5. Последовательностные цифровые устройства в системах управления

Триггер представляет собой устройство с двумя устойчивыми состояниями, содержащее элемент (собственно говоря, сам триггер) и схему управления.

По функциональной классификации существуют: RS, D, T, JK.

По способу записи информации:

1. Синхронные (меняют свое состояние вслед за изменением входного сигнала)

2. Асинхронные (меняют свое состояние только после получения подтверждающего сигнала)

Виды триггеров:

RS–триггер – это триггер с раздельной установкой состояний логического нуля и еденицы (с раздельным запуском). По входу S триггер устанавливается в состояние Q=1 (Q=0), а по входу R – в состояние Q=0 (Q=1).

Синхронный RS – триггер является основой для построения делителей частоты, регистров, счетчиков.

Асинхронный RS – триггер в качестве самостоятельного устройства не применяется но является основой для построения сложных триггеров.

Т–триггер – логическое устройство с двумя устойчивыми состояниями и одним входом Т, которое остаетвся в исходном состоянии при Т = 0 и инвертирует своё исходное состояние при Т = 1. Часто используется для деления входной частоты на два.

D–триггер – это триггер с одним информационным входом, работающий так, что сигнал на выходе после переключения равен сигналу на входе до переключения, т.е. Qⁿ⁺¹ = Dⁿ. Основное назначение - задержка сигнала поданного на вход D.

JK–триггеры (от англ. Jump и keep)

подразделяются на универсальные и комбинированные. Универсальный JK – триггер имеет два информационных входа J и K. Универсальность JK-триггера состоит в том, что он может выполнять функции RS-, T-, D-триггеров. Комбинированный отличается от универсального наличием дополнительных S и R для предварительной установки триггера в определенное состояние (логической 1 или 0).

Регистры

Регистр – это последовательностное логическое устройство, используемое для хранения n-разрядных двоичных чисел и выполнения преобразований над ними. Регистр представляет собой упорядоченную последовательность триггеров, число которых соответствует числу разрядов в слове. С каждым регистром обычно связано комбинационное устройство, с помощью которого обеспечивается выполнение некоторых операций над словами.

Типичными являются следующие операции:

• приём слова в регистр;

• передача слова из регистра;

• поразрядные логические операции;

• сдвиг слова влево или вправо на заданное число разрядов;

• преобразование последовательного кода в параллельный и обратно;

• установка регистра в обратное состояние (сброс).

Существуют:

Параллельные регистры – использую для записи хранения и считывания небольшого количества информации (1 или 2 байт). Схема четырёхразрядного параллельного регистра приведена на рисунке 1, а его условно-графическое обозначение - на рисунке 2.

Параллельные регистры представляют собой параллельное соединение D триггеров. Такие регистры являются основой для построения устройств памяти, устройств фиксации кратковременной информации устройств связи внешних объектов с управляющей техникой.

Регистры ловушки для всех мультиплексированных систем, микросхемы памяти основаны на параллельных регистрах. Вид такой памяти – оперативная (ОЗУ).

Последовательные регистры (регистры сдвига) – используют для сдвига m – разрядных чисел, в одном направлении. Кроме того, их можно применять для сдвига не числовой информации (построение счетчиков).

Последовательные регистры делятся:

- регистры левого сдвига

- регистры правого сдвига

- реверсивные регистры

B обозначение последовательного регистров используется обозначение стрелки.

Последовательные регистры строятся на основе последовательно соединенных D триггеров.

Счетчики импульсов

Это устройства осуществляющие счет числа входных импульсов и фиксирующие то число в каком-нибудь коде. Счетчики делятся: суммирующие, вычитающие и реверсивные.

1. Суммирующий счетчик - предназначен для выполнения счета в прямом направлении. С приходом очередного импульса его содержимое увеличивается на единицу.

2. Вычитающий счетчик – предназначен для выполнения счета в обратном направлении. С приходом очередного импульса его содержимое уменьшается на единицу.

3. Реверсивный счетчик – может работать в режиме сложения и в режиме вычитания.

Счетчики делятся на: последовательные, параллельные и последовательно-параллельные. Счетчики могут быть построены на основе счетных регистров, кольцевых схем триггеров и на основе многоустойчивых элементов. Счетчики характеризуются коэффициентом пересчета К_сч (модулем, периодом пересчета) и быстродействием. Быстродействие – характеризуется частотой поступления счетных импульсов f_сч и временем установления счетчика t_сч.

Рассмотрим суммирующий счётчик. Такой счётчик построен на 4-х JK-триггерах, которые при наличии на обоих входах логического сигнала «1» переключаются в моменты появления на входах синхронизации отрицательных перепадов напряжения.

И ещё один пример.

Показана схема измерения интервала времени между двумя сигналами, поступающими на входы ПУСК и СТОП. Содержимое счетчика, считываемое после сигнала стоп, пропорционально длительности измеряемого интервала. Измерение целого ряда величин сводится к измерению интервалов времени: период гармонического сигнала, время оборота вала, сдвиг фаз гармонических сигналов, дальность в схеме радиолокатора.