فرستنده گیرنده ی گذرگاه

یک فرستنده گیرنده، از بافرهای سه حالته‌ی پشت سر هم، برای اتصال دستگاه‌های مختلف به یک گذرگاه ارتباطی مشترک، در هر دو جهت، استفاده می‌کند.

یک فرستنده-گیرنده، می‌تواند برای ارائه‌ی کنترل دوطرفه ورودی یا خروجی دستگاه‌های دیجیتال یا آنالوگ، به یک گذرگاه مشترک داده، استفاده شود. برخلاف بافر، فرستنده-گیرنده، یک دستگاه دو طرفه است؛ که اجازه می‌دهد؛ داده‌ها در هر دوجهت از طریق آن، عبور کنند.

ازاین‌رو، نام آنها، “ترنسیور(transceiver)”به معنای “فرستنده-گیرنده”، یک واژه‌ی مرکب است؛ که از دو واژه‌ی ترنسمیتر (transmitter) به‌معنای فرستنده و ریسیور (receiver) به معنای گیرنده، گرفته‌ شده است. فرستنده-گیرنده‌ها، با نام‌ دستگاه‌های ارسال‌-دریافت (send/receive) یا راننده-گیرنده(driver/receiver) نیز، شناخته می‌شوند.

در آموزش بافر دیجیتال، دیدیم؛ که بافر، هیچ عمل معکوس‌ کنندگی یا تصمیم‌گیری، برخلاف گیت‌ های منطقی دیجیتال دارای دو یا چند ورودی، انجام نمی‌دهد؛ بلکه به‌جای آن، یک وضعیت خروجی تولید می‌کند؛ که دقیقا مطابق با ورودی آن است. پس یک بافر، یک دستگاه، “غیر وارون‌ساز” است؛ که عبارت بولین  را تولید می‌کند.

بافر دیجیتال

۱ . بافر دیجیتال

یک بافر دیجیتال، همانگونه که در زیر نشان داده شده‌ است؛ یک دستگاه یک طرفه بوده و سیگنال را در یک جهت منتقل می‌کند؛ که سبب می‌شود از ورودی “A” به خروجی Q“” برسیم.

پس، زمانی‌که ورودی “A” در منطق “1” است؛ خروجی Q“” هم در منطق “1” است و نیز، زمانی‌که ورودی “A” در منطق “0” است؛ خروجی Q“” هم در منطق “0” خواهد بود. برای یک دستگاه منطق مثبت مانند CMOS74HC4050 با 6 گیت بافر، این مطلب، صادق است.

می‌توان از بافرها برای جداسازی سایر گیت‌ها یا مراحل مدار، از یک دیگر استفاده کرد. این عمل، مانع تاثیر امپدانس یا عملکرد یک مدار، بر امپدانس یا عملکرد مدار دیگر می‌شود. هم‌چنین به تنهایی، می‌توان از بافرها به‌عنوان درایور برای بارهای جریان زیاد، مانند سوئیچ‌ های ترانزیستوری، استفاده کرد. زیرا قابلیت درایو خروجی آنها ( خروجی فن) درحالت کلی، بیشتر از نیازهای ورودی سیگنال آنها است. برای مثال درایور/بافر 6 تایی TTL74LS07 ، کنترل باز و دارای خروجی‌های ولتاژ بالا (30 ولت) است.

بافر دیجیتال TTL 74LS07

2 . بافر دیجیتال TTL 74LS07

عملکرد بافر غیر وارون گر دیجیتال، می‌تواند با استفاده از گیت‌ های واحد منطقی AND یا OR یا با استفاده از یک جفت گیت NOT (وارون‌ ساز) به‌صورت زیر، ساخته شود.

طراحی‌ های معادل بافر

۳ . بافر

یکی از معایب یک بافر دیجیتال با ورودی واحد، این است؛ که خروجی Q، همیشه در یک سطح منطقی با ورودی قرار دارد. این امر، احتمالا بر هر مدار یا دستگاهی‌ که به پایانه‌ی خروجی بافرها، متصل است؛ تاثیر می‌گذارد. یکی از راه‌ های غلبه بر آن، تبدیل بافر پایه، به بافر سه حالته یا بافر شناخته‌ شده با نام Tri-state است.

