Цифровые устройства

1.14.1. RS – Триггер.

RS - Триггер имеет два входа S и R, основной и инверсный выходы. Состояние триггера определяется по сигналу на основном входе. Вход S называется входом установки, а вход R входом сброса. При подаче управляющего сигнала на вход S на основном входе устанавливается логическая единица или эта единица подтверждается, если она там была. При подаче управляющего сигнала на вход R на основном входе появляется логический ноль, как говорят, триггер сбрасывается. Если триггер был уже сброшен , то сброс подтверждается. Подача управляющих сигналов одновременно на входы S и R запрещена. В отсутствии управляющих сигналов состояние триггера измениться не может, триггер находится в режиме хранения информации. В зависимости от типа логических элементов, на которых собран триггер, управляющими сигналами могут быть, как нули, так и единицы. На рис.1.14.1 показана таблица функционирования RS – триггера.

В таблица Qt это значение выходного сигнала к моменту подачи управляющих сигналов St и Rt , или его исходное состояние. Qt+1 – новое состояние триггера после подачи управляющих сигналов, которыми являются логические единицы.

Qt

St Rt Qt+1

0

0 0 0 Хранение информации

0

0 1 0 Подтверждение 0 0 1 Х1 0

0 1 0 1 Установка в 1

0

1 1 Х Запрет 1 1 Х1 0

1 0 0 1 Хранение информации

1

0 1 0 Сброс в 0

1 1 0 1 Подтверждение 1

1 1 1 Х Запрет

Рис 1.14.1

На рис 1.14.1 показана процедура минимизации функции Qt+1 с использованием карты Карно, полученная формула описывает работу RS триггера, но схемы триггеров строят после преобразования этой формулы, заменяя операцию умножения на сложение или сложение заменяют умножением. После замены умножения на сложение по 16-й теореме Булевой алгебры можно получить следующую формулу .

Если заменить сложение на умножение, то получим . Схемы триггеров, построенные по этим формулам показаны на рис 1.14.2. Первая из схем построена на элементах ИЛИ-НЕ, этот триггер управляется логическими единицами. Таблица его функционирования приведена на рис. 1.14.1. Схема триггера построена по второй формуле на элемента И-НЕ самая распространенная , этот триггер управляется логическими нулями, т.е. имеет инверсные входы. Таблица его функционирования показана на рис 1.14.2.

Qt St Rt Qt+1

0 0 0 Х Запрет

0 0 1 1 Установка в 1

0 1 0 0 Подтверждение 0

0 1 1 0 Хранение информации

1 0 0 Х Запрет

1 0 1 1 Подтверждение 1

1 1 0 0 Сброс

1 1 1 1 Хранение информации

Рис.1.14.2

На рис 1.14.3 показаны временные диаграммы переключения RS – триггера с инверсными входами с учетом задержки переключения каждого элемента на tзад.ср. Из временных диаграмм видно, что задержка полного переключения триггера равна 2tзад.ср .

Рис.1.43.3

RS – триггер может быть синхронным. В этом случае кроме двух информационных входов S и R триггер имеет еще вход синхронизации. Сигналы на входах S и R лишь подготавливают триггер к нужному переключению, а само переключение происходит только в момент подачи синхронизирующего импульса. Схема такого триггера показана на рис 1.14.4. Синхронизация организуется с помощью двух дополнительных элементов И-НЕ D1 и D2. Элементы D3 и D4 образуют несинхронный (асинхронный) RS – триггер с инверсными входами.

При отсутствии сигнала синхронизации ( С = 0 ) на входах асинхронного RS – триггера устанавливаются две единицы, что обеспечивает в нем хранение информации. При подаче синхронизирующего сигнала ( С = 0 ) триггер переключается соответственно поданной информации на входы S и R.

Рис. 1.14.4

1.14.2 D – триггер.

D – триггер, называемый еще триггером задержки может быть асинхронным и синхронным, но асинхронный D – триггер смысла не имеет, т.к. имеет один информационный вход D и основной и инверсный выходы. Сигнал (информация ) на выходе всегда совпадает с информацией на входе, т.е. Qt+1 = Dt. Смысл имеет только синхронный D – триггер, у которого кроме информационного входа D есть вход синхронизации С. Информация со входа D передается на основной выход (записывается в триггер) в момент прихода синхронизирующего импульса. Структурная формула, описывающая работу синхронного D – триггера следующая: . Из формулы видно, что при С = 0 состояние триггера не меняется , а при С = 1 состояние триггера совпадает со значением информации на входе D . Таким образом при отсутствии синхронизирующего импульса состояние триггера не меняется, информация записанная в триггер сохраняется (задерживается) на период следования синхронизирующих импульсов. На рис 1.14.5 показан один из вариантов схемы D – триггера и его условное обозначение. При С = 0, на входах асинхронного RS – триггера, входящего в состав D – триггера, устанавливаются две единицы, что означает хранение информации. Можно проследить по схеме, что при С = 1 триггер установится в 1 если на его входе D была 1 и сбросится в 0, если на входе D был логический 0.

