Рис. 22. Ячейка с двумя устойчивыми состояниями.
Рис. 23. Схемы фиксаторов с входами управления на элементах ИЛИ-НЕ и И-НЕ
Переходное состояние, в котором инверторы активны, неустойчиво. Это можно показать, имея в виду, что напряжения в любой цепи не являются идеально постоянными, а всегда имеют место флуктуации. Флуктуации обязательно приведут фиксатор в одно из двух стабильных состояний, т. к. из-за наличия в схеме петли положительной обратной связи любое изменение режима вызывает продолжение в том же направлении, пока фиксатор не перейдет в устойчивое состояние, когда петля обратной связи как бы разрывается вследствие потери инверторами усилительных свойств (переход в режимы отсечки и насыщения, свойственные устойчивым состояниям).
Чтобы управлять фиксатором, нужно иметь в логических элементах дополнительные входы, превращающие инверторы в элементы И-НЕ либо ИЛИ-НЕ. На входы управления поступают внешние установочные сигналы.
Установочные сигналы показаны на рис. 23 штриховыми линиями. Буквой R латинского алфавита (от Reset) обозначен сигнал установки триггера в нуль (сигнал сброса), а буквой S (от Set) – сигнал установки в состояние логической единицы (сигнал установки). Состояние триггера считывается по значению прямого выхода, обозначаемого как . Чаще всего триггер имеет и второй выход с инверсным сигналом
. Для фиксатора на элементах ИЛИ-НЕ установочным сигналом является единичный, поскольку только он приводит логический элемент в нулевое состояние независимо от сигналов на других входах элемента. Для фиксатора на элементах И-НЕ установочным сигналом является нулевой, как обладающий тем же свойством однозначно задавать состояние элемента независимо от состояний других входов.Таблицу истинности триггера JK можно записать в полном (табл. 6) или сокращенном виде (табл. 7). Через
обозначено новое состояние триггера (после переключения).Таблица 6
Режим | ||||
0 | 0 | 0 | 0 | Хранение |
0 | 0 | 1 | 1 | |
0 | 1 | 0 | 0 | Установка 0 |
0 | 1 | 1 | 0 | |
1 | 0 | 0 | 1 | Установка 1 |
1 | 0 | 1 | 1 | |
1 | 1 | 0 | 1 | Переключение |
1 | 1 | 1 | 0 |
Таблица 7
0 | 0 | Q |
0 | 1 | 0 |
1 | 0 | 1 |
1 | 1 |
Карта Карно для JK-триггера показана на рис. 24. Из неё можно получить характеристическое уравнение триггера
.Рис. 24. Карта Карно для JK-триггера
По характеристическому уравнению можно построить схему триггера в любом логическом базисе (рис. 25).
Рис. 25. Схема JK-триггера в базисе И, ИЛИ, НЕ
Диаграмма состояний (рис. 26) отражает наличие у триггера двух устойчивых состояний и условия перехода из одного состояния в другое. Словарь триггера (табл. 8) даёт ту же информацию в аналитической форме и является инструментом проектирования схем, содержащих триггеры.
Рис. 26. Диаграммы состояний (графы переходов) для JK-триггера
Таблица 8
Переход | J | K |
0→0 | 0 | |
0→1 | 1 | |
1→0 | 1 | |
1→1 | 0 |
Важным способом описания функционирования триггеров (как и других автоматов) являются временные диаграммы, отражающие не только логическое функционирование схемы, но и её поведение во времени. Это поведение другими способами описания работы триггеров не отображается, и поэтому в ряде случаев временные диаграммы незаменимы. Временные диаграммы соответствуют той картине, которую можно наблюдать на экране осциллографа или логического анализатора (рис. 27).
Рис. 27. Временные диаграммы работы асинхронного JK-триггера
На практике временные диаграммы чаще всего изображаются схематично, без осей координат (с целью упрощения графических изображений).
Приведённое выше описание относится к асинхронному JK-триггеру, изменение состояний которого происходит под действием входных сигналов J и K.
На практике чаще всего используются синхронные триггеры, отличающиеся наличием дополнительного, так называемого синхронизирующего входа С (от англ. слова clock – тактировать).
Восприятие входных сигналов J и K у синхронного триггера происходит только при наличии активного уровня сигнала на входе С.
Работу такого триггера можно проиллюстрировать временной диаграммой (рис. 28).
Рис. 28. Временные диаграммы работы синхронного JK-триггера
2.2.3 Получение управляющих сигналов
Переходы кодируются в соответствии с таблицей переходов для JK – триггера (Таблица 3). Полученные функции возбуждения для каждого триггера представлены в Приложении 2.
2.2.4 Построение схем функций возбуждения
Осуществим минимизацию каждого из входных сигналов триггеров. При этом «
» можно доопределять «0» или «1» исходя из целесообразности минимизации. На основе полученных минимизированных функций, построим схемы функции возбуждения для каждого входа.Рис.29. Схема реализации функции возбуждения для J – входа 1 триггера
Рис.30. Схема реализации функции возбуждения для K – входа 1 триггера
Рис.31. Схема реализации функции возбуждения для J – входа 2 триггера
Рис.32. Схема реализации функции возбуждения для K – входа 2 триггера
Рис.33. Схема реализации функции возбуждения для J – входа 3 триггера
Рис.34. Схема реализации функции возбуждения для K – входа 3 триггера
Рис.35. Схема реализации функции возбуждения для J – входа 4 триггера
Рис.36. Схема реализации функции возбуждения для K – входа 4 триггера
Рис.37. Схема реализации функции возбуждения для J – входа 5 триггера
Рис.38. Схема реализации функции возбуждения для K – входа 5 триггера
Рис.39. Схема реализации функции возбуждения для J – входа 6 триггера
Рис.40. Схема реализации функции возбуждения для K – входа 6 триггера
Рис.41. Схема реализации функции возбуждения для J – входа 7 триггера
Рис.42. Схема реализации функции возбуждения для K – входа 7 триггера
Рис.43. Схема реализации функции возбуждения для J – входа 8 триггера