منطق الثلاث حالات

في الإلكترونيات الرقمية، يعد المخزن المؤقت ثلاثي الحالات نوعًا من أنواع المخزن المؤقت الرقمي الذي يحتوي على ثلاث حالات مستقرة: حالة خرج عالية وحالة خرج منخفضة وحالة مقاومة عالية . في حالة المقاومة العالية، يتم فصل خرج المخزن المؤقت عن ناقل الإخراج، مما يسمح للأجهزة الأخرى بقيادة الناقل دون تدخل من المخزن المؤقت ثلاثي الحالات. يمكن أن يكون هذا مفيدًا في المواقف التي تكون فيها أجهزة متعددة متصلة بنفس الناقل وتحتاج إلى التناوب على الوصول إليه. تُعرف الأنظمة التي تنفذ منطق ثلاث حالات على ناقلها باسم ناقل ثلاثي الحالات أو ناقل ثلاثي الحالات .

تُستخدم المخازن المؤقتة ثلاثية الحالات بشكل شائع في الأنظمة القائمة على الناقل، حيث تكون أجهزة متعددة متصلة بنفس الناقل وتحتاج إلى مشاركته. على سبيل المثال، في نظام الكمبيوتر، قد تكون أجهزة متعددة مثل وحدة المعالجة المركزية والذاكرة والأجهزة الطرفية متصلة بنفس ناقل البيانات. لضمان أن جهاز واحد فقط يمكنه نقل البيانات على الناقل في كل مرة، يتم تجهيز كل جهاز بمخازن مؤقتة ثلاثية الحالات. عندما يريد جهاز نقل البيانات، فإنه ينشط مخزنه المؤقت ثلاثي الحالات، والذي يربط مخرجاته بالناقل ويسمح له بنقل البيانات. عند اكتمال النقل، يقوم الجهاز بإلغاء تنشيط مخزنه المؤقت ثلاثي الحالات، مما يفصل مخرجاته عن الناقل ويسمح لجهاز آخر بالوصول إلى الناقل.

يمكن تنفيذ المخازن المؤقتة ثلاثية الحالات باستخدام البوابات أو القلابات أو غيرها من الدوائر المنطقية الرقمية. وهي مفيدة لتقليل التداخل والضوضاء على الناقل، وللسماح لأجهزة متعددة بمشاركة نفس الناقل دون تداخل.

مدخل		الناتج
أ	ب	ج
0	0	Z (مقاومة عالية)
1		Z (مقاومة عالية)
0	1	0
1		1

المفهوم الأساسي للحالة الثالثة، المقاومة العالية (Hi-Z)، هو إزالة تأثير الجهاز من بقية الدائرة بشكل فعال. إذا تم توصيل أكثر من جهاز كهربائيًا بجهاز آخر، فإن وضع خرج في حالة المقاومة العالية (Hi-Z) يُستخدم غالبًا لمنع حدوث ماس كهربائي، أو قيام جهاز واحد برفع الجهد (المنطقي 1) ضد جهاز آخر بخفض الجهد (المنطقي 0).

يمكن أيضًا استخدام المخازن المؤقتة ثلاثية الحالات لتنفيذ أجهزة إرسال متعددة فعالة ، وخاصة تلك التي تحتوي على عدد كبير من المدخلات. ^[1]

تعتبر المخازن المؤقتة ثلاثية الحالات ضرورية لتشغيل ناقل إلكتروني مشترك .

يمكن أن يعمل المنطق ثلاثي الحالات على تقليل عدد الأسلاك اللازمة لتشغيل مجموعة من مصابيح LED (الإرسال المتعدد الحالات أو Charlieplexing ).

تحتوي العديد من أجهزة الذاكرة المصممة للاتصال بناقل (مثل شرائح RAM وROM) على كل من دبابيس CS ( اختيار الشريحة ) و OE (تمكين الإخراج)، والتي تبدو ظاهريًا وكأنها تقوم بنفس الشيء. إذا لم يتم تأكيد CS ، فإن المخرجات ذات معاوقة عالية.

يكمن الاختلاف في الوقت اللازم لإخراج الإشارة. فعندما يتم إلغاء تحديد الشريحة، لا تعمل الشريحة داخليًا، وسيكون هناك تأخير كبير بين توفير العنوان واستقبال البيانات. (من المزايا بالطبع أن الشريحة تستهلك الحد الأدنى من الطاقة في هذه الحالة).

عند تأكيد اختيار الشريحة، تقوم الشريحة داخليًا بتنفيذ عملية الوصول، ويتم تعطيل برامج تشغيل الإخراج النهائية فقط عن طريق إلغاء تأكيد تمكين الإخراج. يمكن القيام بذلك أثناء استخدام الناقل لأغراض أخرى، وعند تأكيد تمكين الإخراج أخيرًا، ستظهر البيانات بأقل قدر من التأخير. عادةً ما تسرد شريحة ذاكرة القراءة فقط أو ذاكرة الوصول العشوائي الثابتة التي تحتوي على سطر تمكين الإخراج وقتي وصول: أحدهما من تأكيد اختيار الشريحة وصلاحية العنوان، والثاني، وهو وقت أقصر يبدأ عند تأكيد تمكين الإخراج.

