LS-Sb90197

устанавливающих сигналов уровня логической «1» на оба входа. Для RS- триггера такая комбинация входных сигналов является запрещенной; при одновременной подаче устанавливающих сигналов на оба входа JK-триггера он меняет свое состояние на противоположное. (Исключением является RS- триггер, собранный на логических элементах (ЛЭ) «И-НЕ», для которого устанавливающими сигналами являются сигналы уровня логического «0».) УГО RS- и JK-триггеров показано на рис. 1.5, в и г.

Рис. 1.5. УГО Т-триггера (а), D-триггера (б), RS-триггера (в) и JK-триггера (г)

Из таблицы переходов RS-триггера (табл. 1.3) получим выражение для характеристического уравнения на основе СДНФ, которое после минимизации принимает вид

Из таблицы переходов JK-триггера (табл. 1.4) получим выражение для характеристического уравнения на основе СДНФ, которое после минимизации принимает вид

Qk + 1 = K k Qk + J k Qk , Qk + 1 = K kQk + J k Qk .

По способу записи информации различают асинхронные (нетактируемые) и синхронные (тактируемые) триггеры (см. рис. 1.4). В асинхронных триггерах переход в новое состояние вызывается изменениями только входных информационных сигналов. Синхронные триггеры, кроме информационных входов, имеют отдельный вход синхронизации (синхровход), обычно обозначаемый буквой С. Изменение состояния синхронного триггера может

11

произойти при одновременном воздействии входных информационных сигналов и сигнала синхронизации (синхросигнала).

По способу восприятия синхросигналов триггеры делятся на управляемые уровнем и управляемые фронтом или срезом (с динамическим управлением). Управление уровнем означает, что при одном уровне

синхросигналов (C k ) триггер воспринимает входные информационные

сигналы и реагирует на них, а при другом (C k ) не воспринимает и остается в неизменном состоянии. При динамическом управлении разрешение на переключение триггера дается только в момент перепада синхросигнала (на фронте или срезе синхроимпульса). В остальное время действия синхросигнала (независимо от его уровня) триггер не воспринимает входные информационные сигналы и, следовательно, остается в неизменном состоянии. Синхровход при динамическом управлении может быть прямым или инверсным. При прямом синхровходе разрешение на переключение триггера имеет место при изменении синхросигнала с уровня логического «0» до уровня логической «1» (фронт синхроимпульса); если же у триггера инверсный синхровход, его переключения возможны при изменении синхросигнала с уровня логической «1» до уровня логического «0» (срез синхроимпульса).

На рис. 1.6 показаны процессы, происходящие в синхронных триггерах. На временной диаграмме синхроимпульсов отмечено содержание процессов на отдельных участках, а под диаграммой приведены УГО синхровходов для соответствующих типов триггеров.

Рис. 1.6. Временная диаграмма, поясняющая работу синхронных триггеров, и УГО входов синхронизации

По характеру процесса переключения триггеры делятся на одноступенчатые и двухступенчатые. В одноступенчатом триггере переключение в новое состояние происходит сразу, в двухступенчатом – по этапам. Двухсту-

12

пенчатый триггер состоит из двух – ведущего М-триггера и ведомого S- триггера (рис. 1.7).

Рис. 1.7. Схема (а), временные диаграммы, поясняющие работу (б), и УГО (в) двухступенчатого триггера (MS-триггера)

Переход в новое состояние происходит в обоих триггерах поочередно. Один из уровней синхросигнала разрешает прием информации в М-триггер, при этом состояние S-триггера остается неизменным. Другой уровень синхросигнала разрешает передачу нового состояния М-триггера в S-триггер.

1.2.2.Схемотехника триггеров

Всоставе практически всех серий цифровых ИС имеются ИС триггеров различных типов. Естественно, что триггер с требуемой логикой работы может быть спроектирован и на основе ЛЭ того или иного функционально полного набора ЛЭ.

Синтез схемы триггера обычно осуществляется по его характеристическому уравнению. Приведем последовательность необходимых для этого действий на примере синтеза RS-триггеров.

