Триггеры и их характеристики

Простейшими цифровыми автоматами с памятью являются триггеры. Триггер — это устройство последовательного типа с двумя устойчивы­ми состояниями равновесия, предназначенное для записи и хранения инфор­мации. Под действием входных сигналов триггер может переключаться из од­ного устойчивого состояния в другое. При этом напряжение на его выходе скачкообразно изменяется.

Как правило, триггер имеет два выхода: прямой и инверсный. Число вхо­дов зависит от структуры и функций, выполняемых триггером. По способу за­писи информации триггеры делят на асинхронные и синхронизируемые (так­тируемые). В асинхронных триггерах информация может записываться непре­рывно и определяется информационными сигналами, действующими на входах в данный момент времени. Если информация заносится в триггер только в момент действия так называемого синхронизирующего сигнала, то такой триг­гер называют синхронизируемым или тактируемым. Помимо информационных входов синхронизируемые триггеры имеют тактовый вход (вход синхрониза­ции). В цифровой технике приняты следующие обозначения входов триггеров:

S — раздельный вход установки в единичное состояние (напряжение высо­кого уровня на прямом выходе 0);

R — раздельный вход установки в нулевое состояние (напряжение низко­го уровня на прямом выходе 0);

D — информационный вход (на него подается информация, предназначен­ная для занесения в триггер);

С — вход синхронизации;

Т — счетный вход.

Наибольшее распространение в цифровых устройствах получили RS-триг­гер с двумя установочными входами, тактируемый 0-триггер и счетный Т-триггер. Рассмотрим функциональные возможности каждого из них.

Асинхронный RS-триггер. В зависимости от логической структуры разли­чают RS-триггеры с прямыми и инверсными входами. Их схемы и условные обозначения приведены на рис. 12. Триггеры такого типа построены на двух логических элементах: 2ИЛИ—НЕ — триггер с прямыми входами (рис. 12,а), 2И—НЕ — триггер с инверсными входами (рис. 12,б). Выход каждого из элементов подключен к одному из входов другого элемента, что обеспечивает триггеру два устойчивых состояния. Здесь приведены таблицы истинности для каждого из этих триггеров.

Таблица 8
S	R	Qt	_ Qt	Qt+1	_ Qt+1
				*	*
				*	*

Таблица9
_ S	_ R	Qt	_ Qt	Qt+1	_ Qt+1
				*	*
				*	*

 

В таблицах Q^t и Ō^t обозначают уровни, которые были на выходах триггера до подачи на его входы так называемых активных уровней. Активным на­зывают логический уровень, действующий на входе логического элемента и однозначно определяющий логический уровень выходного сигнала (независимо от логических уровней, действующих на остальных входах). Для элементов ИЛИ — НЕ за активный уровень принимают высокий уровень, а для элемен­тов И — НЕ — низкий уровень. Уровни, подача которых на один из входов не приводит к изменению логического уровня на выходе элемента, называют пассивными. Уровни Q^t+1 и Ō^t+1обозначают логические уровни на выходах триггера после подачи информации на его входы.

Для триггера с прямыми входами Q^t+1 = 1 при S = 1 и R=0; Q^t+1 = 0 при S = 0 и R = 1; Q^t+1 = Q^t при S = 0 и R = 0. При R = S = 1 состояние триггера будет неопределенным, так как во время действия информационных сигналов логические уровни на выходах триггера одинаковы (Q^t+1 = Ō^t+1 = 0), а после окончания их действия триггер может равновероятно принять любое из устойчивых состояний. Поэтому такая комбинация является запрещенной.

Режим S = 1, R = 0 называют режимом записи 1 (так как Q^t+1 = 1); ре­жим S = 0 и R = 1—режимом записи 0. Режим S = 0, R = 0 называется ре­жимом хранения информации, так как информация на выходе остается неиз­менной. Для триггера с инверсными входами режим записи логической 1 ре­ализуется при S = 0, R = 1, режим записи логического 0 — при S = 1, R = 0. При S = R = 1 обеспечивается хранение информации. Комбинация S = R = 0 яв­ляется запрещенной.

Следует, однако, отметить, что самостоятельно RS-триггеры в устройствах цифровой техники практически не используются из-за их низкой помехоустой­чивости.