"بافر سه‌ حالته"

بافر سه ‌حالته، نوع دیگری از مدار بافر است؛ که می‌تواند برای کنترل عبور سیگنال منطقی از ورودی به خروجی آن، استفاده شود. یک بافر سه‌ حالته، یک دستگاه ترکیبی است؛ که خروجی آن می‌تواند به‌صورت الکترونیکی با استفاده از یک ورودی سیگنال “کنترل” یا “فعال‌ساز(EN)” خارجی، “روشن” یا “خاموش” شود و به آن اجازه دهد؛ تا در سیستم‌ های گذرگاه جهت‌ دار استفاده شود.

همانطورکه از نام آنها مشخص است؛ خروجی “Q”، می‌تواند برای یک بافر سه ‌حالته، یکی از سه حالت، منطق “0”، منطق “1” یا منطق HIGH-Z (امپدانس بالا-که درواقع یک مدار باز به‌جای حالت‌ های استاندارد “0” یا “1” است) اختیار کند.

سیگنال کنترل یا فعال‌ ساز بافر، می‌تواند یک سیگنال در سطح منطق “0” یا “1” باشد؛ که خروجی هنگام عبور سیگنال دیجیتال از آن، می‌تواند وارون یا غیر وارون باشد. دو IC بافر سه حالته بسیار رایج برای استفاده، TTL 74LS125 و TTL 74LS 126 است.

بنابراین، یک بافر سه حالته، نیاز به دو ورودی دارد. یکی ورودی داده‌(A) و دیگری ورودی کنترل یا فعال‌ساز (EN) است و  به‌ صورت زیر، نشان داده می‌شود.

معادل سوئیچ سه ‌حالته

۴ . سوئیچ سه ‌حالته

نماد یک بافر سه حالته، بسیار شبیه به نماد بافر استاندارد بالا است؛ اما با اضافه‌ شدن یک ورودی دوم که عملکرد کنترل فعال‌ ساز/غیر فعال‌ساز را دارد. زمانی‌ که ورودی فعال‌ ساز(EN) در سطح منطق 1( برای منطق مثبت) است؛ به‌عنوان یک بافر معمولی، عمل می‌کند و به سیگنال ورودی اجازه می‌دهد؛ A مستقیما به خروجی Q منتقل شود(چه در سطح منطقی “0” و چه در منطق “1”، باشد).

هنگامی‌که، ورودی فعال در منطق “0” است؛ بافر سه حالته در حالت سوم خود قرار می‌گیرد و خروجی خود را غیرفعال یا “خاموش” می‌کند و یک حالت مدار باز، ایجاد می‌نماید. این حالت سوم، نه در منطق “1”(high)  و نه در منطق “0”(low) است؛ بلکه به جای آن، حالت خروجی را ارائه می‌دهد؛ که در یک امپدانس بسیار بالا قرار دارد و به آن High-Z می‌گویند و بیشتر با نام Hi-Z شناخته می‌شود.

بنابراین، یک بافر سه حالته دارای دو ورودی حالت منطقی “0” یا “1” است؛ اما می‌تواند سه حالت خروجی متفاوت “0”، “1” یا “Hi-Z” تولید کند و به همین دلیل است؛ که “Tri”  یا دستگاه “سه حالته”، نامیده می‌شود. باید توجه داشت؛ که این حالت سوم برابر با “0” یا “1” نیست و یک حالت امپدانس بالا است؛ زیرا خروجی، قطع الکتریکی است.

پس ما می‌توانیم برای یک بافر سه حالته که به‌طور مثبت فعال شده‌ است؛ به‌ درستی بیان کنیم که:

• اگر سیگنال فعال‌ ساز High و در منطق “1” باشد؛ سیگنال ورودی گیت بافر، مستقیما به خروجی آن، منتقل می‌شود.
• اگر سیگنال فعال‌ ساز Low و در منطق “0” باشد؛ خروجی گیت بافر، مانند یک مدار باز، عمل می‌کند به این معناست؛ که در امپدانس بالا (Hi-Z) قرار دارد.

از این‌رو، ما می‌توانیم جدول درستی برای بافر سه حالته را به‌صورت زیر، نشان دهیم:

بافر سه حالته فعال "HIGH"

5 . جدول بافر سه حالته فعال "HIGH"

بافر های سه حالته ، به‌ صورت یکپارچه ، به‌عنوان بافر/ درایور های چهار تایی ، شش‌ تایی با هشت‌ تایی مانند TTL 74LS244 موجود است و در زیر نشان داده شده‌ است.

