книги из ГПНТБ / Основы вычислительной техники учебник

элемент И—ИЛИ—НЕ, схема которого и графическое обозна­ чение приведены на рис. 12.22, а и б. Отличие состоит в том, что во второй ступени схемы вместо дизъюнктора включен элемент ИЛИ—НЕ. Реализуемая логическая функция имеет следующий вид:

У“ (Xl'XrX3)V (x4-x5-x(;).

§ 12.3. Триггерные устройства

Триггер представляет собой устройство, которое может на­ ходиться в одном из двух устойчивых состояний, обеспечиваемых обратными связями. Изменение состояния триггера вызывается входными сигналами.

Существует следующая классификация триггеров: а) по способу записи информации:

— несинхронизируемые (асинхронные) триггеры;

— синхронизируемые (синхронные) триггеры;

в) по способу организации логических связей:

—триггеры с раздельной установкой состояний «О» и «1» (/(5-триггеры);

—триггеры со счетным входом (Г-триггеры);

—универсальные триггеры с раздельной установкой состоя­ ний «О» и «1» (У/(-триггеры);

—триггеры с .приемом информации по одному входу (-О-дрищ геры);

—универсальные триггеры с управляемым приемом инфор­ мации по одному входу (УЖ-триггеры);

—комбинированные триггеры (RST-, JKRST-, £>/(5-триггеры

ит. д.);

—триггеры со сложной входной логикой.

Функциональное назначение входов триггера указывается при помощи специальных меток согласно табл. 12.6.

Ж

Т а б л и ц а 12 6

Классификация триггерных схем но способу организации логических связей (функциональная классификация) является наиболее общей и производится по виду логического уравнении, характеризующего состояние входов и выходов триггера в мо­ менты времени до срабатывания t„ и после срабатывания

Наиболее известным является универсальный импульсно-по- тенциалыный триггер, схема которого приведена на рис12.23. Схема выполнена симметричной, на транзисторах с постоянным смещением.

Одно устойчивое состояние триггера (транзистор Т1 закрыт, транзистор Т2 открыт) принимается за единичное, противопо­ ложное состояние (транзистор Т1 открыт, транзистор Т2 за­ крыт) — за нулевое. В единичном состоянии на прямом выходе ■I (Q) триггера фиксируется уровень напряжения отрицательной

полярности, близкий к —£к, на инверсном выходе 2 (Q) — уро­ вень напряжения, близкий к нулю. В нулевом состоянии триг­ гера сигналы на выхода» меняются на противоположные.

Величина выходного напряжения, снимаемого с коллектвра закрытого транзистора, определяется следующим соотношением:

Uвы х Rx

R i + R к

Е

ток смещения; гк — ~б ^~— ток коллектора. Дк

Из этого выражения видно, что выходное напряжение не­ сколько меньше Ек- Обычно и выч ~ (0,85 -ч- 0,95) Ек.

Напряжение, снимаемое с коллектора транзистора, находя­ щегося в режиме насыщении, равно нулю: /УВЫХо = Q.

Рис. 12.23.

Установка состояния триггера производится под действием управляющих импульсных сигналов, подаваемых на его входы. Входы 1 и 2 называются раздельными. Импульсный сигнал, по-; данный на вход 1 (5), устанавливает триггер в единичное состо­ яние, а такой же сигнал, поданный на вход 2 (R), переводит его в нулевое состояние. Вход 3 (Т) называется счетным. Каж­ дым импульсным сигналом, подаваемым на этот вход, произ­ водится переключение триггера из одного устойчивого состоя­ ния в другое.

В потенциальных системах элементов триггерные устройства реализуются при помощи комбинационных логических элемен­ тов и содержат в своем составе запоминающий элемент ((собст­ венно триггер) и схему управления. Рассмотрим некоторые типы

322

потенциальных триггеров на примере элементарных асинхронных схем.

