4.2 Синхронные триггеры с динамическим управлением
Синхронный двухступенчатый RS-триггер реализуется по принципу «ведущий - ведомый». При этом входная информация вначале записывается в ведущий триггер, а затем переносится в ведомый триггер, представляющий вторую ступень схемы.
Рассмотрим более простой способ построения такого триггера – на базе двух синхронных статических RS-триггеров с объединением тактовых входов через инвертор. Функциональная схема и условно-графическое обозначение двухступенчатого RS-триггера приведены на рис. 12,а,б. Функционирование триггера задается таблицей 5.
Рисунок 12
Таблица 5
S |
R |
C |
Q n |
Режим |
х |
х |
0 |
Q n-1 |
Хранение |
0 |
0 |
х |
Q n-1 |
Хранение |
1 |
0 |
↓ |
1 |
Запись 1 |
0 |
1 |
↓ |
0 |
Запись 0 |
1 |
1 |
↓ |
з |
Запрещенный |
Символы «↑» и «↓» в таблицах функционирования триггеров с динамическим управлением означают, что изменение состояния происходит по положительному или отрицательному перепаду тактового импульса. Символ «х» означает произвольное состояние входных сигналов.
На базе синхронного RS-триггера с динамическим управлением легко реализуются все другие триггеры с динамическим управлением: Т-триггер, D-триггер и JK-триггер.
Синхронный двухступенчатый T-триггер. Схема триггера и его условно-графическое обозначение приведены на рис. 13,а,б. Функционирование триггера задается таблицей 6.
Таблица 6
T |
Q n |
Режим |
0 |
Q n-1 |
Хранение |
↓ |
|
Переключение |
Рисунок 13
Синхронный двухступенчатый D-триггер. Схема триггера и его условно-графическое обозначение приведены на рис. 14,а,б. Функционирование триггера задается таблицей 7.
Рисунок 14
Таблица 7
D |
C |
Q n |
Режим |
х |
0 |
Q n-1 |
Хранение |
1 |
↓ |
1 |
Запись 1 |
0 |
↓ |
0 |
Запись 0 |
Синхронный двухступенчатый JK-триггер. Функционирование триггера задается таблицей 8. Работа JK-триггера аналогична RS-триггеру за исключением запрещенных состояний.
Построим функциональную схему JK-триггера на базе двухступенчатого RS-триггера (рис. 12,б). Для управления его входами разработаем комбинационное устройство.
Таблица 8
J |
K |
C |
Q n |
Режим |
х |
х |
0 |
Q n-1 |
Хранение |
0 |
0 |
х |
Q n-1 |
Хранение |
1 |
0 |
↓ |
1 |
Запись 1 |
0 |
1 |
↓ |
0 |
Запись 0 |
1 |
1 |
↓ |
|
Переключение |
Входными сигналами комбинационного устройства служат сигналы J, K (входные сигналы JK-триггера) и предыдущее состояние триггера Q n-1. Выходными сигналами являются S, R (входные сигналы RS-триггера).
По таблице 8 составим таблицу переключений 9 для функций S, R, исключив режимы хранения, поскольку они не изменяют состояние триггера.
Таблица 9
J |
K |
Q n-1 |
S |
R |
Режим |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
Запись 1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
Запись 0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
Переключение 0 → 1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
Переключение 1 → 0 |
Составим алгебраические уравнения в СДНФ для единичных значений функций S и R.
Функциональная схема триггера и его условно-графическое обозначение приведены на рис. 15,а,б.
Рисунок 15
Синхронные JK-триггеры с динамическим управлением являются универсальными. Они широко используются в цифровой схемотехнике при реализации автоматов с памятью. Поэтому указанные триггеры наиболее полно представлены в различных сериях интегральных микросхем [1, 2].
В основе схемотехнических решений, используемых в микроэлектронной технике, заложена функциональная схема синхронного двухступенчатого JK-триггера. Но при разработке конкретных схем JK-триггеров использовались эвристические (интуитивные) методы оптимизации, направленные на повышение быстродействия и сокращение количества используемых компонентов. Кроме того, для расширения функциональных возможностей схемы JK-триггеров дополнены одним или двумя асинхронными входами S и R.
Для примера рассмотрим схему JK-триггера в интегральном исполнении[1].
Триггер 155ТВ1. Схема триггера и его условно-графическое обозначение приведены на рис. 16,а,б. Изменение состояний триггера задается таблицей функционирования (табл. 10).
а) б)
Рисунок 16. Функциональная схема (а) и условно-графическое обозначение (б) JK-триггера 155ТВ1
Таблица 10
|
|
J |
K |
C |
Q n |
Режим |
0 |
1 |
х |
х |
х |
1 |
Асинхронная запись 1 |
1 |
0 |
х |
х |
х |
0 |
Асинхронная запись 0 |
0 |
0 |
х |
х |
х |
* |
Запрещенный |
1 |
1 |
х |
х |
0 |
Q n-1 |
Хранение |
1 |
1 |
0 |
0 |
х |
Q n-1 |
Хранение |
1 |
1 |
1 |
0 |
↓ |
1 |
Запись 1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
↓ |
0 |
Запись 0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
↓ |
|
Переключение |
Триггер JK является универсальным элементом при построении различных последовательностных устройств. В частности на его основе легко реализовать D- и T-триггеры.