بافر سه حالته‌ی هشت‌تایی 74LS244

6 . بافر سه حالته‌ی هشت‌تایی 74LS244

توجه داشته‌ باشید؛ که هشت بافر به دو گروه چهار تایی پیکر بندی شده‌ است و گروه اول (A1 تا A4) توسط ورودی فعال CA و گروه دوم (A5 تاA8 ) توسط ورودی فعال CB، کنترل می‌شوند. 74LS244 دارای قابلیت‌های بالای سینک (sync) و جریان منبع است؛ درصورتی که نیاز باشد تا بارهای ترانزیستور، سوئیچ شوند.

کنترل بافر سه‌ حالته

بنابراین ، برای چه چیزی ، می‌توانیم از یک بافر سه حالته، استفاده کنیم؟! بافرهای سه حالته، می‌توانند به چندین دستگاه، اجازه دهند که یک سیم خروجی یا گذرگاه مشترک را با استفاده از تنها یک دستگاه سه حالته در هر زمان که سیم باس را حرکت می‌دهد؛ به اشتراک بگذارند و این درحالی است؛ که همه‌ ی بافر های دیگر در حالت Hi-Z خود باقی می‌ مانند. مدار زیر را در نظر بگیرید:

چندین بافر سه حالته بر روی یک گذرگاه واحد

۷ . چندین بافر سه حالته بر روی یک گذرگاه واحد

خروجی‌ های هر بافر سه حالته، به یک گذرگاه سیم مشترک، متصل می‌شوند؛ اما ورودی‌ های فعال‌ کننده‌ی آنها، به یک دیکدر باینری، متصل می‌گردند. یک دیکدر، تضمین می‌کند؛ که فقط یک بافر سه حالته در هر زمان، به دلیل سیگنال فعال‌ سازی آن، فعال باشد.

این امر، به داده‌ های بافر فعال، اجازه می‌دهد تا به‌طور مستقیم بر روی گذرگاه مشترک، منتقل شوند و این درحالی است؛ که خروجی‌ های دیگر بافرهای غیرفعال، به‌طور موثری، قطع‌ شده و درحالت امپدانس بالا، قرار دارند. بنابراین، کدام بافر متصل‌ شده به خط مشترک، وابسته به مقدار باینری خود در دیکدر، ورودی‌ ها را انتخاب می‌نماید؟!

از این رو، بیش از یک بافر سه حالته نمی‌تواند در هر زمان، در “حالت فعال” باشد. باید دانست؛ که ترکیب‌ بندی احتمالی ورودی‌ های داده‌ی مختلف متصل‌شده به خط خروجی واحد در بالا، شبیه یک مالتی پلکسر ۴ به ۱ خط است و به‌راحتی می‌توان مدار های مالتی‌ پلکسر را با استفاده از بافر های سه حالته، ایجاد کرد.

بسته به بافر سه حالته‌ی مورد استفاده و با اتصال ورودی (EN) مستقیما به +Vcc یا زمین، هر عنصر بافر سه حالته را می‌توان به‌سادگی به یک بافر دیجیتال معمولی، تبدیل کرد. پس، خروجی به‌طور دائم فعال است و درنتیجه، هر سیگنال ورودی موجود در A””، مستقیما از طریق بافر به خروجی در “Q” منتقل می‌شود.

تاکنون مشاهده کرده‌ ایم؛ که می‌توانیم از بافر های سه حالته، برای ارسال اطلاعات به صورت یک طرفه برروی سیم یا گذرگاه مشترک استفاده کنیم. اما چگونه می‌توانیم از آنها برای ارسال داده، در هر دو جهت استفاده کنیم؟!  یعنی داده‌ ها را از یک گذرگاه سیم مشترک، دریافت نماییم؟!

کنترل بافر دو طرفه

همچنین می‌توان بافرهای سه حالته را “پشت‌ سر‌ هم” (موازی معکوس) متصل کرد؛ تا چیزی ایجاد شود که به آن بافر دو طرفه یا مدار فرستنده می‌گویند. با استفاده از یک معکوس‌ کننده‌ ی اضافی، یکی از بافر سه حالته، یک “بافر فعال-بالا” خواهدبود؛ درحالی‌که، دیگری به‌ عنوان “بافر فعال-پایین” عمل می‌کند و در زیر آورده شده‌ است.

