Цифровая схемотехника (стр. 7 из 10)

В таблицах приняты следующие обозначения: Qn – исходное состояние, Qn+1 – новое состояние триггера, х – неопределенное состояние.

Триггер на элементах ИЛИ-НЕ управляется единичными сигналами, поступающими на один из его входов. При подаче единичного сигнала на вход R триггер устанавливается в нулевое состояние (Qn+1 = 0 — режим «сброса»), а при поступлении такого же сигнала на вход S - в единичное состояние (Qn+1 = 1).

Подача единичных сигналов одновременно на оба входа запрещена, т.к. состояние Qn+1, в которое переходит триггер, не определено – на выходах Q и

устанавливаются нулевые логические значения сигналов. R• S = 1 является запрещенной комбинацией.

При поступлении на оба входа триггера сигналов нулевого логического уровня его состояние остается неизменным (Qn+1= Qn).

Триггер на элементах И-НЕ управляется нулевыми сигналами, что отражено на его условном обозначении в виде инвертирующих входов. Запрещенным состоянием является такое, при котором на оба его входа подаются нулевые логические сигналы.

3.3 Синхронные триггеры

3.3.1 RS-триггер

Важнейшую роль в цифровых устройствах играют триггеры с синхронизирующими (тактовыми) и информационными (программирующими) входами. Условное графическое изображение и функциональная схема синхронного RS-триггера представлены на рисунке 3.3

Рисунок 3.3- УГО и функциональная схема синхронного RS-триггера

Изменение состояния триггера возможно лишь при наличии единичного сигнала на синхронизирующем входе С. При нулевом значении сигнала C информация на управляющих входах R и S не воспринимается, и триггер сохраняет свое предыдущее состояние для любых значений сигналов на управляющих входах R и S. Запрещенной комбинацией является R• S •С = 1.

Кроме синхронных RS-триггеров, применяются еще три вида триггеров: D-,Т-, и JK- типов.

3.3.2 D-триггер

Условное графическое обозначение и функциональная схема D-триггера показаны на рисунке 3.4

Рисунок 3.4-Условное графическое обозначение и функциональная схема D-триггера

Логика работы D-триггера: после окончания очередного синхронизирующего импульса триггер принимает состояние сигнала на его информационном входе D. Поэтому D-триггер называют триггером задержки (от английского Delay – задержка).

3.3.3 Т-триггер

Т-триггер имеет только синхронизирующий вход и не имеет информационных входов. Условное графическое обозначение Т-триггера показано на рисунке 3.5.

Рисунок 3.5 - Условное графическое обозначение Т-триггера

Логика работы Т-триггера: при подаче каждого тактового импульса меняет свое состояние на противоположное.

Он является основным элементом делителей частоты, хотя отдельно не выпускается. Однако этот триггер легко реализовать на основе D-триггера, как показано на рис 3.6.

Рисунок 3.6- Реализация Т-триггера на основе D-триггера

3.3.4 JK-триггер

Условное графическое обозначение JK-триггера представлено рисунке 3.7.

Рисунок 3.7 - Условное графическое обозначение JK-триггера

Работу JK-триггера иллюстрирует таблица переходов RS-триггера с прямыми входами, показанная на рисунке 3.2. Причем входу S соответствует вход J, а входу R – вход K.

Из таблицы следует, что JК-триггер не изменяет своего состояния при воздействии тактового импульса, если J = К = 0. В отличие от RS-триггера сигналы J = К= 1 не являются запрещенными и вызывают изменение состояния триггера на противоположное, т.е. триггер работает как Т-триггер.

Если J = 1 и К = 0, то тактовый импульс устанавливает триггер в единичное состояние (Qn+1= 1), а при J = 0 и K = 1 — в нулевое состояние (Qn+1= 0). Триггер не изменяет своего состояния, если тактирующий сигнал С = 0.

Т-триггер легко реализовать из JK-триггера объединением управляющих входов J и K, как показано на рисунке 3.8. JK-триггер является универсальным, поскольку из него легко получаются RS и Т-триггеры.

