5. Последовательностные цифровые устройства

Состояние выходов последовательностных устройств определяется не только состоянием входов в данный момент времени, но и предыдущим состоянием выходов. Таким образом, последовательностные устройства обладают «памятью». Рассмотрим наиболее характерные последовательностные устройства.

5.1. Триггеры

Т

Рис. 5.1. Обобщенная схема триггера

риггеры – цифровые устройства с двумя выходами (прямым Q и инверсным ), состояние которых, однажды установленное, может сохраняться сколь угодно долго. Изменение исходного состояния производится с помощью входных сигналов по правилу работы каждого типа триггера. Таким образом, триггер может хранить заложенный в нем 1 бит информации.

Обобщенную схему триггера можно представить в виде, показанном на рис. 5.1, где БЯ – бистабильная ячейка, которая может находиться в одном из устойчивых состояний: (Q=1, =0 или Q=0, =1) и комбинационную схему (KC), преобразующую поступающие сигналы в сигналы управления БЯ. Комбинационная схема содержит информационные входы (X₀  X_n), входы синхронизации и входы разрешения.

В принципе можно синтезировать большое число триггерных структур с различным законом функционирования. Однако в цифровой электронике нашли применение 4 типа триггеров: RC–триггер, D–триггер, JK–триггер, T–триггер. Информационные входы этих триггеров имеют следующие обозначения: (Set – установка) – вход для раздельной установи триггера в состояние “1” (Q=1, =0); R (Reset – сброс) – вход для раздельной установки триггера в состояние “0” (Q=0, =1); D (Delay – задержка) вход для установки триггера в состояние “1” или “0”; J (Jerk – внезапное выключение) – вход для раздельной установки триггера в состояние “1”; K (Kill – внезапное отключение – вход для раздельной установки в состояние “0”; T (Toggle – релаксатор) – счетный вход триггера; V (Valre – клапан, вентиль) – управляющий вход для разрешения приема информации, либо тактовых импульсов; C (Clock – первичный источник синхронизации) – разрешает запись информации в триггер.

По способу восприятия входных сигналов триггеры могут быть асинхронными (нетактируемыми) и синхронными (тактируемыми). Асинхронные триггеры воспринимают информацию в любой момент времени, а синхронные – только при наличии разрешающего сигнала на специальном тактовом C-входе. Синхронизация ограничивает время приема триггером входных сигналов, а следовательно, уменьшает вероятность, при появления помехи на сигнальных входах , ложного срабатывания триггера. Другими словами, синхронизация повышает помехоустойчивость, которая является важным параметром любого цифрового устройства, т. к. замена в результате помехи хотя бы одного элемента двоичного кода приведет к полному искажению информации.

Синхронизация может быть статическая – уровнем (высоким, низким) или динамическая – перепадом на C-входе (фронтом, срезом). Условные обозначения способов синхронизации представлены на рис. 5.2, где С – синхроимпульс, – промежутки времени, в течение которых триггер воспринимает входную информацию.

По виду выходных сигналов триггеры разделяют на статические и динамические. Статические – триггеры, у которых выходные сигналы в устойчивых состояниях остаются неизменными во времени. В динамических триггерах выходные сигналы представляют последовательность импульсов.

По способу запоминания информации могут быть триггеры с логической и физической организацией памяти. Первые выполняются на логических элементах, во вторых используются нелинейные свойства материалов или нелинейные характеристики компонентов.

Характеристики триггеров определяются прежде всего параметрами логических элементов, на которых выполнен триггер. Специфическими параметрами триггера являются:

- время задержки переключения триггера , , ,которое определяется количеством элементов от информационного (тактового) входа до выхода. Минимальная длительность входного сигнала;

а

б

в

Рис. 5.2. Способы синхронизации и условные обозначения триггеров:

а– высоким уровнем синхроимпульса; б– фронтом синхроимпульса;

в– срезом синхроимпульса

- разрешающее время триггера – наименьший интервал времени между входными сигналами минимальной длительности, вызывающими бесперебойное переключение триггера;

- максимальная частота переключения триггера .

Обычно рабочую частоту принимают в 1,5 раза меньше максимальной.