چندین بافر سه حالته بر روی یک گذرگاه واحد

۸ . چندین بافر سه حالته بر روی یک گذرگاه واحد

دراینجا، دو بافر سه حالته، به‌صورت موازی اما معکوس از “A” به B”” به‌ یک‌ دیگر، و با ورودی کنترل فعال متصل شده‌ اند. ورودی کنترل فعال،EN بیشتر شبیه به یک سیگنال کنترل جهت عمل می‌کند و به داده اجازه می‌دهد؛ تا “از” یک جهت خوانده شود و در جهت دیگری “به” یک پایانه‌ ی داده، فرستاده شود.

پس در این مثال ساده، زمانی‌که ورودی فعال‌ ساز، در حالت HIGH است (EN برابر با منطق “1” است)؛ داده، اجازه‌ی گذشتن از A به B، از طریق بافر1 را داشته و زمانی‌ که، ورودی فعال‌ساز، در حالت LOW است (EN برابر با منطق “0” است)؛ داده، اجازه‌ی گذشتن از A به B، از طریق بافر 2 را دارد.

بنابراین، ورودی فعال EN”” به‌عنوان کنترل جهت عمل می‌کند و بسته به وضعیت منطقی این ورودی کنترل، داده‌ها در هر دو جهت، جریان می‌یابند. در این نوع از کاربرد، یک بافر سه حالته با قابلیت سوئیچ دو طرفه، مانند یک TTL 74LS245 یا معکوس‌کننده‌ی CMOS 74ALS620 می‌تواند برای تولید چیزی که فرستنده گیرنده‌ی گذرگاه، نامیده می‌شود؛ استفاده گردد.

فرستنده گیرنده‌ ی گذرگاه

فرستنده-گیرنده‌ های گذرگاه، دستگاه‌ های دو طرفه‌ ی سه‌ حالته می‌باشند؛ که به جریان داده اجازه می‌دهند تا بین دو نقطه، با سیستم‌ های گذرگاه محور یا کنترل دوطرفه (ورودی یا خروجی) مدار های رابط، سازگار شوند. فرستنده-گیرنده‌ های گذرگاه می‌توانند معکوس‌ کننده مانند دستگاه TTL74LS242 یا غیر معکوس‌کننده مانند دستگاه TTL74LS243 باشند.

از این‌رو، ما می‌توانیم از یک فرستنده‌ ی هشت تایی و هشت خطی، برای اتصال هر دستگاه ورودی/خروجی، به یک گذرگاه داده‌ی هشت بیتی، استفاده کنیم. رایج‌ترین IC فرستنده-گیرنده‌ی گذرگاه مورد استفاده برای هم ارسال و هم دریافت داده، TTL74LS245 است؛ که در زیر آورده شده‌ است.

فرستنده-گیرنده‌ی گذرگاه 74LS245

9 . فرستنده-گیرنده‌ی گذرگاه 74LS245

یک TTL74LS245، یک فرستنده گیرنده‌ی گذرگاه هشت‌ تایی (انتقال‌دهنده/دریافت‌کننده) است؛ که برای ارتباط دوطرفه‌ی ناهمزمان بین دو گذرگاه داده یا دستگاه ورودی/خروجی، طراحی شده‌ است. یک فرستنده-گیرنده، اجازه می‌دهد ؛ تا داده‌ ها از پایانه‌ های A به پایانه‌ های B و یا برعکس آن، بسته به سطح منطقی، در ورودی کنترل جهت (DIR)، (پین 1) انتقال دهد.

برای مثال، اگر ورودی کنترل جهت در سطح HIGH و منطق “1” باشد؛ پس داده از پایانه‌ی A به پایانه‌ی B، گذر خواهد کرد و اگر ورودی کنترل جهت در سطح LOW و منطق “0” باشد؛ پس داده، در جهت معکوس و از پایانه‌ی B به پایانه‌ی A، گذر می‌کند. پس درصورت نگه‌ داشتن HIGH درسطح منطق “1”، ورودی فعال‌ ساز تراشه (CE)‌ی خروجی،(پین 19) می‌تواند برای غیر فعال‌ کردن دستگاه استفاده شود تا پایانه‌ها و به‌ تبع آن، هر گذرگاه داده‌ی متصل‌ شده به‌ صورت موثر و درحالت Hi-Z از یک دیگر، جدا شوند.