عندما تكون المخرجات ثلاثية الحالة (في حالة Hi-Z)، يتم إزالة تأثيرها على بقية الدائرة، وستكون عقدة الدائرة "عائمة" إذا لم يحدد أي عنصر آخر في الدائرة حالتها. غالبًا ما يستخدم مصممو الدوائر مقاومات السحب لأعلى أو لأسفل (عادةً في نطاق 1–100 كيلو أوم) للتأثير على الدائرة عندما يكون الخرج ثلاثي الحالة.

يوفر ناقل PCI المحلي مقاومات سحب لأعلى، ولكنها تتطلب عدة دورات ساعة لسحب إشارة عالية نظرًا للسعة الموزعة الكبيرة للناقل . لتمكين التشغيل عالي السرعة، يتطلب البروتوكول أن يقوم كل جهاز متصل بالناقل بدفع إشارات التحكم المهمة إلى مستوى عالٍ لدورة ساعة واحدة على الأقل قبل الانتقال إلى حالة Hi-Z. بهذه الطريقة، تكون مقاومات السحب مسؤولة فقط عن الحفاظ على إشارات الناقل في مواجهة تيار التسرب .

تشير شركة Intel إلى هذه الاتفاقية باعتبارها "ثلاثية الحالة المستدامة"، وتستخدمها أيضًا في ناقل عدد الدبابيس المنخفض .

إن مدخل/مخرج المجمع المفتوح هو بديل شائع لمنطق الحالات الثلاث. على سبيل المثال، يحدد بروتوكول ناقل I²C (بروتوكول ناقل اتصالات ثنائي الاتجاه يستخدم غالبًا بين الأجهزة) استخدام مقاومات السحب لأعلى على خطي الاتصال. عندما تكون الأجهزة غير نشطة، فإنها "تحرر" خطوط الاتصال وتضع مخرجاتها في حالة ثلاثية، وبالتالي تزيل تأثيرها على الدائرة. عندما "تحرر" جميع الأجهزة الموجودة على الناقل خطوط الاتصال، فإن التأثير الوحيد على الدائرة هو مقاومات السحب لأعلى، والتي تسحب الخطوط لأعلى. عندما يريد جهاز الاتصال، فإنه يخرج من حالة Hi-Z ويدفع الخط إلى مستوى منخفض. الأجهزة التي تتواصل باستخدام هذا البروتوكول إما أن تجعل الخط يطفو عاليًا، أو تدفعه إلى مستوى منخفض - وبالتالي تمنع أي موقف تنازع على الناقل حيث يدفع جهاز واحد خطًا إلى مستوى مرتفع وآخر إلى مستوى منخفض.

غالبًا ما تحتوي وحدات التحكم الدقيقة المبكرة على بعض الدبابيس التي يمكنها العمل كمدخل فقط، ودبابيس أخرى يمكنها العمل كمخرج دفع وسحب فقط ، وعدد قليل من الدبابيس التي يمكنها العمل كمدخل /مخرج جامع مفتوح فقط. تحتوي وحدة التحكم الدقيقة الحديثة النموذجية على العديد من دبابيس الإدخال/الإخراج العامة ثلاثية الحالات والتي يمكن برمجتها للعمل كأي من هذه الأنواع من الدبابيس.

تُستخدم عادةً حافلة ثلاثية الحالات بين الرقائق الموجودة على لوحة دائرة مطبوعة واحدة ( PCB ) ، أو في بعض الأحيان بين لوحات الدوائر المطبوعة المتصلة بلوحة خلفية مشتركة .

لا يُنصح باستخدام منطق ثلاثي الحالات لاتصالات الشريحة الواحدة، بل للاتصالات بين الشرائح. ^[2]

يمكن استبدال المخازن المؤقتة ثلاثية الحالات، عند استخدامها لتمكين أجهزة متعددة من التواصل على ناقل البيانات ، وظيفيًا بمجمع البيانات . ^[3] سيساعد ذلك في تحديد الإخراج من مجموعة من الأجهزة وكتابة أحدها على الناقل.

• مضخم العازل
• مستوى المنطق
• عدم الاستقرار
• منطق ثلاثي القيم
• منطق القيم الأربع
• منطق القيم التسع
• لا يهمني
• قطب واحد، مركز بعيد (SPCO)

• بوابات ذات مخرجات خاصة في كل شيء عن الدوائر
• مبدأ الإرسال المتعدد ثلاثي الحالات