ดิจิตอลบัฟเฟอร์ - การทำงานคำจำกัดความตารางความจริงการผกผันสองครั้งพัดลมออก

ขั้นตอนบัฟเฟอร์โดยทั่วไปเป็นขั้นตอนกลางที่เสริมแรงซึ่งช่วยให้กระแสอินพุตเข้าถึงเอาต์พุตโดยไม่ได้รับผลกระทบจากการโหลดเอาต์พุต

ในโพสต์นี้เราจะพยายามทำความเข้าใจว่าบัฟเฟอร์ดิจิทัลคืออะไรและเราจะมาดูคำจำกัดความสัญลักษณ์ตารางความจริงการผกผันสองครั้งโดยใช้ลอจิก 'ไม่ใช่' ประตูบัฟเฟอร์ดิจิตอลพัดลมออกพัดลมในบัฟเฟอร์สามสถานะ เทียบเท่ากับสวิทช์บัฟเฟอร์ไตรสถานะ, บัฟเฟอร์ไตรสถานะที่ใช้งานอยู่ 'สูง', บัฟเฟอร์ไตรสถานะกลับด้าน 'สูง' ที่ใช้งานอยู่, บัฟเฟอร์ไตรสถานะ 'ต่ำ' ที่ใช้งานอยู่, Active 'LOW' กลับด้านบัฟเฟอร์ Tri-state, การควบคุมบัฟเฟอร์ไตรสถานะ การควบคุมบัสข้อมูลบัฟเฟอร์สามสถานะและในที่สุดเราจะนำเสนอภาพรวมเกี่ยวกับบัฟเฟอร์ดิจิทัลที่มีอยู่ทั่วไปและไอซีบัฟเฟอร์ไตรสถานะ

ในโพสต์ก่อนหน้านี้เราได้เรียนรู้เกี่ยวกับลอจิกเกต“ NOT” ซึ่งเรียกอีกอย่างว่าอินเวอร์เตอร์ดิจิตอล ในเอาต์พุต NOT gate จะเสริมกับอินพุตเสมอ

ดังนั้นหากอินพุตเป็น 'สูง' เอาต์พุตจะเปลี่ยนเป็น 'ต่ำ' หากอินพุตเป็น 'ต่ำ' เอาต์พุตจะเปลี่ยนเป็น 'สูง' ดังนั้นจึงเรียกว่าอินเวอร์เตอร์

อาจมีสถานการณ์ที่จำเป็นต้องแยกหรือแยกเอาต์พุตออกจากอินพุตหรือในกรณีที่อินพุตอาจค่อนข้างอ่อนและจำเป็นต้องขับเคลื่อนโหลดที่ต้องการกระแสที่สูงขึ้นโดยไม่ต้องกลับขั้วของสัญญาณโดยใช้รีเลย์หรือทรานซิสเตอร์เป็นต้น ในสถานการณ์เช่นนี้บัฟเฟอร์ดิจิทัลจะมีประโยชน์และถูกนำไปใช้อย่างมีประสิทธิภาพเป็นบัฟเฟอร์ระหว่างแหล่งสัญญาณและสเตจไดรเวอร์โหลดจริง

ดังกล่าว ประตูตรรกะ ซึ่งสามารถส่งสัญญาณเอาท์พุทเช่นเดียวกับอินพุตและทำหน้าที่เป็นขั้นตอนบัฟเฟอร์ระดับกลางเรียกว่าดิจิทัลบัฟเฟอร์

บัฟเฟอร์ดิจิทัลจะไม่ทำการผกผันของสัญญาณที่ป้อนและไม่ใช่อุปกรณ์ 'ตัดสินใจ' เช่นเดียวกับลอจิกเกต“ ไม่” แต่ให้เอาต์พุตเดียวกันกับอินพุต

ภาพประกอบของ Digital Buffer:

สัญลักษณ์ด้านบนคล้ายกับลอจิกเกต“ NOT” ที่ไม่มี“ o” ที่ปลายสามเหลี่ยมซึ่งหมายความว่ามันจะไม่ทำการผกผันใด ๆ

สมการบูลีนสำหรับบัฟเฟอร์ดิจิทัลคือ Y = A

“ Y” คืออินพุตและเอาต์พุต“ A”

ตารางความจริง:

การผกผันสองครั้งโดยใช้ลอจิก 'ไม่ใช่' ประตู:

บัฟเฟอร์ดิจิทัลสามารถสร้างได้โดยใช้ลอจิกสองประตู 'ไม่' ในลักษณะต่อไปนี้:

สัญญาณอินพุตจะถูกกลับด้านก่อนโดยประตู NOT แรกทางด้านซ้ายมือจากนั้นสัญญาณกลับด้านจะกลับด้านอีกครั้งโดยประตู 'NOT' ถัดไปทางด้านขวามือซึ่งจะทำให้เอาต์พุตเหมือนกับอินพุต

ทำไมต้องใช้ Digital Buffers

ตอนนี้คุณอาจจะเกาหัวของคุณว่าทำไมบัฟเฟอร์ดิจิทัลถึงมีอยู่มันไม่ได้ทำงานใด ๆ เหมือนลอจิกเกตอื่น ๆ เราสามารถโยนบัฟเฟอร์ดิจิทัลออกจากวงจรและเชื่อมต่อสายไฟ……. ถูกต้อง? ไม่จริง

นี่คือคำตอบ : ลอจิกเกตไม่ต้องการกระแสสูงในการดำเนินการใด ๆ แค่ต้องใช้ระดับแรงดันไฟฟ้า (5V หรือ 0V) ที่กระแสไฟต่ำก็เพียงพอแล้ว

ลอจิกเกตทุกประเภทรองรับแอมพลิฟายเออร์ในตัวเพื่อให้เอาต์พุตไม่ขึ้นอยู่กับสัญญาณอินพุต ถ้าเราเรียงลอจิกสองประตู“ NOT” เข้าด้วยกันเราจะได้ขั้วสัญญาณเดียวกันกับอินพุตที่ขาเอาต์พุต แต่มีกระแสค่อนข้างสูงกว่า กล่าวอีกนัยหนึ่งบัฟเฟอร์ดิจิทัลทำงานเหมือนเครื่องขยายเสียงดิจิทัล

บัฟเฟอร์ดิจิทัลสามารถใช้เป็นขั้นตอนการแยกระหว่างขั้นตอนกำเนิดสัญญาณและขั้นตอนของไดรเวอร์และยังช่วยป้องกันความต้านทานที่ส่งผลกระทบต่อวงจรหนึ่งจากอีกวงจรหนึ่ง

บัฟเฟอร์ดิจิทัลสามารถให้ความสามารถในการจ่ายกระแสไฟฟ้าที่สูงขึ้นซึ่งสามารถใช้ในการขับเคลื่อนทรานซิสเตอร์แบบสวิตชิ่งได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น

บัฟเฟอร์ดิจิทัลให้การขยายเสียงที่สูงขึ้นซึ่งเรียกอีกอย่างว่าความสามารถในการ 'fan-out'

ความสามารถในการเปิดพัดลมบัฟเฟอร์ดิจิตอล:

พัดลมออก : พัดลมเอาท์สามารถกำหนดเป็นจำนวนลอจิกเกตหรือไอซีดิจิทัลที่ขับเคลื่อนควบคู่กันได้โดยบัฟเฟอร์ดิจิทัล (หรือไอซีดิจิทัลใด ๆ )

บัฟเฟอร์ดิจิทัลทั่วไปจะมีพัดลมออก 10 ตัวซึ่งหมายความว่าบัฟเฟอร์ดิจิทัลสามารถขับเคลื่อน IC ดิจิทัล 10 ตัวพร้อมกันได้

พัดลมใน : Fan-in คือจำนวนอินพุตดิจิทัลที่ประตูลอจิกดิจิทัลหรือ IC ดิจิทัลยอมรับได้

