Bộ đệm kỹ thuật số - Làm việc, Định nghĩa, Bảng Chân thực, Đảo đôi, Quạt ra

Giai đoạn đệm về cơ bản là giai đoạn trung gian được gia cố cho phép dòng điện đầu vào đạt đến đầu ra mà không bị ảnh hưởng bởi tải đầu ra.

Trong bài đăng này, chúng tôi sẽ cố gắng hiểu bộ đệm kỹ thuật số là gì và chúng tôi sẽ xem xét định nghĩa, ký hiệu, bảng sự thật, đảo ngược kép sử dụng cổng logic 'NOT', quạt bộ đệm kỹ thuật số ra quạt vào, bộ đệm ba trạng thái, tương đương công tắc bộ đệm ba trạng thái, bộ đệm ba trạng thái hoạt động “CAO”, bộ đệm ba trạng thái đảo ngược hoạt động “CAO” hoạt động, bộ đệm ba trạng thái hoạt động “LOW”, bộ đệm ba trạng thái đảo ngược hoạt động “LOW”, điều khiển bộ đệm ba trạng thái , điều khiển bus dữ liệu bộ đệm ba trạng thái và cuối cùng chúng ta sẽ xem xét tổng quan về bộ đệm kỹ thuật số và IC đệm ba trạng thái thường có sẵn.

Trong một trong những bài viết trước, chúng ta đã tìm hiểu về cổng logic “NOT” còn được gọi là biến tần kỹ thuật số. Trong cổng NOT, đầu ra luôn bổ sung cho đầu vào.

Vì vậy, nếu đầu vào là “CAO” thì đầu ra chuyển sang “THẤP”, nếu đầu vào là “THẤP” thì đầu ra chuyển sang “CAO”, vì vậy đây được gọi là biến tần.

Có thể xảy ra trường hợp đầu ra cần được tách biệt hoặc cách ly với đầu vào, hoặc trong trường hợp đầu vào có thể khá yếu và cần truyền tải yêu cầu dòng điện cao hơn mà không đảo ngược cực tính của tín hiệu bằng cách sử dụng rơ le hoặc bóng bán dẫn, v.v. Trong những tình huống như vậy, bộ đệm kỹ thuật số trở nên hữu ích và được áp dụng hiệu quả làm bộ đệm giữa nguồn tín hiệu và giai đoạn trình điều khiển tải thực tế.

Như là cổng logic mà có thể cung cấp đầu ra tín hiệu giống như đầu vào và hoạt động như giai đoạn đệm trung gian được gọi là bộ đệm kỹ thuật số.

Bộ đệm kỹ thuật số không thực hiện bất kỳ sự đảo ngược nào của tín hiệu được cung cấp và nó cũng không phải là thiết bị 'ra quyết định', giống như cổng logic 'NOT', nhưng đưa ra cùng một đầu ra như đầu vào.

Hình minh họa của Digital Buffer:

Biểu tượng trên tương tự như cổng logic “NOT” không có chữ “o” ở đầu của tam giác, có nghĩa là nó không thực hiện bất kỳ sự đảo ngược nào.

Phương trình Boolean cho bộ đệm kỹ thuật số là Y = A.

“Y” là đầu vào và đầu ra “A”.

Bảng sự thật:

Đảo ngược kép sử dụng cổng logic 'KHÔNG':

Một bộ đệm kỹ thuật số có thể được xây dựng bằng cách sử dụng hai cổng logic “NOT” theo cách sau:

Đầu tiên, tín hiệu đầu vào được đảo ngược bởi cổng NOT đầu tiên ở phía bên trái và tín hiệu đảo ngược sau đó được đảo ngược thêm bởi cổng 'NOT' tiếp theo ở phía bên phải, làm cho đầu ra giống như đầu vào.

Tại sao bộ đệm kỹ thuật số được sử dụng

Bây giờ bạn có thể đang gãi đầu tại sao bộ đệm kỹ thuật số thậm chí tồn tại, nó không thực hiện bất kỳ hoạt động nào giống như các cổng logic khác, chúng ta có thể ném bộ đệm kỹ thuật số ra khỏi mạch và kết nối một đoạn dây …… .chính xác? Cũng không hẳn.