Рис 1.14.5

1.14.3 Т – триггер

Несинхронный Т – триггер имеет один вход Т, основной и инверсный выходы. Входной импульс переключает триггер в противоположное состояние. Структурная формула, описывающая работу Т- триггера имеет следующий вид: . У синхронного Т – триггер а есть еще вход синхронизации. Этот триггер переключается сигналом на входе Т в противоположное состояние только при наличии логической единицы на входе синхронизации С. Т –триггер называют «счетным» триггером, т.к. делит частоту следования управляющих импульсов в два раза, или, как говорят, «пересчитывает» их вдвое.

На рис 1.14.6 показана схема Т – триггера с элементами задержки. Основным признаком Т – триггера является подача на информационные входы синхронного RS триггера входящего в состав Т – триггера, информации с выходов этого же триггера.

Рис 1.14.6

Если триггер перед подачей очередного входного импульса был сброшен, то логическая единица с его инверсного входа поступает на информационный вход S синхронного RS – триггера (верхний вход элемента D1) и поэтому триггер переключается в состояние «единица». При единичном исходном состоянии единица с основного выхода поступает на вход сброса синхронного RS – триггера и триггер сбрасывается в «0», т.е. опять переключается в противоположное состояние.

Устройства задержки в схеме триггера необходимы для того, чтобы легче было выполнить условие tUвх < tпер.тр. Длительность входного импульса обязательно должна быть меньше времени переключения триггера, т.к. в противном случае триггер может переключиться не один раз под действием одного входного импульса. Создать управляющий импульс короче времени переключения триггера довольно сложно. Введение задержки, увеличивающей время переключения уменьшает требования к длительности входного импульса, но создает усложнение схемы, особенно при её миниатюризации, т.к. конденсаторы, входящие в состав элементов задержки плохо миниатюризируются. На рис 1.14.7 показана схема двухступенчатого триггера, свободного от этого недостатка.

Рис 1.14.7

Двухступенчатый Т – триггер состоит из двух синхронных RS – триггеров и инвертора. При подаче первого перепада из 0 в1 входного импульса переключается в противоположное состояние только первая ступень всего триггера ( первый RS – триггер на элементах D1,D2,D3). Вторая ступень не меняет своего состояния, т.к. логическая единица со входа триггера через инвертор D7 поступает на элементы D4 и D5 и обеспечивает на инверсных входах RS –триггера D6 две единицы и, следовательно, хранение информации на выходе Т – триггера. При окончании входного импульса логический ноль на входе сохраняет состояние первой ступени триггера, но меняется на противоположное второй ступени, т.е. всего Т – триггера. Такое управление триггером, когда переключение происходит только под действием импульса, т.е. под действием двух перепадов напряжения называется динамическим управлением. На рис 1.14.7 показаны условные обозначения двух типов Т – триггеров с динамическим входом. Верхний триггер имеет динамический инверсный вход. Это означает, что триггер переключается перепадом из 1 в 0. Рассмотренный триггер имеет такой вход. Другой триггер имеет прямой динамический вход, это означает, что он переключается перепадом из 0 в 1, а перепадом из 1 в 0 переключается только первая ступень триггера.

Т – триггер может быть построен на D – триггере. Если в структурной формуле D – триггера приравнять D к то получим . Полученная формула совпадает с формой Т – триггера. Вход С D – триггера играет роль входа Т Т – триггера. Следовательно для получения Т – триггера на основе D – триггера достаточно соединить вход D с инверсным выходом, а вход синхронизации С использовать как вход Т – триггера.

1.14.4 Универсальный JK –триггер.

Несинхронный JK – триггер имеет два входа J и K, основной и инверсные входы. Вход J аналогичен входу S RS – триггера. По этому входу триггер устанавливается в состояние «1». По входу K триггер сбрасывается в «0», как и RS – триггер по входу R. Отличие от RS – триггера состоит в том, что этот триггер не имеет запрещенных комбинаций сигналов на входах, а при подаче