ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТНЫЕ УСТРОЙСТВА

В комбинационном устройстве при повторении на входах значений сигналов на его выходах значения сигналов тоже повторяются, независимо от предыдущего состояния устройства.

В отличие от комбинационного, в последовательностном устройстве при повторении на его входах значений сигналов сигналы на его выходе могут отличаться. При описании работы последовательностного устройства учитывается еще и предыдущее состояние.

Промежуток времени, в течение которого значения входных и выходных сигналов не меняются, называется тактом.

К последовательностным устройствам относятся триггеры, регистры, счетчики импульсов и др.

Триггеры

Триггер служит для запоминания и хранения одного бита информации, т. е. 0 или 1. Он имеет два устойчивых состояния которые определяются установившимся уровнем напряжения на его выходе. Считают, что триггер находится в единичном состоянии (состояние 1), когда выход Q = 1, а выход Q = 0, и в нулевом состоянии (состояние 0). когда выход Q = 0, а выход .

Триггеры в микропроцессорной технике строятся на основе логических элементов. Наиболее простым триггером является RS -триггер, у которого имеется два входа R и S и два выхода Q и (рис. 1). Выход Q называется прямым, а выход – инверсным. Его схема на логических элементах ИЛИ — НЕ дана на рисунке 2. Легко проверить по схеме рисунка 2, что когда на входе S триггера установлена 1, а 0 на входе R, то на выходе установится 0, а 1 на выходе Q (рис. 3). Подадим затем 0 на вход S при R=0. Что же произойдет с триггером? Ничего. На выходе Q останется 1. Подадим снова 1 на вход S — состояние триггера не изменится. Таким образом, триггер сохраняет полученную им ранее информацию, как бы «запоминает» ее. Это свойство триггера широко используется в вычислительной технике для записи и хранения информации (запоминающие устройства).

Рис. 1 Рис. 2 Рис. 3 Рис. 4

Когда же триггер меняет свое состояние? Подадим 1 на вход R, а 0 на вход S (рис. 4) — триггер сразу же изменит свое состояние. Теперь на выходе Q будет 0, а 1 на выходе . Последующие изменения 1 на 0 или 0 на 1 на входе R не изменят состояние триггера.

Таким образом, подача 1 на вход S триггера устанавливает его в единичное состояние, а подача 1 на вход R — в нулевое состояние.

В случае, когда на входах R и S окажутся 1, то на двух выходах Q и должны быть 0. А это противоречит условию работы триггера, т. к. выходы триггера не могут принимать одинаковые, значения. Этот случай (R = S = 1) для данного триггера является запрещенным. На основании принципа работы RS-триггера составим его таблицу переходов (табл. 1).

Таблица 1

R	S	Q(t+1)
0	0	Q(t)
0	1	1	0
1	0	0	1
1	1	Запрещено

Функции переходов для RS – триггера имеют вид:

(1)

. (2)

Триггер, названный RS – триггером, построен на логических элементах И—НЕ (рис. 5). Для установки -триггера в состояние 1 необходимо подать на вход 0, а для установки в состояние 0 подается 0 на вход .

Рис.5

Запишем таблицу переходов (табл. 2) -триггера.

Таблица 2

		Q(t+1)
0	0	Запрещено
0	1	0	1
1	0	1	0
1	1	Q(t)

Для -триггера запрещенным является случай, когда и . Если же на обоих входах установить единицы ( и ), то -триггер сохранит то состояние, в котором он находился до поступления этих единиц.

Рассмотренные RS - и -триггеры являются асинхронными, т.е. они реагируют на сигналы в момент их появления и на предыдущее состояние триггера.

Схема синхронного RS -триггера показана на рисунке 6. Логические элементы 3 и 4 образуют асинхронный -триггер. Изменить его состояние можно только тогда, когда на синхронизирующем входе С будет 1. Синхронный RS -триггер в этом случае работает, как -триггер, и на выходах логических элементов 1 и 2 будут и .

Рис. 6

Если 0 будет установлен на входе С, то ни на какие изменения значений R и S -триггер реагировать не будет (Q(t+1) = Q(t); ), т.к. на его выходах и будут единицы.

Таблица переходов синхронного RS -триггера при С = 1 составляется по таблице переходов -триггера. При S = R = 0 триггер сохраняет свое предыдущее состояние, при S = 0, R = 1 – устанавливается в нулевое состояние, а при S =1, R = 0 – в единичное. Комбинация S = R = 1 является запрещенной. Опишем работу синхронного RS -триггера таблицей переходов (табл. 3).

Таблица 3

R	S	Q(t+1)
0	0	Q(t)
0	1	1	0
1	0	0	1
1	1	Запрещено

На основе синхронного RS -триггера можно построить D -триггер (рис. 7). Для этого в синхронном -триггере вход S соединяют через инвертор с входом R, а это значит, что . Вход S для такого триггера принято называть D-входом.

Рис. 7

Таблица 4 представляет собой таблицу переходов D-триггера при

С = 1.

Таблица 4

D	Q
1	1	0
0	0	1

Из таблицы видно, что при С = 1выход Q повторяет значение входа D. Однако, если на входе С установим 0, то триггер запоминает и хранит на выходе Q сигнал, который был на входе D в момент спада импульса С.

Если в D-триггере объединить инверсный выход с D-входом (рис. 8), то его вход С становится счетным. При поступлении на этот вход каждого очередного импульса триггер меняет свое состояние. Такие триггеры называются Т–триггеры.

Рис. 8

Приняты следующие графические обозначения триггеров (рис. 9), где:

Рис. 9

а) асинхронный RS -триггер; б) асинхронный -триггер с инверсными входами; в) D-триггер; г) синхронный RS -триггер; д) Т-триггер.

Наиболее широко используемый триггер - это JK-триггер. Он обладает всеми особенностями триггеров других типов. Логическая диаграмма и обозначение JK-триггера показаны на рис. 10.

J и К - это входы. Важной особенностью JK-триггера является то, что когда на оба входа J и К подан высокий уровень, повторяющиеся тактовые импульсы заставляют выход переключаться или изменять состояние. JK-триггер может иметь два асинхронных входа, PS (предустановка) и CLR (очистка), которые блокируют синхронные входы, входы данных J и К и вход тактовых импульсов. JK-триггеры широко используются во многих цифровых цепях, особенно в схемах счетчиков. Счетчики можно найти почти в каждой цифровой системе.

Рис. 10

Защелка - это устройство, служащее временным буфером памяти. Оно используется для сохранения данных после удаления входного сигнала. Хорошим примером защелки является D-триггер. Для защелки также могут быть использованы другие типы триггеров.

Защелка используется на входах семисегментных индикаторов. Без защелки изображенная информация будет исчезать вместе с исчезновением входного сигнала. При наличии защелки информация будет сохраняться на экране до тех пор, пока не будет обновлена.

Триггеры являются основными строительными блоками для построения последовательных логических цепей. Они могут быть соединены вместе, и образовывать счетчики, сдвиговые регистры и устройства памяти.