2.6.3. Тактирование фронтом сигнала

Триггер называется тактируемым фронтом сигнала, если поданные на его вход данные передаются на выход только в момент изменения тактового сигнала. Все остальное время вход и выход изолированы друг от друга. Термины тактируе­мый положительным (передним) фронтом сигнала и тактируемый отрицатель­ным (задним) фронтом сигнала относятся к триггерам, в которых передача дан­ных происходит в ответ на изменение тактового сигнала соответственно с 0 на 1 и с 1 на 0. Для корректного функционирования триггера, тактируемого фронтом сигнала, необходимо, чтобы фронт тактового сигнала был четко определен и имел очень малое время перехода. На рис. А.28 изображен двухступенчатый триггер, тактируемый отрицательным фронтом сигнала.

2.6.4. Т-триггеры

Наиболее часто используемым типом триггеров являются D-триггеры, поскольку они могут использоваться для временного хранения данных. Однако во многих случаях требуются триггеры других типов. Например, схемы счетчиков эффективнее реализуются на основе триггеров типа Т. Состояние Т-триггера изменяется на каждом такте, если на его вход Т по­дается значение 1. Говорят, что такой триггер «переключает» свое состояние.

Схема Т-триггера, а также его таблица истинности, графическое обозначение, пример временной диаграммы представлены на рис. 2.З0, а. Как следует из ри­сунка, в основе Т-триггера лежит D-триггер. Обратите внимание, что D-триггер тактируется положительным фронтом сигнала.

Рис. 2.30. Т-триггер: схема (а); таблица истинности (б); графическое обозначение (в);

временная диаграмма (г)

2.6.5. Триггеры с дополнительными входами для установки и очистки

Состояние триггера определяется его предшествующим состоянием и логиче­скими значениями на входных терминалах. Иногда для триггера нужно задать конкретное состояние вне зависимости от его текущего состояния и значений на стандартных входах. Например, определенное состояние триггеров задается при включении компьютера. Обычно это означает, что значения на выходах всех триггеров устанавливаются в 0. Лишь в отдельных случаях они могут быть рав­ными 1.

На рис. 2.31 показано, как добавить в двухступенчатый D-триггер управляю­щие сигналы установки и очистки, которые переводят триггер в состояние 1 или 0 независимо от сигналов на входе D и на тактовом входе. Как видно из схемы, на указанные входы подается сигнал низкого уровня. Когда оба сигнала на входах (установка) и (очистка) равны 1, триггером, как обычно, управляют входы Clock и D. Когда на вход подается сигнал 0, триггер переходит в со­стояние 1, а когда - 0, триггер устанавливается в состояние 0. Управляющие сигналы установки и очистки часто добавляются и в триггеры других типов.

Рис. 2.31. Двухступенчатый D-триггер с входами установки и очистки: схема (а);

графическое обозначение (б)

2.7. Регистры и сдвиговые регистры

2тдельный триггер может использоваться для хранения одного бита информа­ции. Однако для машин, которые должны обрабатывать слова данных, состоящие из множества битов (обычно 64), удобнее объединить группу триггеров в стан­дартную структуру, называемую регистром. Работа триггеров, входящих в состав регистра, синхронизируется общим тактовым входом. Поэтому данные записыва­ются (нагружаются) во все триггеры и считываются изо всех триггеров одновре­менно. В ходе обработки цифровых данных часто требуется сдвинуть или цикли­чески прокрутить значения группы битов данных. Реализуются эти операции аппаратно. Простейшим механизмом для их выполнения является регистр, со­держимое которого легко может быть сдвинуто вправо или влево на одну пози­цию за раз. В качестве примера рассмотрим 4-разрядный сдвиговый регистр, по­казанный на рис. 2.32, Он состоит из четырех D-триггеров, соединенных таким образом, что каждый тактовый импульс вызывает перемещение содержимого триггера F_i, в триггер F_i+1, в результате чего получается сдвиг вправо. Данные последовательно «вдвигаются в регистр и «выдвигаются» из него. Для выполне­ния циклического смещения данных достаточно соединить выход Out и вход In.

Для корректного функционирования сдвигового регистра необходимо, чтобы на каждый тактовый импульс его содержимое смещалось ровно на одну позицию. Это условие накладывает некоторые ограничения на запоминающие элементы, которые могут использоваться в сдвиговых регистрах. Например, вентильные за­щелки (рис. 2.27) для этой цели не подходят. При высоком уровне тактового сиг­нала значение на входе D немедленно передается на выход, а оттуда — на следую­щую защелку. В результате количество сдвигов на один тактовый импульс никак не контролируется. Поэтому сдвиговые регистры создаются на основе двухсту­пенчатых триггеров или триггеров, тактируемых фронтом сигнала.

Рис. 2.З2. Простейший сдвиговый регистр

Интересной разновидностью сдвигового регистра является регистр, разряды которого могут считываться и загружаться параллельно. Для этого в него добав­ляются дополнительные вентильные схемы (рис. 2.34), Загрузка данного регист­ра может выполняться как последовательно, так и параллельно. Когда на такто­вый вход регистра подается очередной импульс, при условии, что /Load = 0, выполняется сдвиг, а в противном случае — параллельная загрузка регистра.

Рис. 2.33. Сдвиговый регистр с параллельным доступом