2.1.1. Одноступенчатые триггеры
Триггеры - элементарные автоматы, содержащие элемент памяти (фиксатор) и схему управления. Фиксатор строится на двух инверторах, связанных друг с другом "накрест", так что выход одного соединен с входом другого. Такое соединение дает цепь с двумя устойчивыми состояниями (рис.). Действительно, если на выходе инвертора 1 имеется логический нуль, то он обеспечивает на выходе инвертора 2 логическую единицу, благодаря которой сам и существует. То же согласование сигналов имеет место и для второго состояния, когда инвертор 1 находится в единице, а инвертор 2 — в нуле. Любое из двух состояний может существовать неограниченно долго.
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. 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 Q. Чаще всего триггер имеет и второй выход с инверсным сигналом Q.
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.
На
рис.2.2 показан RS-триггер
(RS-защелка)
на элементах ИЛИ-НЕ, а на рис.2.3 RS-триггер
(
защелка)
на элементах И-НЕ.
В трех режимах работы RS-триггера (хранение, загрузка 1, загрузка 0) выходной сигнал QN является инверсией выходного сигнала Q. В режиме “неопределенность” когда оба сигнала S и R равны 1 выходной сигнал QN не является инверсией сигнала Q (рис.2.2, г). Как только один из входных сигналов снимается, RS-триггер возвращается в обычный режим, и выходные сигналы становятся инверсными один по отношению к другому. Однако, если входные сигналы снимаются одновременно, то состояние, в которое защелка перейдет в следующий момент времени, непредсказуемо, и при этом могут возникнуть колебания, либо схема может войти в метастабильное состояние.
а) |
б) |
в)
г) |
|
Рис.2.2. RS-триггер на элементах ИЛИ-НЕ: а) схема; б) таблица истинности; в) диаграммы работы; г) попадание триггера в метастабильное состояние
а) |
б) |
Рис.2.3. RS-триггер на элементах И-НЕ: а) схема; б) таблица истинности
Синхронный RS-триггер (рис.2.4). Сихронизируется высоким уровнем тактового сигнала C. Если на вход C подан низкий уровень напряжения, то на выходах элементов 1 и 2 независимо от состояния входов R и S будут присутствовать высокие уровни напряжения. Эти уровни удерживают асинхронный RS-триггер, образованный элементами 3 и 4, в режиме хранения. При подаче на вход C логической единицы схема функционирует как обычный RS-триггер. Характерной особенностью схемы является то, что в течение всего промежутка времени, когда C=1, любые изменения управляющих сигналов на входах R и S передаются на выход. Поэтому о такой схеме говорят, что она прозрачна по R- и S-входам и такую схему еще называют RS-защелка с входом разрешения, функцию сигнала разрешения выполняет синхросигнал C.
Если оба сигнала S и R равны 1 в момент, когда сигнал C переходит из 1 в 0, то схема ведет себя подобно RS-триггеру при одновременном переходе сигналов S и R на неактивный уровень: следующее состояние непредсказуемо и выходная цепь может стать метастабильной.
а) |
б) |
в) |
Рис.2.4. Синхронный RS-триггер на элементах 2И-НЕ: а) схема; б) таблица истинности; в) временные диаграммы работы
Возьмем за основу синхронный RS-триггер и рассмотрим схемы информационных связей, создающих другие типы триггеров. Триггер типа D получается из RS триггера, если подавать на вход S значение D, а на вход R его инверсию (рис.2.5, а). Триггер типа Т образуется на основе синхронного RS-триггера по схеме рис.2.5, б. В этом случае роль счетного входа играет тактирующий вход. Действительно, при каждом разрешении приема информации по входу тактирования триггер по обратным связям принимает состояние, противоположное текущему, т. е. переключается. Т–триггер аналогичным способом можно получить и на основе D-триггера (рис.2.5, в).
|
Рис.2.5. Конструирование различных типов триггеров: а) D-триггер тактируемый уровнем синхросигнала; б) T-триггер на базе синхронного RS-триггера; в) T-триггер на базе D-триггера тактируемого уровнем синхросигнала |
Схема одноступенчатого синхронизируемого уровнем D-триггера (ИС типа ТМ5, ТМ7) может быть получена из схемы синхронного RS-триггера с помощью дополнительной связи с выхода элемента 1 на вход элемента 2 однофазный вход данных D превращается в парафазный и подается на R- и S-входы триггера, образованного элементами 3 и 4 (рис.2.6 и рис.2.7). D-триггер функционирует аналогично синхронному RS-триггеру. При C=H D-триггер прозрачен, т.е. любое изменение информации на входе D передается на выход. При C=L в триггере запоминается (защелкивается) то состояние, которое было на входе D непосредственно перед этим моментом.
На рис.2.8 показана схема D-триггера ИС типа SN7475 тактируемого уровнем синхросигнала C (ИС типа 155ТМ5), а в табл.2.1 приведены состояния D-триггера ИС типа SN7475.
|
|
Рис.2.6. Схема D-триггера тактируемого уровнем синхросигнала C на элементах 2И-НЕ |
Рис.2.7. Временные диаграммы работы D-триггера |
Рис.2.8. Схема D-триггера ИС типа SN7475 тактируемого уровнем синхросигнала C
Таблица 2.1
Таблица истинности D-триггера ИС типа SN7475
