Микропроцессоры Токхайм / 3.3. ТРИГГЕРЫ И ЗАЩЕЛКИ

3.3. ТРИГГЕРЫ И ЗАЩЕЛКИ

Логические цепи могут быть разделены на две большие группы. Первая—цепи комбинационной логики, составлен­ные из логических элементов, вторая — последователь­ные логические цепи, состоящие из элементов, называемых триггерами. Триггеры объединяют в системы с целью об­разования последовательных логических цепей, предназна­ченных для размещения данных, обеспечения нужной временной задержки, вычислений и формирования требуе­мых последовательностей сигналов. Триггеры обладают важной способностью запоминания. Триггер запомнит свои входные сигналы даже тогда, когда эти сигналы бу­дут сняты. Логический элемент, напротив, не сможет запомнить свое состояние на выходе, если будут сняты входные сигналы.

На рис. 3.10 приведена очень широко используемая схема D-триггера (называемого также триггером данных). Отметим здесь два входа, обозначенных D (для данных)

и СК (для сигналов синхронизации или так­товый вход).

Триггер имеет обы­чно два взаимоинверс­ных выхода, обозна­ченных Q и(HE-Q). Выход Q используется более часто и называ­ется нормальным.

Выход Q называется до­полнительным или ин­версным выходом триггера. Графическое обозначение «>» на входе СК логической схемы D-триггера указывает, что этот триггер передает данные со входа на выход при поло­жительном фронте () тактовых импульсов.

Операционные состояния D-триггера приведены в левой колонке таблицы истинности1 (табл. 3.6). Установить (или

активизировать) триггер означает, что на нормальном вы­ходе Q устанавливается 1. Первая строка таблицы истин­ности показывает, что подачей 1 на вход D-триггера при положительном тактовом импульсе СК на выходе Q устанавливается 1.

1 Такие таблицы называют еще таблицами переходов триггера. — Прим. ред.

Вторая строка соответствует сбросу (уста­новке в нуль) триггера. Сбросить триггер означает вернуть выход Q в состояние 0. Установить состояние ожи­дания это значит сохранить на выходе данные предыдуще­го состояния. Когда триггер находится в состоянии ожидания, измене­ния логических со­стояний данных на входе не влияют на состояние выходов. Состояние ожи­дания характеризу­ет способность триг­гера запоминать сиг­налы. Отметим, что операции установки и сброса рассматри­ваются по отноше­нию к выходу Q.

Рассмотрим логическую схему, приведенную на рис. 3.11, на которой изображена 4-разрядная прозрачная за­щелка. Каждый триггер-защелка, входящий в это устрой­ство, является устройством либо памяти, либо размещения данных. Для лучшего понимания состава регистра-защел­ки необходимо рассматривать его состоящим из четырех D-триггеров, тактовые входы которых объединены одним входом разрешения (или активизации). Согласно соответ­ствующей таблице истинности (табл. 3.7) при поступлении 1 на вход Е (Н-сигнал) данные со входов D0—D3 будут пе­реданы на выходы Q0—Qз соответственно. Четырехразряд­ное слово поступает на входы в параллельной (но не в по­следовательной) форме и передается на выходы в той же

форме. Такая передача называется параллельным вводом/ /выводом. Защелка размещения (или хранения) данных является одной из разновидностей среди разных типов триггеров.

JK-триггер является наиболее употребительным тригге­ром в последовательных логических цепях. На рис. 3.12 приведена логическая схема типового JK-триггера. Она

имеет два входа дан­ных J и К и один так­товый вход СК. JK-триггер имеет два тра­диционных выхода — Q (нормальный) и Q (инверсный).

JK-триггер имеет че­тыре операционных ре­жима (см. табл. 3.8).

Режим триггера озна­чает, что при каждом тактовом импульсе выходы перейдут в логическое состояние, обратное тому, которое он имел до этого импульса. В этом случае выход Q JK-триггера будет проходить состояния HIGH-LOW-HIGH-LOW и т. д. по мере следования такто­вых импульсов.

Таблица истинности (см. табл. 3.8) показывает, что JK-триггер будет переключаться, когда два входа J и К находятся в Н-состоянии. В этот момент тактовый импульс поступает на вход СК. Эффективные переключения проис­ходят, когда тактовый импульс переходит из Н- в L-состояние, как показывает стрелка в таблице истинности.

Находится JK-триггер в режиме инициализации (активизации), когда два входа данных J—1 и K=0. Мы ви­дим, что согласно второй строке таблицы истинности пере­ход от Н- к L-состоянию тактовых импульсов переводит выход Q в состояние 1. Режим сброса или дезактивации (установка Q в 0) представлен третьей строкой таблицы истинности. Далее в таблице истинности приведен режим ожидания (отсутствие каких-либо действий) JK-триггера. Когда оба входа данных (J и К) являются LOW, тактовый импульс на входе СК не оказывает никакого влияния на выход.

Запуск триггеров является важным этапом их функцио­нирования. По способу запуска триггеры могут быть клас­сифицированы на устройства, активизированные фронтом импульсов или уровнем импульсов. Логические схемы, приведенные на рис. 3.10 и 3.12, показывают, что соответ­ствующие триггеры запускаются фронтом импульсов [на­личие на схеме знака «>» (больше чем) на входе СК тактовых импульсов]. D-триггер запускается при переходе тактовых импульсов от L- к Н-уровню. Это показано в таб­лице истинности и на логической схеме (нет кружка ин­версии на входе СК, что указывает на необходимость 1 для активизации тактовых импульсов). D-триггер называ­ется также триггером, запускаемым положительным фрон­том тактовых импульсов, так как запуск осуществляется положительной частью тактовых импульсов.

Запускается JK-триггер отрицательным фронтом так­товых импульсов, что показано в таблице истинности (табл. 3.8) и на логической схеме (рис. 3.12). Кружок инверсии на входе СК JK-триггера указывает на необходимость L-сигнала для активизации входа тактовых импульсов В случае, когда этот триггер запускается фронтом импуль­сов, для его запуска нужен переход тактовых импульсов от Н- к L-уровню.

Прозрачная 4-разрядная защелка, приведенная на рис. 3.11, является устройством, запускаемым уровнем тактовых импульсов. Это означает, что когда на вход активизации Е (подобный входам СК триггеров) поступает Н-сигнал, все двоичные данные на входах (D3—D0) тотчас появля­ются на выходах (Q3—Q0). Такая защелка называется прозрачной.

Упражнения

3.15. Последовательные устройства содержат элементы, называемые _____.

3.16. Элементом памяти, который позволяет размещать данные, является обычно _____.

D-триггер называется также триггером _____.

Нормальным выходом триггера является выход

3.19. Перечислить три функциональных состояния D- триггера на рис. 3.10.

3.20. Назвать функциональные состояния D-триггера, приведенного на рис. 3.13, соответствующие каждому тактовому импульсу.

3.21. Перечислить двоичные значения на выходе Q D-триггера на рис. 3.13 после каждого тактового импульса.

3.22. Защелка —это устройство _____ (размещения,

расчета) данных.

3.23. Обратиться к рис. 3.11. Входом активизации та- кой 4-разрядной защелки является логический сигнал

______. (0, 1).

3.24. Перечислить двоичные 4-разрядные числа на вы- ходах защелки на рис. 3.14.

3.25. Перечислить четыре функциональных режима JK-триггера на рис. 3.12.

Перечислить режимы JK-триггера (рис. 3.15), со­ответствующие каждому тактовому импульсу.

Перечислить двоичные состояния на нормальном выходе Q JK(-триггера на рис. 3.15 после каждого такто­вого импульса.

3.28. См. рис. 3.10. D-триггер является устройством, за- пускаемым (уровнем, фронтом) импульсов.

См. рис. 3.12. Этот JK-триггер является устройст­вом, запускаемым фронтом (положительных, отри­цательных) импульсов.

См. рис. 3.11. Такая 4-разрядная защелка являет­ся элементом, включаемым импульсов.

Решения

3.15. Триггерами. 3.16. Триггер. 3.17. Данных. Иногда его называют триггером временной задержки. 3.18. Q. Выход —инверсный. 3.19. Ус­тановка, сброс, ожидание. 3.20. См. таблицу истинности (табл. 3.6): импульс а — установка; импульс b — сброс; время с (нет импульсов) — ожидание; импульс d — установка; импульс е — сброс. 3.21. См. табл. 3.6: импульс а—1; импульс b — 0; время с (нет импульсов)—0; им­пульс d— 1; импульс е — 0. 3.22. Размещения. 3.23. См. табл. 3.7. Логи­ческой 1 (Н-снгналом). 3.24. См. табл. 3.7: импульс а—1001; импульс b—1001 (данные, соответствующие импульсу а, захвачены до того, как вход перешел от 1 к 0); импульс с— 1010; импульс d— 1010 (данные, соответствующие импульсу с захвачены до того, как изменилось состоя­ние входов D3, D2, D1, D0); импульс е—1101; импульс f—0010.

См. табл. 3.8. Режимы: триггера, установки, сброса, ожидания.

См. табл. 3.8: импульс а—установка; импульс b—триггер; им­пульс с—триггер; импульс d—триггер; импульс е—триггер; импульс f—сброс; импульс g—ожидание; импульс h—ожидание. 3.27. См. табл. 3.8: после импульса а—установка, 1; после импульса b—триггер, 0; после импульса с—триггер, 1; после импульса d—триггер, 0; после импульса е—триггер, 1; после импульса f—сброс, 0; после импульса g—ожидание, 0; после импульса h—триггер, 1. 3.28. Положительным фронтом импульса (при переходе от L к Н). 3.29. Отрицательных (при переходе от Н к L). 3.30. Уровнем.