Тактируемый D-триггер. Он имеет информационный выход и вход синхро­низации. Одна из возможных структурных схем однотактного D-триггера и его условное обозначение показаны на рис. 13. Если уровень сигнала на входе С = 0, состояние триггера устойчиво и не зависит от уровня сигнала на ин­формационном входе.

При этом на входы RS-триггера с инверсными входами (элементы.3 и 4) поступают пассивные уровни (8==К==1). При подаче на вход синхронизации уровня С=1 информация на прямом выходе будет повторять информацию, подаваемую на вход D. Таким образом, при С = 0 Q^t+1 = Q^t, а при С = 1 Q^t+1 = D. Таблица истинности тактируемого D-триггера имеет вид:

Таблица 10
D	Q	Qt+1

Здесь Q^t означает логический уровень на прямом выходе до подачи им­пульса.синхронизации, а Q^t+1 — логический уровень на этом выходе после по­дачи импульса синхронизации.

На рис. 14 изображены временные диаграммы тактируемого 0-триггера. В таком триггере происходит задержка сигнала на выходе по отношению к сиг­налу, поданному па вход, на время паузы между синхросигналами. Для устойчивой работы триггера необходимо, чтобы в течение синхроимпульса информа­ция на входе была неизменной.

Тактируемые D-триггеры могут быть с потенциальным и динамическим уп­равлением. У первых из них информация записывается в течение времени, при котором уровень сигнала С = 1. В триггерах с динамическим управлением информация записывается только в течение перепада напряжения на входе синхронизации. Динамические входы изображают на схемах треугольни­ком. Если вершина треугольника обращена в сторону микросхемы, то триггер «срабатывает» по фронту входного импульса, если от нее — по срезуим­ пульса. В таком триггере информация на вы­ходе может быть задержана на один такт по отношению к входной информации.

Счетный Т-триггер (рис. 15,а). Его назы­вают также триггером со счетным входом. Он имеет один управляющий вход Т и два выхода Q и Ō,. Информация на выходе такого триггера меняет свой знак на противополож­ный при каждом положительном (или при каждом отрицательном) перепаде напряжения на входе. В сериях выпускаемых микросхем Т-триггеров, как правило, нет. Но триггер такого типа может быть создан на базе так­тируемого D-триггера, если его инверсный выход соединить с информационным входом (рис. 15,б). Как видно из диаграммы на рис. 15,в, частота сигнала на выходе Т-триггера в два раза ниже частоты сигнала на входе, поэтому такой триггер можно использовать как делитель частоты и двоичный счетчик.

В сериях выпускаемых микросхем есть также универсальные JK-триггеры. При соответствующем подключении входной логики JK-триггер может выпол­нять функции триггера любого другого типа.

 

ОСНОВНЫЕ УЗЛЫ ЦИФРОВЫХ УСТРОЙСТВ

 

РЕГИСТРЫ

Несколько триггеров можно объединить в регистр — узел для хране­ния чисел с двоичным представлением цифр разрядов. Основными видами ре­гистров являются параллельные и последовательные (сдвигающие).

В параллельном регистре на тактируемых D-триггерах (рис. 30) код запо­минаемого числа подается на информационные входы всех триггеров и запи­сывается в регистр с приходом тактового импульса. Выходная информация из­меняется с подачей нового входного слова и приходом следующего импульса записи. Такие регистры используют в системах оперативной памяти. Число триггеров в них равно максимальной разрядности хранимых слов.

Схема последовательного регистра и временная диаграмма, иллюстрирую­щая его работу, приведены на рис. 31. По приходу тактового импульса С пер­вый триггер записывает код Х (0 или 1), находящийся в этот момент на его входе D, а каждый следующий триггер переключается в состояние, в котором до этого находился предыдущий. Так происходит потому, что записываемый сигнал проходит со входа D триггера к выходу Q с задержкой, большей дли­тельности фронта тактового импульса (в течение которого происходит запись), Каждый тактовый импульс последовательно сдвигает код числа в регистре на один разряд. Поэтому для записи N-разрядного кода требуется N тактовых импульсов. На диаграмме вид­ео. что четырехразрядное число 1011 было записано в соответствую­щие разряды регистра (1 — Q4, 0 — Q3, 1 — Q2, 1 — Q1) после прихода четвертого тактового импульса. До прихода следующего тактового импульса это число хранится в регист­ре в виде параллельного кода на выходах Q4 — Q1. Если необходимо получить хранимую информацию в последовательном коде, то ее сни­мают с выхода Q4 в моменты при­хода следующих четырех импульсов (5—9). Такой режим называется режимом последовательного считывания.