Триггер -У?5-типа. Триггером Л?5-типа, логическая структура ■ ■и-графическое обозначение которого (приведены на рис. 12.24,а и б, называется логическое устройство с двумя устойчивыми со­ стояниями, -имеющее два информационных входа R и 5, таких, что при 5= 1 и R = 0 триггер принимает состояние 1 (Q = t),

а при R = 1 и 5 = 0 — состояние 0 (Q = 0).

В соответствии с состоянием, принимаемым триггером, вход S называют единичным входом триггера, а вход R — нулевым.

Функционирование триггера определяется табл. 12.7.

дами. Для ее построения используются логические элементы ИЛИ—НЕ.

Триггер Д5-типа может быть построен также на логических элементах И—НЕ (рис. 12.25, а и б). В этом случае схема на­ зывается ^5-триггером -с инверсными -входами. Состояния та­

Триггер JK -типа. JK -триггером называется устройство с двумя устойчивыми состояниями ,ц двумя динамическими входа­ ми'У и К- При условии J = К= 1 осуществляется инверсия пре­ дыдущего состояния триггера, а в остальных случаях он функци­ онирует в соответствии с таблицей истинности /?£-триггера (табл. 12.7), при этом вход J эквивалентен входу S, а вход К — входу R. На рис. 12.26, а и б соответственно показаны логичес­ кая структура и графическое обозначение .//(-триггера.

рнс. 12.27,а, а графическое обозначение — на рис. 12.27,6. Схема ■выполнена на базе //(-триггера и представляет логическое уст­ ройство с двумя устойчивыми состояниями и одним входом (Г). Состояние триггерного устройства изменяется на противополож­

324

Триггер .D-типа. Триппером D-типа называется устройство с двумя устойчивыми состояниями и одним информационным вхо­ дом. Закон функционирования триггера D-типа описывается логически м у-pавиением

Q /i; J = Д ,

и представлен табл. 12.11.

включенные инверторов (.рис. 12.28).

Наибольшее применение имеют тактируемые (синхронные) D-триггеры. Вариант реализации однотахтного триггера D-типа, управляемого уровнем тактового импульса, и его графическое обозначение показаны на рис. 12.29, а и б.

■Q

—в ■Я

Ю

Рис. 112.29.

Вход D является информационным, а вход С — тактовым. В отсутствие тактового импульса входные конъюнкторы закрыты и независимо от информации на входе D состояние триггера не изменяется.

При С='1 и D —0 на выходе первого конъюнктора формиру­ ется уровень логического 0, на выходе второго конъюнктора —

Э2б

изготовления электронных элементов и устройств на основе автоматизации л родаводетва. Все это привело к бурному разви­ тию микроминиатюризации, которая осуществляется в трех направлениях:

.1) микромодулшая техника (микроупаковка);

2)' интегральная электроника |(микроэлектроника);

3)молекулярная электроника (моэлектроника).

Микромодульная техника связана с микроминиатюризацией дискретных! элементов электронных схем (резисторов, конден­ саторов, диодов, транзисторов и т. д.) и сборкой их в блоки с наиболее .рациональным размещением.

Однако полностью решить проблему надежности микромодульных элементов не представляется возможным, так как со­ храняются многочисленные соединения между элементами внут­ ри модуля и между модулями в 'блоке.

Существенно уменьшить размеры элементов схемы также не­ возможно, так как это затрудняет оборку .модулей и препятству­ ет автоматизации их изготовления. Перечисленные недостатки частично устраняются в случае использования интегральной конструкции элементов ЦВМ, где формируются в едином тех­ нологическом процессе все или почти все компоненты схем и соединения между .ними.

В интегральной электронике применяются т,ри способа вы­ полнения электронных схем: пленочный, твердосхемный и гиб­ ридный.

Пленочные интегральные схемы представляют собой такое исполнение, когда все ее компоненты и соединения между ними выполнены в виде пленок различных материалов, которые в оп­ ределенной последовательности наносятся на изоляционную пластину.

Твердосхемные интегральные схемы представляют собой пластину полупроводникового материала (кристалл кремния), в поверхностном слое которого при помощи методов полупро­ водниковой технологии формируются области, эквивалентные компонентам электрической схемы и соединениям между ними.

