цифровые устройства / лекции / 08_ЦУ_Последоват-у-ва_2025
.pdfЭлектроника
Последовательностные логические устройства
Последовательностные логические устройства (автоматы с памятью)
Особенностью последовательностных устройств является зависимость выходного сигнала не только от действующих в настоящий момент на входе логических переменных, но от тех значений переменных, которые действовали на входе в предыдущие моменты времени.
Для выполнения этого условия значения переменных должны быть запомнены логическим устройстом. Функцию запоминания значений логических переменных в цифровых схемах выполняют так называемые триггерные элементы.
1
Электроника
Триггеры
Триггером называется устройство, способное формировать два устойчивых значения выходного сигнала и скачкообразно изменять эти значения под действием внешнего управляющего сигнала.
Это свойство позволяет применять триггер в качестве элемента памяти. Триггер с английского переводится как «спусковой крючок».
Триггер – это цифровой автомат, имеющий несколько входов и 2 выхода.
Триггер – это устройство последовательностного типа с двумя устойчивыми состояниями равновесия, предназначенное для записи и хранения информации. Под действием входных сигналов триггер может переключаться из одного устойчивого состояния в другое. При этом напряжение на его выходе скачкообразно изменяется.
Триггер – один из базовых (основных) элементов цифровой техники.
Триггер – элементарная ячейка оперативной памяти, в которую можно записать 1 бит информации (о или 1).
2
Электроника
Классификация триггеров
По способу работы с сигналами различают асинхронные, синхронные и смешанные триггерные схемы, статические и динамические.
Асинхронный триггер изменяет своё состояние непосредственно в момент появления
соответствующего информационного сигнала.
Синхронные (тактируемые) триггеры реагируют на информационные сигналы только при наличии соответствующего сигнала на так называемом тактовом входе (входе синхронизации) С (от англ. сlock). Этот вход также обозначают терминами «строб», «такт».
Статические триггеры воспринимают информационные сигналы при подаче на вход тактовый вход С логической единицы или логического нуля.
Динамические триггеры воспринимают информационные сигналы при изменении сигнала на тактовом входе С от 0 к 1 или от 1 к 0.
Статические триггеры в свою очередь подразделяют на одноступенчатые (однотактные) и
двухступенчатые (двухтактные).
В одноступенчатом триггере имеется одна ступень запоминания информации, а в
двухступенчатом – две такие ступени. Вначале информация записывается в первую ступень,
а затем переписывается во вторую и появляется на выходе. Двухступенчатый триггер обозначают ТТ.
По способу реакции на помехи различают прозрачные и непрозрачные.
Триггеры используются в основном в вычислительной технике для организации компонентов
вычислительных систем: процессоров, регистров, счётчиков, ОЗУ.
3
Электроника
Триггеры
В основе триггера лежит бистабильная ячейка, которая образуется перекрёстными объединением инвертирующих логических элементов.
Такая ячейка имеет только два устойчивых состояния «0» и «1».
Выход Q называют прямым выходом, выход Q называют инверсным выходом.
Говорят, что триггер установлен в единичное состояние, когда на его прямом выходе появляется напряжение высокого уровня. В противном случае триггер считается
сброшенным.
1 триггер хранит 1 бит информации.
4
Электроника
Классификация триггеров
По типу используемых информационных входов различают RS-, D -, Т-, JK-триггеры. |
|
Обозначения основных входов триггера: |
|
R – раздельный вход сброса триггера (Q = 0); |
|
S – раздельный вход установки триггера (Q = 1); |
|
K – вход сброса универсального триггера (Q = 0); |
|
J – вход установки универсального триггера (Q = 1); |
|
Т – счетный вход счетного триггера; |
|
D – информационный вход переключения триггера в состояние, соответствующее |
|
логическому уровню на этом входе; |
|
С – тактовый вход, вход управления/синхронизации. |
|
Кроме указанных основных входов некоторые триггеры могут иметь вход V. Вход V |
|
блокирует работу триггера и он сколь угодно долго может сохранять ранее |
|
записанную в него информацию. |
|
По виду активного логического сигнала, действующего на информационных входах, |
|
триггеры подразделяют на статические, управляемые уровнем, и динамические, |
|
управляемые перепадом входного сигнала. При этом сами входы могут быть |
|
прямыми и инверсными. |
5 |
Асинхронный RS-триггер прямыми входами (схема на элементах ИЛИ-НЕ)
RS – триггер имеет: 2 информационных входа (R,S); 2 выхода (Q – прямой ,Q - инверсный).