Рисунок 3.8-Схема включения JK-триггера в режиме Т-триггера

3.3.5 Двухступенчатые синхронные триггеры

3.3.5.1 Двухтактный R-S триггер M-S-типа

Особенностью ранее рассмотренных триггеров является то, что если во время действия тактового импульса на информационных входах синхронного триггера произойдет даже кратковременное изменение сигнала, приводящее к изменению состояния триггера, то это немедленно скажется на его выходе. Несколько иначе работают двухступенчатые синхронные триггеры, которые называют MS-триггерами (от английского Master – Slave: Хозяин – Раб). Эти триггеры состоят из двух элементов памяти, соединенных так, как это, например, показано на рисунке 3.9. Этот триггер имеет два входа синхронизации С1 и С2. Запись осуществляется путем последовательной подачи двух синхронизирующих сигналов сначала на вход С1, а затем на С2. Поэтому такой триггер называется двухтактным.

“M” “S”

Рисунок 3.9 -Двухтактный R-S триггер M-S-типа

Однако управление двухтактным триггером требует усложнения схемы управления. Поэтому применяются двухступенчатые однотактные триггеры, которые строятся с использованием различных схемотехнических приемов задержки переключения второго триггера.

3.3.5.2 Однотактные двухступенчатые триггеры

Двухступенчатая структура триггера отображается на условном графическом обозначении в виде двух букв Т, как показано на рисунке 3.10.

Рисунок 3.10 - Условное графическое обозначение двухступенчатых триггеров

О двухступенчатых триггерах говорят также, что они управляются импульсом. Действительно, для полного цикла работы двухступенчатого триггера необходимо два перепада синхронизирующего сигнала.

На рисунке 3.11 представлен RS-триггер с запрещающими связями, а на рисунке 3.12 с инвертором.

Рисунок 3.11 - Однотактный RS-триггер M-S-типа с запрещающими связями

Рисунок 3.12 - Однотактный R-S триггер M-S-типа с инвертором

логический схема регистр триггер

Передним фронтом тактового импульса записывается информация, определяемая уровнем сигналов на информационных входах триггера, в первый элемент памяти, называемый управляющим (М). Спад тактового импульса вызывает перезапись информации из управляющего элемента в управляемый (S). После окончания тактового импульса изменения информации на входах R и S управляющего триггера не воспринимаются. Процесс записи проиллюстрирован на рисунке 3.13.

Рисунок 3.13 - Временне диаграммы процесса записи в однотактный R-S триггер M-S-типа

Пунктирными линиями на рисунках 3.11 и 3.12 показаны обратные связи, превращающие RS-триггер в Т-триггер, временные диаграммы работы которого показаны на рисунке 3.14.

Рисунок 3.14 - Временные диаграммы работы Т-триггера

Двухступенчатые синхронные триггеры выпускаются в виде отдельных ИМС. На рисунке 3.15 показаны условные графические обозначения ИМС типов 155ТМ2 и 155ТВ1.

155ТМ2 155ТВ1

Рисунок 3.15 - Условные графические обозначения ИМС типов 155ТМ2 и 155ТВ1

ИМС 155ТМ2 содержит два синхронных D-триггера, управляемых передним фронтом синхронизирующего импульса. Триггеры имеют внутренние управляющие R и S входы, функционирующие независимо от синхронизирующих сигналов.

Синхронный JK-триггер 155ТВ1, изображенный на рисунке 3.15, также имеет независимое управление по входам S и R. Триггер тактируется спадом импульса и имеет по три информационных входа J и К. Одноименные входы объединены в нем по схеме И.

Обычно в сериях ИМС, выпускаемых промышленностью, D-триггеры переключаются фронтом импульса, а JK-триггеры — импульсом.

Отметим, что двухступенчатые синхронные триггеры реагируют на изменения информационных сигналов во время действия тактовых импульсов. Если перед приходом тактового импульса информационные входы имели состояние, при котором триггер не должен изменить свое состояние, а во время действия тактового импульса информационные входы даже на короткое время воспримут сигналы, приводящие к изменению состояния триггера, то это изменение произойдет обязательно. Поэтому рассматриваемые триггеры следует применять лишь там, где исключена возможность изменения информационных сигналов во время действия синхронизирующего импульса.