Đây là câu trả lời : Một cổng logic không yêu cầu dòng điện cao để thực hiện bất kỳ hoạt động nào. Nó chỉ cần một mức điện áp (5V hoặc 0V) ở dòng điện thấp là đủ.

Tất cả các loại cổng logic chủ yếu hỗ trợ một bộ khuếch đại tích hợp để đầu ra không phụ thuộc vào tín hiệu đầu vào. Nếu chúng ta ghép nối tiếp hai cổng logic 'NOT', chúng ta sẽ nhận được cùng cực tín hiệu như đầu vào ở chân đầu ra nhưng với dòng điện tương đối cao hơn. Nói cách khác, bộ đệm kỹ thuật số hoạt động giống như một bộ khuếch đại kỹ thuật số.

Bộ đệm kỹ thuật số có thể được sử dụng như một giai đoạn cách ly giữa các giai đoạn tạo tín hiệu và các giai đoạn trình điều khiển, nó cũng giúp ngăn ngừa trở kháng ảnh hưởng đến mạch này với mạch khác.

Bộ đệm kỹ thuật số có thể cung cấp khả năng hiện tại cao hơn có thể được sử dụng để điều khiển các bóng bán dẫn chuyển mạch hiệu quả hơn.

Bộ đệm kỹ thuật số cung cấp khả năng khuếch đại cao hơn, còn được gọi là khả năng “quạt ra”.

Khả năng quạt ra của bộ đệm kỹ thuật số:

QUẠT RA : Quạt ra có thể được định nghĩa là số lượng cổng logic hoặc IC kỹ thuật số có thể được điều khiển song song bằng bộ đệm kỹ thuật số (hoặc bất kỳ IC kỹ thuật số nào).

Bộ đệm kỹ thuật số điển hình có quạt ra 10, có nghĩa là bộ đệm kỹ thuật số có thể điều khiển 10 IC kỹ thuật số song song.

QUẠT VÀO : Fan-in là số lượng đầu vào kỹ thuật số có thể được chấp nhận bởi cổng logic kỹ thuật số hoặc IC kỹ thuật số.

Trong sơ đồ trên, bộ đệm kỹ thuật số có quạt vào là 1, có nghĩa là một đầu vào. Cổng “AND” logic ‘2 đầu vào’ có quạt vào của hai, v.v.

Từ sơ đồ trên, một bộ đệm được kết nối với 3 đầu vào của ba cổng logic khác nhau.

Nếu chúng ta chỉ kết nối một đoạn dây vào vị trí của bộ đệm trong mạch trên, tín hiệu đầu vào có thể không đủ dòng và gây ra điện áp giảm qua các cổng và thậm chí có thể không nhận ra tín hiệu.

Vì vậy, kết luận một bộ đệm kỹ thuật số được sử dụng để khuếch đại tín hiệu kỹ thuật số với đầu ra dòng điện cao hơn.

Bộ đệm ba trạng thái

Bây giờ chúng ta biết đệm kỹ thuật số làm gì và tại sao nó tồn tại trong các mạch điện tử. Các bộ đệm này có hai trạng thái 'CAO' và 'THẤP'. Có một loại bộ đệm khác được gọi là “Bộ đệm ba trạng thái”.

Bộ đệm này có một chân bổ sung được gọi là “Ghim bật”. Sử dụng chân kích hoạt, chúng tôi có thể kết nối hoặc ngắt kết nối đầu ra khỏi đầu vào bằng điện tử.

Giống như một bộ đệm thông thường, nó hoạt động như bộ khuếch đại kỹ thuật số và cho tín hiệu đầu ra giống như tín hiệu đầu vào, điểm khác biệt duy nhất là đầu ra có thể được kết nối điện tử và ngắt kết nối bằng chân bật.

