Применение триггеров и логических элементов

Применение триггеров рассмотрим на конкретном примере их использования в электронном кодовом зам­ке. Замок (рис. 63) состоит из пульта управления с пятью кнопками SB1 - SB5, электронного блока и механической части замка. В со­временной электронике триггеры, ключевые логические элементы И, ИЛИ и другие выполняются, как правило, в виде интегральных мик­росхем. На выходе логического элемента И (DD2 - DD5, DD7, DD13), появляется потенциал логической единицы только в том случае, когда на всех его входах также присутствуют эти потенциалы. Достаточно хотя бы одному из входов оказаться подключенным к точке с потенциалом логическо­го нуля, как на выходе также установится потенциал логического нуля. Логический элемент ИЛИ (DD6 и DD8) обозначен знаком «1». Логический элемент ИЛИ - НЕ (DD1 и DD12) также обо­значен знаком «1», однако на выходе этого элемента ставится кру­жок. Логика функционирования элемента ИЛИ похожа на логику работы элемента И. Здесь потенциал логического нуля устанавлива­ется на выходе только в том случае, когда на всех входах присутст­вует этот же потенциал. Достаточно хотя бы на одном из входов эле­мента ИЛИ появиться потенциалу логической единицы, как на вы­ходе также устанавливается этот потенциал. Элемент ИЛИ-НЕ от­личается от элемента ИЛИ лишь тем, что он инвертирует его выход­ное значение. Другими словами, если хотя бы на одном из входов элемента ИЛИ - НЕ присутствует логическая 1, то на выходе будет логический 0; если же на всех входах элемента ИЛИ-НЕ присутст­вует логический 0, на выходе также будет логическая 1.

Рассмотрим работу электронного кодового замка. Для того что­бы замок открылся, необходимо набрать требуемый код, т. е. по­следовательно нажать на кнопки SB1, SB2 и SB3. Если порядок будет иным или же в процессе набора кода будут нажаты кнопки SB4 или SB5, а также при одновременном нажатии двух или более кнопок (в любом их сочетании) замок не должен открываться. Нако­нец, замок должен быть защищен от случайной установки триг­геров в разрешенную кодовую комбинацию в процессе работы, а также при отключении и включении источника питания +U_п. Кнопки, устанавливаемые на лицевой панели набора кодовой ком­бинации, задействуются в некотором, заранее установленном по­рядке.

Рисунок 63 – Электронный кодовый замок

При нажатии кнопки SB1 триггер DD9 по проводу 1 получает на вход S логический сигнал 1 и устанавливается в состояние 1. С его выхода Q сигнал 1 поступает на вход двухвходового элемента И DD5 и 4-х входного элемента И DD13. При нажатии кнопки SB2 логический сигнал 1 по проводу 2 поступает на вход DD5. На выходе DD5 также появляется логический сигнал 1, который посту­пает на вход S триггера DD10 и перебрасывает его в состояние 1. Таким образом, триггер DD9 «запоминает» событие, заключающееся в нажатии кнопки SB1 и «разрешает» передачу логического сигнала 1 к триггеру DD10 при нажатии кнопки SB2. Триггер DD10 «запо­минает» это нажатие, подготавливает элемент И DD7 к восприятию нажатия кнопки SB3 и устанавливает на входе элемента DD13 ло­гическую единицу. При нажатии кнопки SB3 на выход DD7 но про­воду 3 проходит сигнал 1 и перебрасывает триггер DD11 по входу S также в состояние 1. Этот сигнал поступает на вход элемента DD13. Схема построена таким образом, что при правильном наборе кодовой комбинации на выходе DD6 присутствует логический нуль, а на вы­ходе инвертора DD12 — логическая единица, которая нормально подается на вход DD13. Отсюда следует, что при последовательном нажатии кнопок SB1 - SB3 клапан DD13 (так часто называют эти элементы) откроется и подаст высокий потенциал логической единицы на катушку электромагнита А механической части замка. Электромагнит притянет засов Б, который отожмет пружину В, что приведет к открытию замка. После открытия и последующего за­крытия двери, на которой смонтирован замок, или срабатывания ка­кого-либо дополнительного механизма, не показанных на рис. 63, контакт сброса КС кратковременно переключится в верхнее положе­ние и по проводу «Сброс» подаст логический сигнал 1 на средний вход DD8, который с его выхода поступает на все входы R тригге­ров DD9 — DD11. Триггеры возвращаются в исходное нулевое со­стояние, клапан DD13 закрывается, что приводит к обесточиванию катушки А электромагнита. Пружина В отжимает засов Б на прежнее место, замок автоматически закрывается, а схема оказывается подготовленной к следующему циклу работы.

Цепочка R-C и инвертор DD1 принудительно устанавливают триггеры DD9 — DD11 в нулевое состояние при включении пита­ния и препятствуют случайной установке этих триггеров в состоя­ние 1. Элементы DD2 — DD4 совместно с элементами DD6, DD8 и DD12 сбрасывают уже набранную часть кодовой комбинации при неправильной последовательности нажатия кнопок или их одновре­менном использовании. При этом триггеры DD9 — DD11 переклю­чаются в состояние 0 и запирают клапан DD13.

На практике электронную часть кодового замка усложняют вве­дением большего числа кнопок, позволяющих усложнить код (сде­лать его, например, пятизначным). Иногда замок дополняют одновибратором, который при нажатии первой кнопки включает пита­ние электронной части на строго определенное время. Если за это время замок открыт не будет, схема сбрасывается в исходное сос­тояние, и набор нужно начинать сначала.

Название схемы «электронный кодовый замок» условно, так как фактическое назначение схемы заключается в расшифровке задан­ной кодовой комбинации. Схема воспринимает только эту комби­нацию входных воздействий, все прочие она бракует.