ในแผนผังข้างต้นบัฟเฟอร์ดิจิทัลมี fan-in เป็น 1 ซึ่งหมายถึงหนึ่งอินพุต ลอจิก '2 อินพุต' ประตู 'AND' มี fan-in เป็น 2 ตัวและอื่น ๆ

จากแผนผังด้านบนบัฟเฟอร์จะเชื่อมต่อกับอินพุต 3 ตัวของลอจิกเกตที่แตกต่างกันสามแบบ

หากเราเชื่อมต่อสายไฟตรงตำแหน่งบัฟเฟอร์ในวงจรข้างต้นสัญญาณอินพุตอาจมีกระแสไฟฟ้าไม่เพียงพอและทำให้แรงดันไฟฟ้าตกคร่อมเกตและอาจไม่รับรู้สัญญาณด้วยซ้ำ

ดังนั้นสรุปได้ว่าดิจิทัลบัฟเฟอร์ใช้สำหรับขยายสัญญาณดิจิทัลที่มีเอาต์พุตกระแสสูงกว่า

ไตร - สเตทบัฟเฟอร์

ตอนนี้เรารู้แล้วว่าบัฟเฟอร์ดิจิทัลทำอะไรและทำไมจึงมีอยู่ในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ บัฟเฟอร์เหล่านี้มีสองสถานะคือ 'สูง' และ 'ต่ำ' มีบัฟเฟอร์อีกประเภทหนึ่งที่เรียกว่า“ Tri-state buffer”

บัฟเฟอร์นี้มีพินเพิ่มเติมที่เรียกว่า“ Enable pin” การใช้พินเปิดใช้งานเราสามารถเชื่อมต่อหรือตัดการเชื่อมต่อเอาต์พุตจากอินพุตด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์

เช่นเดียวกับบัฟเฟอร์ทั่วไปมันทำงานเป็นเครื่องขยายเสียงดิจิตอลและให้สัญญาณเอาต์พุตเหมือนกับสัญญาณอินพุตข้อแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือเอาต์พุตสามารถเชื่อมต่อทางอิเล็กทรอนิกส์และตัดการเชื่อมต่อด้วยพินเปิดใช้งาน

ดังนั้นจึงมีการนำสถานะที่สามมาใช้ในนี้เอาต์พุตจะไม่ใช่ทั้ง 'สูง' หรือ 'ต่ำ' แต่เป็นสถานะวงจรเปิดหรือความต้านทานสูงที่เอาต์พุตและจะไม่ตอบสนองต่อสัญญาณอินพุต สถานะนี้เรียกว่า 'HIGH-Z' หรือ 'HI-Z'

ข้างต้นเป็นวงจรสมมูลของบัฟเฟอร์ไตรสถานะ พินเปิดใช้งานสามารถเชื่อมต่อหรือตัดการเชื่อมต่อเอาต์พุตจากอินพุต

บัฟเฟอร์ Tri-state มีสี่ประเภท:
•บัฟเฟอร์ไตรรัฐ 'สูง' ที่ใช้งานอยู่
•บัฟเฟอร์ Tri-state“ LOW” ที่ใช้งานอยู่
•บัฟเฟอร์ Tri-state Inverting 'สูง' ที่ใช้งานอยู่
• Active 'LOW' Inverting Tri-state buffer
ลองดูแต่ละรายการตามลำดับ

บัฟเฟอร์ไตรสถานะ“ สูง” ที่ใช้งานอยู่

ในบัฟเฟอร์ไตรสถานะ“ HIGH” ที่ใช้งานอยู่ (ตัวอย่างเช่น 74LS241) ขาเอาต์พุตจะเชื่อมต่อกับขาอินพุตเมื่อเราใช้สัญญาณ“ HIGH” หรือ“ 1” หรือบวกที่พินเปิดใช้งาน

หากเราใช้สัญญาณ“ LOW” หรือ“ 0” หรือลบกับพินเปิดใช้งานเอาต์พุตจะถูกตัดการเชื่อมต่อจากอินพุตและไปที่สถานะ“ HI-Z” ซึ่งเอาต์พุตจะไม่ตอบสนองต่ออินพุตและเอาต์พุตจะอยู่ในสถานะวงจรเปิด

บัฟเฟอร์ไตรสถานะ“ LOW” ที่ใช้งานอยู่

ที่นี่เอาต์พุตจะเชื่อมต่อกับอินพุตเมื่อเราใช้สัญญาณ“ LOW” หรือ“ 0” หรือลบที่พินเปิดใช้งาน
หากเราใช้สัญญาณ“ HIGH” หรือ“ 1” หรือสัญญาณบวกเพื่อเปิดใช้งานพินเอาต์พุตจะถูกตัดการเชื่อมต่อจากอินพุตและเอาต์พุตจะอยู่ในสถานะ“ HI-Z” / สถานะวงจรเปิด

ตารางความจริง:

Active 'HIGH' Inverting Tri-state Buffer

ในบัฟเฟอร์ Tri-state แบบสลับ 'HIGH' ที่ใช้งานอยู่ (ตัวอย่าง: 74LS240) เกตจะทำหน้าที่เป็นลอจิกเกต 'ไม่' แต่มีพินเปิด

หากเราใช้สัญญาณ“ สูง” หรือ“ 1” หรือสัญญาณบวกที่อินพุตเปิดใช้งานประตูจะเปิดใช้งานและทำหน้าที่เหมือนประตูลอจิก“ ไม่” ปกติโดยที่เอาต์พุตเป็นแบบผกผัน / เสริมอินพุต
หากเราใช้สัญญาณ“ LOW” หรือ“ 0” หรือลบกับพินเปิดใช้งานเอาต์พุตจะอยู่ในสถานะ“ HI-Z” หรือวงจรเปิด

ตารางความจริง:

Active 'LOW' Inverting Tri-state buffer:

ในบัฟเฟอร์ Tri-state Inverting 'LOW' ที่ใช้งานอยู่ประตูจะทำหน้าที่เป็นลอจิก 'NOT' gate แต่มีพินเปิดใช้งาน

หากเราใช้สัญญาณ“ LOW” หรือ“ 0” หรือสัญญาณลบเพื่อเปิดใช้งานพินประตูจะเปิดใช้งานและทำงานเหมือนลอจิกทั่วไป“ NOT”
หากเราใช้สัญญาณ“ HIGH” หรือ“ 1” หรือสัญญาณบวกเพื่อเปิดใช้งานพินขาเอาต์พุตจะอยู่ในสถานะ“ HI-Z” / สถานะวงจรเปิด

ตารางความจริง:

การควบคุมบัฟเฟอร์ Tri-state:

จากข้างต้นเราเห็นว่าบัฟเฟอร์สามารถให้การขยายสัญญาณดิจิทัลและบัฟเฟอร์ไตรสถานะสามารถตัดการเชื่อมต่อเอาต์พุตจากอินพุตได้อย่างสมบูรณ์และให้สถานะวงจรเปิด

ในส่วนนี้เราจะเรียนรู้เกี่ยวกับการประยุกต์ใช้บัฟเฟอร์ไตรสถานะและวิธีใช้ในวงจรดิจิทัลเพื่อจัดการการสื่อสารข้อมูลอย่างมีประสิทธิภาพ

ในวงจรดิจิทัลเราสามารถค้นหาบัสข้อมูล / สายไฟที่บรรทุกข้อมูลได้ซึ่งจะมีข้อมูลทุกประเภทในบัสเดียวเพื่อลดความแออัดของสายไฟ / ลดร่องรอยของ PCB และยังลดต้นทุนการผลิต

ที่ปลายแต่ละด้านของบัสจะมีการเชื่อมต่ออุปกรณ์ลอจิกไมโครโปรเซสเซอร์และไมโครคอนโทรลเลอร์หลายตัวซึ่งพยายามสื่อสารซึ่งกันและกันซึ่งจะสร้างสิ่งที่เรียกว่าการช่วงชิง

ความขัดแย้งเกิดขึ้นในวงจรเมื่ออุปกรณ์บางตัวในบัสขับ 'สูง' และอุปกรณ์บางตัวขับเคลื่อน 'ต่ำ' พร้อมกันซึ่งทำให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจรและทำให้เกิดความเสียหายในวงจร

Tri-state buffer สามารถหลีกเลี่ยงการโต้แย้งดังกล่าวและส่งและรับข้อมูลผ่านบัสได้อย่างเหมาะสม

บัฟเฟอร์สามสถานะใช้เพื่อแยกอุปกรณ์ลอจิกไมโครโปรเซสเซอร์และไมโครคอนโทรลเลอร์ออกจากกันในบัสข้อมูล ตัวถอดรหัสจะอนุญาตให้บัฟเฟอร์ไตรสถานะเพียงชุดเดียวในการส่งผ่านข้อมูลผ่านบัส

สมมติว่าชุดข้อมูล“ A” เชื่อมต่อกับไมโครคอนโทรลเลอร์หรือไม่ชุดข้อมูล“ B” เป็นไมโครโปรเซสเซอร์และชุดข้อมูล“ C” กับวงจรลอจิกบางวงจร

ในแผนผังข้างต้นบัฟเฟอร์ทั้งหมดเป็นบัฟเฟอร์ไตรสถานะสูงที่ใช้งานอยู่

เมื่อตัวถอดรหัสตั้งค่า ENA“ สูง” ชุดข้อมูล“ A” จะเปิดใช้งานตอนนี้ไมโครคอนโทรลเลอร์สามารถส่งข้อมูลผ่านบัสได้

ชุดข้อมูลที่เหลือทั้งสองชุด“ B” และ“ C” อยู่ในสถานะ“ HI-Z” หรือสูงมากซึ่งจะแยกไมโครโปรเซสเซอร์และวงจรลอจิคัลออกจากบัสซึ่งปัจจุบันไมโครคอนโทรลเลอร์ใช้อยู่

เมื่อตัวถอดรหัสตั้งค่า ENB“ สูง” ชุดข้อมูล“ B” สามารถส่งข้อมูลผ่านบัสและชุดข้อมูลที่เหลือ“ A” และ“ C” จะแยกออกจากบัสในสถานะ“ HI-Z” ในทำนองเดียวกันเมื่อเปิดใช้งานชุดข้อมูล“ C”

บัสข้อมูลถูกใช้โดยทุกคนในชุดข้อมูล“ A” หรือ“ B” หรือ“ C” ในช่วงเวลาที่กำหนดเพื่อป้องกันการโต้แย้ง

นอกจากนี้เรายังสามารถสร้างการสื่อสารแบบดูเพล็กซ์ (สองทิศทาง) โดยการเชื่อมต่อบัฟเฟอร์ไตรรัฐสองตัวแบบขนานและในทิศทางตรงกันข้าม หมุดเปิดใช้งานสามารถใช้เป็นตัวควบคุมทิศทางได้ สำหรับการใช้งานประเภทนี้สามารถใช้ IC 74245 ได้

นี่คือรายการบัฟเฟอร์ดิจิทัลและบัฟเฟอร์ Tri-state ที่มีอยู่ทั่วไป:

• 74LS07 Hex ไม่กลับด้านบัฟเฟอร์
• 74LS17 Hex บัฟเฟอร์ / ไดร์เวอร์
• 74LS244 Octal Buffer / Line Driver
• 74LS245 Octal Bi-directional Buffer
• CD4050 Hex บัฟเฟอร์ไม่กลับด้าน
• CD4503 Hex Tri-state Buffer
• HEF40244 Tri-state Octal Buffer

นี่เป็นการสรุปการสนทนาของเราเกี่ยวกับการทำงานของบัฟเฟอร์ดิจิทัลและการกำหนดค่าดิจิทัลต่างๆฉันหวังว่าจะช่วยให้คุณเข้าใจรายละเอียดได้ดี หากคุณมีคำถามหรือข้อเสนอแนะเพิ่มเติมโปรดแสดงคำถามของคุณในส่วนความคิดเห็นคุณอาจได้รับคำตอบอย่างรวดเร็ว