Асинхронный RS-триггер. Схема асинхронного RS-триггера, соответствующая характеристическому уравнению (1.4), может быть построена на ЛЭ любого функционально полного набора. Однако оптимальное схемное решение получают при использовании ЛЭ монофункциональных наборов «И-НЕ» или «ИЛИ-НЕ».

Для синтеза схемы асинхронного RS-триггера на ЛЭ «И-НЕ» преобразуем (1.4) к виду

Qk + 1 = S k + Rk Qk = S k Rk Qk , Qk + 1 = Rk + S k Qk = Rk S k Qk . (1.5)

13

Соответствующая (1.5) схема асинхронного RS-триггера на ЛЭ «И-НЕ» показана на рис. 1.8, а.

Для синтеза схемы асинхронного RS-триггера на ЛЭ «ИЛИ-НЕ» преобразуем (1.4) к виду

Соответствующая (1.6) схема асинхронного RS-триггера на ЛЭ «ИЛИ-НЕ» показана на рис. 1.8, б.

Рис. 1.8. Схемы асинхронного RS-триггера на ЛЭ «И-НЕ» (а) и «ИЛИ-НЕ» (б)

Из сопоставления рис. 1.8, а и б можно заключить, что схема триггера не меняется при замене одних ЛЭ другими, меняются местами только входы или выходы схемы.

Анализ (1.5) и (1.6) показывает, что асинхронный RS-триггер на ЛЭ «И- НЕ» управляется входными сигналами Rk и S k , а на ЛЭ «ИЛИ-НЕ» –

сигналами Rk и S k . Другими словами, устанавливающими сигналами для триггера на ЛЭ «И-НЕ» являются сигналы уровня логического «0», а для триггера на ЛЭ «ИЛИ-НЕ» – уровня логической «1».

При одновременной подаче устанавливающих сигналов на оба входа

( Rk = S k = 0 для триггера на ЛЭ «И-НЕ» или R k = S k = 1 для триггера на

ЛЭ «ИЛИ-НЕ») триггер распадается на два автономных инвертора. При этом на его обоих выходах будет сигнал уровня логичекой «1» (для триггера на ЛЭ «И-НЕ») или уровня логического «0» (для триггера на ЛЭ «ИЛИ-НЕ»), т. е. схема теряет триггерные свойства, поэтому указанные комбинации входных сигналов являются запрещенными.

14

Переходы асинхронных RS-триггеров, построенных на ЛЭ «И-НЕ» и «ИЛИ-НЕ», приведены в табл. 1.5 и 1.6. УГО и временные диаграммы асинхронного RS-триггера на ЛЭ «И-НЕ» показаны на рис. 1.9.

Рис. 1.9. УГО (а) и временные диаграммы (б) асинхронного RS-триггера на ЛЭ «И-НЕ»

Синхронный RS-триггер. Для получения характеристического уравнения синхронного RS-триггера надо составить его таблицу переходов, подобную табл. 1.3 (предлагается сделать студенту самостоятельно), введя в нее

синхросигнал C k . При C k =1 триггер изменяет свое состояние в соответст-

вии с логикой работы триггера, а при C k = 0 состояния триггера остаются

неизменными.

На основе таблицы переходов составляется выражение для СДНФ характеристического уравнения, которое после минимизации примимает вид

Для построения схемы синхронного RS-триггера на ЛЭ «И-НЕ» дважды проинвертируем (1.7), в результате получим:

15

тактирования, принимая сигнал только по разрешению синхросигнала C k . Из характеристического уравнения (1.9) видно, что при наличии синхросигнала

временные диаграммы синхронного D-триггера показаны на рис. 1.12.

Рис. 1.11. УГО (а) и временные диаграммы (б) синхронного RS-триггера на ЛЭ «И-НЕ»

Рис. 1.12. УГО (а) и временные диаграммы (б) синхронного D-триггера

17

2. Из синхронного RS-триггера может быть получен Т-триггер. Действительно, если синхровход RS-триггера C обозначить через Т, его прямой выход

соединить со входом R, т. е. сделать Rk = Qk , а инверсный выход со входом

S, т. е. сделать S k = Qk (рис. 1.13, а), то характеристическое уравнение синхронного RS-триггера (1.7) примет вид, соответствующий Т-триггеру (1.3).