Комбинации многослойных пассивных и разнообразных полу­ проводниковых активных схем образуют гибридные интеграль­ ные схемы.

Молекулярная электроника является дальнейшей ступенью микроминиатюризации, предусматривает использование свойств отдельных макромолекул или же небольших комплексов моле­ кул и непосредственно примыкает к бионике.

327

Развитие цифровых интегральных схем характеризуется непрерывным увеличением шх типов.

Для удобства нспользов.анпя интегральные схемы изготав­ ливаются в виде систем (серий), содержащих от 3—4 до не­ скольких десятков различных схем.

В настоящее время промышленностью выпускается большое количество серин интегральных схем. Состав этих серий и их характеристики содержатся в специальных каталогах интеграль­ ных микросхем [34].

Для примера приведем систему интегральных микросхем серии 2i7 («Посол»), В эту серию входят микросхемы 11 мо­ дификаций:

—2ЛБ171— элемент И—НЕ на 8 входов с возможностью объединения ш коллекторам для получения схемы И—ИЛИ—

—НЕ;

—2ЛБ172 — сдвоенный элемент И—НЕ на 3 входа с воз­ можностью объединения по коллекторам для получения схемы И—ИЛИ—НЕ;

— 2ЛБ173— мощный элемент И—НЕ на 6 входов;

— 2ЛБ174 — тройной элемент И—НЕ на 2 входа;

— 2ЛП171-4 — сдвоенный расширитель по схеме ИЛИ;

— 2ТК.171— триггер с комбинированным запуском;

—2ТР-171 — триггер с раздельным запуском;

—2ЛП172-8 — расширитель по схеме ИЛИ;

—2ЛР171 — низкочастотный инвертор И—.ИЛИ—>НЕ;

—2ЛП173 — диодная сборка;

— 2НТ171, 2НТ172, 2НТ173 — набор транзисторов.

Р ис. 121.31'.

Микросхемы серии 217 конструктивно выполнены в герме­ тичном металло-стеклянном корпусе с габаритными размерами 11,9X11,9X3,9 мм. По периметру основания корпуса равномер­ но с шагом в 3 мм .расположены 12 штырьковых выводов. Кор­ пус имеет 13-й вывод, предназначенный для экранирования микросхем. Габаритный чертеж приведен, на рис. 12-31.

3 2 8

Питание микросхем осуществляется от двух источников пи­ тания: +в,0 В ±10% и +'3,0 В ±10% .

Микросхемы серии 217 представляют собой потенциальную систему диодно-транзисторных элементов (DTL).

Микросхемы 2ЛБ171, 2ЛБ172, 2ЛБ174 выполняют логичес­ кую функцию И—НЕ для высоких уровней входных сигналов

ифункцию ИЛИ—НЕ для низких уровней сигналов. Функция

И'(ИЛИ) реализуется последовательным соединением микро­ схем. Функция И—ИЛИ—НЕ реализуется путем объединения выходных контактов схем.

Принцип работы элементов И—НЕ/ИЛИ—НЕ рассмотрим

на примере микросхемы 2ЛБ171 (рис. 12.32). Входные диодные матрицы Д1—ДЗ и резистор R 1 образуют логическую схему И для высоких уровней входных сигналов и схему ИЛИ для низ­ ких уровней входных сигналов. Диоды смещения Д4, Д5 обес­ печивают сдвиг уровня входного сигнала на транзисторе. Этим задае'тся необходимый уровень помехоустойчивости.

Транзистор Т является усилителем-инвертором и выполняет функцию отрицания. Диоды входных диодных матриц Д1—ДЗ

сравнению с временем рассасывания транзистора Т.

Если на все входы схемы поданы высокие уровни входного

зистор открывается, и на выходе схемы устанавливается низкий уровень напряжения. В этом состоянии схемы в диодах сме­ щения Д4 и Д5 происходит накопление заряда. При подаче хотя бы на один из входов схемы низкого уровня напряжения соответствующий входной диод отпирается и ток от источника

329