Vì vậy, trạng thái thứ ba được đưa vào, ở đầu ra này không phải là “CAO” cũng không phải “THẤP” mà là trạng thái hở mạch hoặc trở kháng cao ở đầu ra và sẽ không đáp ứng với các tín hiệu đầu vào. Trạng thái này được gọi là 'HIGH-Z' hoặc 'HI-Z'.

Trên đây là mạch tương đương của bộ đệm ba trạng thái. Chân kích hoạt có thể kết nối hoặc ngắt kết nối đầu ra khỏi đầu vào.

Có bốn loại bộ đệm Tri-state:
• Bộ đệm ba trạng thái “CAO” đang hoạt động
• Bộ đệm ba trạng thái “LOW” đang hoạt động
• Bộ đệm ba trạng thái đảo ngược “CAO” đang hoạt động
• Bộ đệm Ba trạng thái đảo ngược “THẤP” đang hoạt động
Hãy xem xét từng thứ một theo trình tự.

Bộ đệm ba trạng thái “CAO” đang hoạt động

Trong bộ đệm ba trạng thái Hoạt động “CAO” (ví dụ: 74LS241), chân đầu ra được kết nối với chân đầu vào khi chúng tôi áp dụng tín hiệu “CAO” hoặc “1” hoặc tích cực tại chân bật.

Nếu chúng ta áp dụng tín hiệu “LOW” hoặc “0” hoặc âm cho chân bật, đầu ra sẽ bị ngắt kết nối khỏi đầu vào và chuyển sang trạng thái “HI-Z” nơi đầu ra sẽ không phản hồi với đầu vào và đầu ra sẽ ở trạng thái mạch hở.

Bộ đệm ba trạng thái “LOW” đang hoạt động

Ở đây đầu ra sẽ được kết nối với đầu vào khi chúng ta áp dụng tín hiệu “LOW” hoặc “0” hoặc âm tại chân bật.
Nếu chúng ta áp dụng tín hiệu “CAO” hoặc “1” hoặc tích cực để kích hoạt chân, đầu ra bị ngắt kết nối khỏi đầu vào và đầu ra sẽ ở trạng thái “HI-Z” / trạng thái mạch hở.

Bảng sự thật:

Bộ đệm ba trạng thái đảo ngược “CAO” đang hoạt động

Trong bộ đệm Tri-trạng thái đảo ngược “CAO” đang hoạt động (ví dụ: 74LS240), cổng hoạt động như cổng logic “NOT” nhưng với chân bật.

Nếu chúng ta áp dụng tín hiệu “CAO” hoặc “1” hoặc tích cực ở đầu vào cho phép, cổng sẽ được kích hoạt và hoạt động như một cổng logic thông thường “KHÔNG” trong đó đầu ra của nó là đầu vào nghịch đảo / bổ sung.
Nếu chúng ta áp dụng tín hiệu “LOW” hoặc “0” hoặc âm cho chân bật, đầu ra sẽ ở trạng thái “HI-Z” hoặc mạch hở.

Bảng sự thật:

Bộ đệm ba trạng thái đảo ngược “THẤP” đang hoạt động:

Trong bộ đệm Ba trạng thái đảo ngược “LOW” đang hoạt động, cổng hoạt động như cổng logic “NOT” nhưng với chân bật.

Nếu chúng ta áp dụng tín hiệu “LOW” hoặc “0” hoặc âm để kích hoạt pin, cổng sẽ kích hoạt và hoạt động giống như cổng “NOT” logic thông thường.
Nếu chúng ta áp dụng tín hiệu “CAO” hoặc “1” hoặc tích cực để kích hoạt chân, chân đầu ra sẽ ở trạng thái “HI-Z” / trạng thái mạch hở.

Bảng sự thật:

Kiểm soát bộ đệm ba trạng thái:

Từ phần trên, chúng ta thấy rằng một bộ đệm có thể cung cấp khuếch đại kỹ thuật số và bộ đệm ba trạng thái có thể ngắt hoàn toàn đầu ra của nó khỏi đầu vào và tạo ra trạng thái mạch hở.