|
S от англ. Set – установка в «1» (Q = 1). |
|
R |
S |
Qn |
Qn+1 |
Режим |
||||
|
R от англ. Reset – сброс – установка в «0» (Q = 0). |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
хранения |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R |
1 |
|
|
R |
|
|
0 |
0 |
1 |
1 |
(сост. не меняется) |
|
Q |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
t |
0 |
1 |
0 |
1 |
|
|
|
|
|
|
S |
|
запись «1» |
|||||
|
|
|
|
|
|
0 |
1 |
1 |
1 |
||
|
|
|
|
|
|
t |
|
||||
|
|
|
|
Q |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
0 |
1 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
запись «0» |
||||
|
1 |
|
|
Q |
|
1 |
0 |
0 |
0 |
||
|
|
Q |
|
|
|
||||||
S |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t1 t2 t3 t4 |
t5 |
t |
1 |
1 |
X |
|
запрещенный! |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
зап.“0” |
Qn - предыдущее состояние (состояние |
|||||
|
|
|
|
зап.“0” зап.“1” |
|
|
|||||
Активный |
|
|
|
|
триггера до подачи сигналов R,S). |
||||||
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
хранение |
|
|
Qn+1 |
- последующее состояние (состояние |
|||||
уровень «1» |
|
|
|
|
триггера после подачи сигналов R,S). |
||||||
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
X – безразличное состояние. |
||||
|
|
T |
Q |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R |
|
|
|
В запрещенном режиме: |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
Q |
|
|
1. инверсный выход утрачивает свою «инверсность» |
|||||
|
S |
|
|
|
2. работа неопасна для микросхемы |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Режим называется запрещенным, поскольку очень сложно |
|
|
|
|
|
|
УГО триггера |
предсказать поведение микросхемы после снятия уровней лог. «1» с |
6 |
||
обоих входов. Такое включение микросхемы является нестандартным. |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Асинхронный RS-триггер инвернсыми входами (схема на элементах И-НЕ)
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
S |
& |
|
|
Q |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Qn |
Qn+1 |
|
|
||||||||||
|
|
R |
|
S |
|
Режим |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
0 |
|
X |
|
запрещенный! |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
1 |
|
X |
0 |
|
запись «0» |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
0 |
|
X |
1 |
|
запись «1» |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
& |
|
|
|
|
|
1 |
|
1 |
|
X |
Qn |
|
хранение |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Q |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
R |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
S |
|
|
|
|
|
|
R |
|
|
|
t |
Активный |
|
|
|
|
|
|
уровень «0» |
|
|
|
|
|
t |
|
|
Q |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T |
Q |
Q |
|
|
|
t |
R |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
||
|
Q |
t |
t3 |
t |
5 |
t |
S |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
зап.“0” зап.“1” |
|
|
||
УГО триггера |
|
|
хранение |
|
7 |
|
|
|
|
|
|
||
Антидребезговая схема
Трехвыводная
кнопка
В процессе нажатия центральный движок кнопки многократно подключается к одному из двух крайних контактов(выводов) кнопки (из либо к верхнему, либо к нижнему). Это явление называется дребезг. В результате дребезга формируется множество паразитных импульсов, которые могут вносить ошибки в схему, подключенную к данной кнопке.
Для устранения дребезга используется схема RS-триггера, изображенная на рисунке.
Благодаря резисторам R1 и R2 при отсутствии напряжения U или пока движок не подключен ни к одному из контактов кнопки, на входы триггера поданы лог. «0», что соответствует режиму хранения.
Т.к. используется микросхема серии КМОП рекомендуемые значения резисторов –
100…1000 кОм.
Если при нажатии движок однократно коснется верхнего вывода кнопки, к логическому элементу DD1.1 приложится лог. «1», то на прямом выходе триггера установится лог. «0». Повторные касания движка этого же вывода кнопки не приведут к изменению состояния триггера.
Лог. «1» на прямом выходе триггера установится при первом же касании движка триггера нижнего вывода кнопки, т.к. к элементу DD1.2 приложится лог «1».
8
|
|
|
Синхронный RS-триггер (RST-триггер ) |
|
|
|
|
||||||||
|
S |
& |
|
S |
& |
Q |
|
|
|
С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
R |
T |
Q |
S |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
|||
|
C |
|
|
|
|
|
C |
|
|
R |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Q |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
||
|
|
|
|
|
|
|
S |
|
|
Q |
|
|
|
||
|
|
& |
|
|
& |
Q |
|
|
|
|
|
|
|||
|
R |
|
|
|
|
|
|
|
|
t t2 |
t t |
t5 |
t |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
R |
|
УГО триггера с |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
динамическим входом |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
зап.“1” зап.“0” |
|
|
||
S |
R |
C |
Qn |
|
Qn+1 |
|
|
|
|
|
|
хранение |
|
|
|
X |
X |
0 |
X |
|
Qn |
хранение |
При C = 1 триггер становится прозрачным по |
|
|||||||
1 |
0 |
1 |
X |
|
1 |
запись «1» |
входам S и R, т.е. любые изменения сигналов |
||||||||
|
на входах S и R отражаются на входах S и R, |
|
|||||||||||||
0 |
1 |
1 |
X |
|
0 |
запись «0» |
триггер переключается в соответствии с |
|
|
||||||
|
таблицей истинности. Триггер становится |
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
1 |
1 |
1 |
X |
|
неопределенность |
прозрачным. |
|
|
|
|
|
|
|||
|
(запрещенный режим) |
Для нормальной работы триггера во время |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
действия синхроимпульса (сигнала по входу С) |
||||||||
Переключение триггера производится только |
сигналы R и S не должны изменяться! |
|
|
||||||||||||
При C = 0 первые два элемента работают как |
|||||||||||||||
при наличии тактового сигнала. |
|||||||||||||||
инверторы, триггер находится в режиме |
|
|
|||||||||||||
Вход С или CLK - тактовый вход, сокр. от |
|
|
|||||||||||||
хранения информации Qn+1= Qn. |
|
|
|
||||||||||||
англ. «CLocK» - тактировать. |
|
|
|
|
|
|
|
9 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Двухступенчатый RS-триггер (MS-схема )
Для устранения прозрачности схемы триггера при С = 1 используется MS-схема триггера (Master-Slave – мастер-помощник).
М-ячейка |
S-ячейка |
|
при C = 1 ячейка M прозрачна по вх. S,R;
ячейка S блокирована, в ней сохраняется предыдущая
ин-фа (предыдущее состояние).
при C = 0 информация из M-ячейки 
переписывается в S-ячейку.
Т.о. работа триггера осуществляется в 2 такта: в первом такте –
установка 1 триггера (M-ячейки);
R TТ Q
C
Q
S
УГО триггера с динамическим входом
10
во втором такте информация из M-ячейки переписывается в S-ячейку.