 

Очень удобны универсальные регистры, позволяющие производить как по­следовательную, так и параллельную запись и считывание. Такие регистре можно использовать в качестве преобразователей параллельного кода в последовательный и обратно. Например, микросхема К155ИР1 — четырехразряд­ный универсальный сдвиговый регистр. Регистр работает в режиме сдвига по тактовым импульсам, поступающим на вход С1, если на входе V2 имеется напряжение низкого уровня. Вход V1 служат для ввода информации в первый разряд регистра в этом режиме. Если же на входе У2 напряжение высокого уровня, то регистр производит параллельную запись информации со входов D1—D4 по импульсам синхронизации, поступающим на вход С2.

 

СЧЕТЧИКИ

Счетчиком называют устройство, предназначенное для подсчета числа импульсов, поданных на вход. Они, как и сдвигающие регистры, состоят из цепочки триггеров. Разрядность счетчика, а следовательно, и число тригге­ров определяется максимальным числом, до которого он считает.

Регистр сдвига можно превратить в кольцевой счетчик, если выход послед­него триггера соединить с входом D первого. Перед началом счета импульсом начальной ус­тановки в нулевой разряд счетчика (Q0) записывается логическая 1, в осталь­ные разряды — логические 0. С началом счета каждый из приходящих счет­ных импульсов Т перезаписывает 1 в следующий триггер, и число поступивших импульсов определяется по номеру выхода, на котором имеется 1. Предпослед­ний (N — 1) импульс переведет в единичное состояние последний триггер, а N импульс перенесет это состояние на выход нулевого триггера, и счет начнется сначала. Таким образом, можно построить кольцевой счетчик с произвольным коэффициентом счета (любым основанием счисления), изменяя лишь число триггеров в цепочке.

Недостаток такого счетчика — большое число триггеров, необходимых для его построения. Более экономичны, а поэтому и более распространены счетчики, образованные счетными Т-триггерами. После каждого тактового импульса Т сигнал на входе D (инверсном выходе) меняется на противоположный и поэтому частота выходных импульсов вдвое меньше час­тоты поступающих. Собрав последовательную цепочку из n счетных триггеров (соединяя выход предыдущего триггера со входом С следующего), мы полу­чим частоту f_вых = f_вх/2ⁿ. При этом каждый входной импульс меняет код чис­ла на выходе счетчика на 1 в интервале от 0 до N = 2ⁿ - 1.

Микросхема К155ИЕ5 (рис. 34) содержит счетный триггер (вход С1) в делитель на восемь (вход С2), образованный тремя соединенными последова­тельно триггерами. Триггеры срабатывают по срезу входного импульса (по переходу из 1 в 0). Если соединять последовательно все четыре триггера (как на рис. 34), то получится счетчик по модулю 2⁴ = 16. Максимальное хранимое в счетчике число при полном заполнении его единицами равно N = 2⁴ – 1 = 15 = (1111)₂. Такой счетчик работает с коэффициентом счета К (модулем), кратным целой степени 2, и в нем совершается циклический перебор К==2ⁿ устойчивых состояний. Счетчик имеет входы принудительной установки в 0.

Часто нужны счетчики с числом устойчивых состояний, отличным от 2ⁿ. Например, в электронных часах есть микросхемы с коэффициентом счета 6 (десятки минут), 10 (единицы минут), 7 (дни недели), 24 (часы). Для построения счетчика с модулем К ≠ 2ⁿ можно использовать устройство из n триггеров, для которого выполняется условие 2ⁿ > К. Очевидно, такой счетчик может иметь лишние устойчивые состояния (2ⁿ - К). Исключить эти ненужные состояния можно использованием обратных связей, по цепям которых счетчик переключается в нулевое состояние в том такте работы, когда он досчитывает до числа К.

 

 

 

Релейно-контактные схемы, реализующие основные ЛФ и условные обозначения ЛЭ

⇐ Предыдущая12

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: