state buffer wordt gebruikt om logische apparaten, microprocessors en microcontrollers van elkaar te isoleren in een databus. Een decoder laat slechts één set tri-state buffers toe om gegevens door de bus te sturen.

Stel dat de dataset 'A' is verbonden met een microcontroller, dataset 'B' met een microprocessor en dataset 'C' met enkele logische circuits.

In het bovenstaande schema zijn alle buffers een actieve buffer met een hoge tri-state.

Wanneer de decoder de ENA 'HIGH' instelt, is de dataset 'A' ingeschakeld, nu kan de microcontroller gegevens via de bus verzenden.

De rest van de twee datasets 'B' en 'C' bevinden zich in 'HI-Z' of zeer hoge impedantietoestand die de microprocessor en logische circuits elektrisch isoleren van de bus, die momenteel wordt gebruikt door de microcontroller.

Wanneer de decoder ENB 'HIGH' instelt, kan de dataset 'B' data over de bus verzenden en de rest van de datasets 'A' en 'C' worden geïsoleerd van de bus in 'HI-Z' -toestand. Evenzo voor wanneer dataset 'C' is ingeschakeld.

De databus wordt gebruikt door elk van de datasets 'A' of 'B' of 'C' op een bepaald moment om onenigheid te voorkomen.

We kunnen ook duplex (bidirectionele) communicatie tot stand brengen door twee tri-state buffers parallel en in tegengestelde richting aan te sluiten. De activeringspennen kunnen worden gebruikt als richtingsregeling. Voor dergelijke toepassingen kan IC 74245 worden gebruikt.

Hier is de algemeen beschikbare lijst met digitale buffers en Tri-state buffers:

• 74LS07 Hex niet-inverterende buffer
• 74LS17 Hex Buffer / Driver
• 74LS244 Octal Buffer / Line Driver
• 74LS245 Octale bidirectionele buffer
• CD4050 Hex niet-inverterende buffer
• CD4503 Hex Tri-state Buffer
• HEF40244 Tri-state octale buffer

Hiermee is onze discussie over de werking van digitale buffers en hun verschillende digitale configuraties afgerond. Ik hoop dat het u heeft geholpen de details goed te begrijpen. Als u nog vragen of suggesties heeft, kunt u uw vragen kenbaar maken in de commentaarsectie. U kunt dan snel een antwoord krijgen.