Однако, как правило, Т-триггер получают из схем синхронных D- или JK-триггеров.

Если обозначить синхровход D-триггера C через Т, а его инверсный вы-

ход соединить со входом D, т. е. сделать Dk = Qk (рис. 1.13, б), то характе-

ристическое уравнение синхронного D-триггера (1.9) примет вид, соответствующий Т-триггеру (1.3).

Для преобразования синхронного JK-триггера в Т-триггер достаточно объединить все его входы. Если этот объединенный вход обозначить через Т,

т. е. сделать J k = С k = K k = T k (рис. 1.13, в), то характеристическое уравнение синхронного JK-триггера

примет вид, соответствующий Т-триггеру (1.3).

Рис. 1.13. Преобразование RS- (а), D- (б) и JK-триггеров (в) в Т-триггер

Временные диаграммы Т-триггера показаны на рис. 1.14.

Рис. 1.14. Временные диаграммы T-триггера

18

Характерной особенностью Т-триггеров является то, что частота изменения выходных сигналов в 2 раза меньше частоты входных. Это свойство Т-триггеров используется при построении на их основе делителей частоты следования импульсов и двоичных счетчиков.

3. Из схемы синхронного RS-триггера (рис. 1.10) легко получить схему синхронного JK-триггера2. Действительно, если ввести в схему входной логики следующие изменения: заменить входы R и S входами K и J, соединить вход ЛЭ 1 с выходом ЛЭ 4, вход ЛЭ 2 с выходом ЛЭ 3, то получим схему (рис. 1.10, б), реализующую характеристическое уравнение синхронного JK-

триггера (1.10). При C k =1 триггер изменяет свое состояние в соответствии с

логикой работы триггера, а при C k = 0 состояния триггера остаются неизменными. УГО синхронного JK-триггера и его временные диаграммы показаны на рис. 1.15.

Рис. 1.15. УГО (а) и временные диаграммы (б) синхронного RS-триггера

На основе JK-триггеров можно реализовать и остальные основные типы триггеров. Работа JK-триггера совпадает с работой RS-триггера во всем за исключением запрещенных входных комбинаций для RS-триггера. Следова-

2 Схема асинхронного JK-триггера практического интереса не представляет.

19

тельно, при использовании JK-триггера в качестве RS-триггера достаточно вход J обозначить через S, а вход K – через R.

4.ИС триггеров наряду с информационными и синхровходами обычно имеют асинхронные входы для установки начального состояния триггера. Таких входов может быть два: асинхронной установки единицы (обозначается S) и асинхронной установки нуля (обозначается R). Некоторые ИС триггеров имеют только один из входов (обычно R). Асинхронные входы являются доминирующими, т. е. воздействия по ним осуществляются независимо от сигналов на других входах, которые при этом игнорируются. Как следует из названия, время появления устанавливающих сигналов может быть любым. Если эти сигналы снимаются, то обусловленное ими состояние триггера сохраняется до первого активного изменения синхросигнала, которое определит новое состояние триггера в соответствии с его информационными входами.

5.Приведем описание работы наиболее популярных ИС триггеров 155 серии: К155ТМ2 (рис. 1.16, а) и К155ТВ1 (рис. 1.16, б).

Рис. 1.16. ИС триггеров K155TM2 (а) и K155TB1 (б)

ИС К155ТМ2 содержит два автономных синхронных D-триггера, имеющих общую цепь питания. Каждый из триггеров (рис. 1.16, а) имеет информационный вход D, синхровход С, а также два инверсных асинхронных входа S и R (т. е. активный уровень для них – низкий) для установки начального состояния триггера. Если на входы S и R одновременно подать сигналы низкого уровня, состояние триггера окажется неопределенным. Триггер устанавливается в состояние, определяемое

20