4. Область применения

Логические элементы применяются в устройствах цифровой обработки и преобразования информации – вычислительных машинах, цифровых измерительных приборах, устройствах автоматики. Логические элементы могут использоваться как самостоятельно, так и быть частью более сложной схемы.

Как самостоятельные части схемы, логические элементы могут применяться в качестве управляющей логики какого-либо устройства, в качестве генератора прямоугольных импульсов. В комбинационных схемах логические элементы используются в составе интегральных микросхем (дешифраторы, шифраторы). Также, логические элементы могут входить в состав схем с памятью (триггеры, регистры, счётчики и т.д.), выполненных в виде отдельной микросхемы или в составе других микросхем.

5. Триггеры

   1. Классификация триггеров

Триггером называют устройство, обладающее двумя состояниями устойчивого равновесия и способное скачком переходить из одного состояния в другое под воздействием внешнего управляющего сигнала (англ. trigger – спусковой крючок, защелка).

Переход триггера из одного устойчивого состояния в другое происходит при воздействии управляющего сигнала и сопровождается скачкообразным изменением токов и напряжений.

Триггеры могут выполняться на основе дискретных логических элементов, либо являться завершенными функциональными элементами в виде интегральных микросхем.

По функциональному признаку различают триггеры следующих типов: RS, D, T, JK и др. Назначение входов триггеров приводится в табл. 8.1.

Таблица 8.1 – Функциональное назначение входов триггеров

Обозначение

Назначение

S R J K T D V C

Информационные входы Вход для раздельной установки триггера в состояние 1 Вход для раздельной установки триггера в состояние 0 Вход для установки в состояние 1 JK- триггера Вход для установки в состояние 0 JK- триггера Счетный вход триггера Вход для установки триггера в состояние 0 или 1 Управляющие входы Подготовительный вход для разрешения приема информации Подготовительный вход для осуществления приема информации. Вход синхронизации.

По способу управления триггеры разделяют на асинхронные и тактируемые (синхронные). В асинхронных триггерах переключение из одного состояния в другое осуществляется непосредственно с поступлением сигнала на информационный вход. В тактируемых триггерах помимо информационных входов имеется вход, на который подаются тактовые импульсы (синхроимпульсы). Их переключение происходит только при наличии разрешающего, тактирующего импульса.

2. Асинхронный rs-триггер

Асинхронный RS-триггер (рис. 8.13, а), как и триггер любого другого типа, характеризуется двумя состояниями: логической “1” и логического “0”. Состоянию логической “1” соответствует Q = 1, (триггер установлен); состоянию логического “0”: Q = 0, (триггер сброшен).

По информационному входу S производится установка триггера в состояние логической “1”, а по информационному входу R – перевод триггера в состояние логического “0”. Этому соответствуют сокращенные обозначения входов и название триггера: S (set) – установка, R (reset) – возвращение в исходное состояние. Триггер может быть реализован на двух логических элементах ИЛИ-НЕ – (рис. 8.13, б).

Работу триггера иллюстрирует таблица переходов и временные диаграммы, приведенные на рис. 8.14.

Состояние логической “1” (Q = 1) триггер принимает при S = 1, R = 0. При обратной комбинации входных сигналов (S = 0, R = 1) триггер устанавливается в состояние логического “0” (Q = 0). При S = R = 0 в триггере сохраняется предшествующее состояние (“0” или “1”), т.е. находится в режиме хранения.

Комбинация S = R = 1 для схемы триггера является запрещенной ввиду неопределенности его состояния.

3. D-триггер

D-триггер (рис. 8.15) имеет один информационный вход D (на него подается информация, предназначенная для занесения в триггер) и вход синхронизации С, его также называют тактовым входом.

Работу тактируемого D-триггера иллюстрируют таблица истинности и временные диаграммы, приведенные на рис. 8.16.

Если уровень сигнала на входе С = 0, состояние триггера устойчиво и не зависит от уровня сигнала на информационном входе. При подаче на вход синхронизации уровня С = 1 информация на выходе Q будет повторять информацию, подаваемую на вход D. Таким образом, переключение триггера из одного устойчивого состояния в другое происходит с появлением синхронизирующего (тактового) импульса на входе С.

Предположим, что к моменту прихода входного сигнала D-триггер находился в состоянии логического “0” (Q = 0, = 1). В интервале времени t₁-t₂, когда действует входной сигнал D, состояние триггера не изменяется, так как при этом С = 0. Действие сигнала С = 1 в момент времени t₂ приводит к переключению триггера в состояние логической “1” (Q = 1, = 0). Состояние логической “1” триггера не изменится до момента времени t₄. Появление в момент времени t₄ сигнала С = 1 вызывает переключение триггера в состояние логического “0”.

Назначение D-триггера состоит в задержке информационного сигнала (0 или 1), поданного на вход D, на один тактовый импульс С, прежде чем он появится на выходе Q.

4. Т-триггер

Т-триггер имеет один управляющий вход Т и два выхода Q и . Характерным свойством Т-триггера является его переключение в противоположное состояние с приходом каждого очередного входного импульса.

На рис. 8.17 приведено условное обозначение и временные диаграммы, поясняющие принцип действия Т-триггера.

С приходом первого импульса на вход Т, триггер устанавливается в состояние логической “1” (Q = 1, = 0). Вторым импульсом триггер переключается в состояние “0” и т.д. Как видно из диаграммы (рис. 8.17, б), частота сигнала на выходе Т-триггера в два раза ниже частоты сигнала на входе, поэтому такой триггер можно использовать как делитель частоты, а также как счетчик числа импульсов.