Trong phần này, chúng ta sẽ tìm hiểu về ứng dụng của bộ đệm ba trạng thái và cách nó được sử dụng trong các mạch kỹ thuật số để quản lý truyền thông dữ liệu một cách hiệu quả.

Trong các mạch kỹ thuật số, chúng ta có thể tìm thấy một bus dữ liệu / dây truyền dữ liệu, chúng mang tất cả các loại dữ liệu trong một bus duy nhất để giảm tắc nghẽn dây dẫn / giảm dấu vết PCB và cũng giảm chi phí sản xuất.

Ở mỗi đầu của bus, nhiều thiết bị logic, bộ vi xử lý và bộ vi điều khiển được kết nối cố gắng giao tiếp với nhau đồng thời tạo ra một thứ gọi là tranh chấp.

Xung đột xảy ra trong mạch khi một số thiết bị trong bus dẫn động “CAO” và một số thiết bị dẫn động “THẤP” đồng thời gây ra đoản mạch và gây hỏng mạch.

Bộ đệm ba trạng thái có thể tránh được sự tranh cãi như vậy và gửi và nhận dữ liệu qua bus một cách hợp lý.

Bộ đệm ba trạng thái được sử dụng để cách ly các thiết bị logic, bộ vi xử lý và vi điều khiển với nhau trong một bus dữ liệu. Một bộ giải mã sẽ chỉ cho phép một bộ đệm ba trạng thái truyền dữ liệu qua bus.

Giả sử tập dữ liệu “A” được kết nối với bộ vi điều khiển, tập dữ liệu “B” với bộ vi xử lý và tập dữ liệu “C” với một số mạch logic.

Trong giản đồ trên, tất cả các bộ đệm là bộ đệm ba trạng thái hoạt động.

Khi bộ giải mã đặt ENA “HIGH”, tập dữ liệu “A” được bật, lúc này bộ vi điều khiển có thể gửi dữ liệu qua bus.

Phần còn lại của hai tập dữ liệu “B” và “C” ở trạng thái “HI-Z” hoặc trở kháng rất cao cách ly bộ vi xử lý và mạch logic khỏi bus, hiện được sử dụng bởi bộ vi điều khiển.

Khi bộ giải mã đặt ENB “CAO”, tập dữ liệu “B” có thể gửi dữ liệu qua bus và phần còn lại của các tập dữ liệu “A” và “C” được cách ly khỏi bus ở trạng thái “HI-Z”. Tương tự, khi tập dữ liệu “C” được bật.

Bus dữ liệu được sử dụng bởi bất kỳ ai trong số các tập dữ liệu “A” hoặc “B” hoặc “C” tại một thời điểm nhất định để ngăn chặn tranh chấp.

Chúng ta cũng có thể thiết lập giao tiếp song công (hai chiều) bằng cách kết nối hai bộ đệm ba trạng thái song song và ngược hướng. Các chân cho phép có thể được sử dụng làm điều khiển hướng. Đối với các loại ứng dụng như vậy, IC 74245 có thể được sử dụng.

Dưới đây là danh sách bộ đệm kỹ thuật số và bộ đệm Tri-state thường có:

• Bộ đệm không đảo ngược 74LS07 Hex
• Bộ đệm / trình điều khiển Hex 74LS17
• 74LS244 Bộ đệm bát phân / Trình điều khiển dòng
• Bộ đệm hai hướng bát phân 74LS245
• Bộ đệm không đảo ngược CD4050 Hex
• Bộ đệm ba trạng thái CD4503 Hex
• Bộ đệm bát phân ba trạng thái HEF40244

Phần này kết thúc cuộc thảo luận của chúng ta về cách hoạt động của bộ đệm kỹ thuật số và các cấu hình kỹ thuật số khác nhau của chúng, tôi hy vọng nó sẽ giúp bạn hiểu rõ chi tiết. Nếu bạn có thêm bất kỳ câu hỏi hoặc đề xuất nào, vui lòng bày tỏ câu hỏi của bạn trong phần bình luận, bạn có thể nhận được phản hồi nhanh chóng.