Вопрос 17 - Элементы интегральных схем с открытым коллектором и тремя состояниями выхода, их назначение

К одному выходу ТТЛ элемента можно подключать до 10 таких же входов. При требовании большей нагрузочной способности возникает проблема. Если соединить выходы разных ИС, то ИС можно вывести из строя. По этой причине соединять выходы ИС между собой нельзя. Как исключение, допускается параллельное включение выхода и входа двух логических элементов из одного корпуса.

Для повышения нагрузочной способности, для соединения элементов в монтажное И, и ряда других целей выпускаются элементы с открытым коллектором. На рисунке слева элемент И-НЕ 155 серии с открытым коллектором.

Схема отличается от базовой наличием дополнительных транзисторов VT1, VT3 и диода VD1. Когда VT3 заперт – схема действует подобно обычному логическому элементу, поскольку VD1 смещен в обратном направлении. При открытом VT3, диод VD1 также открыт и напряжение в точке А близко к нулю. VT6 при этом заперт. VT5 также будет закрыт поскольку на эмиттере VT4, связанным с коллектором VT3 – логический 0. Следовательно транзистор VT7 также будет закрыт.

Применяется для организации шин, может использоваться для мультиплексирования сигналов. При подаче “1” на EZ переходит в высокоимпендансное состояние.

x	EZ	!EZ	Выход
0	0	1	Z
1	0	1	Z
0	1	0	1
1	1	0	0

Вопрос 18 - Триггеры

Триггером называется устройство с двумя устойчивыми состояниями. Т имеет два выхода: основной и инверсный. Число входов зависит от типа Т.

Классификация триггеров:

1. По закону функционирования

а) RS

б) D

в) Т

г) DV

д) TV

е) JK

2. По способу записи

а) асинхронные

б) тактируемые

- уровнем (одно-, двухступенчатые)

- фронтом

RS-триггер – устройство с двумя устойчивыми состояниями, имеющее два информационных входа R и S. Воздействие на вход S переводит триггер в единичное состояние, а воздействие на R – в нулевое. Одновременная подача сигналов на оба входа запрещена.

D-триггер – принимает информацию по одному входу. На выходе этот же сигнал появляется с задержкой. Как правило, триггер тактируемый.

T-триггер – изменяет свое состояние на противоположное, когда на вход T приходит действующее значение сигнала.

Триггеры DV и TV отличаются от D и T тем, что имеют дополнительный вход V, такой, что при V=1 триггеры функционируют как прототипы, а при V=0 не воспринимают сигналы, а хранят свое состояние.

JK-триггер – универсальный триггер с раздельной установкой, по входу J в единицу, по входу К – в нуль. При одновременной подаче сигналов на входы J и K триггер работает как Т-триггер.

В асинхронных триггерах переход в новое состояние вызывается изменением информации входного сигнала. В тактируемых триггерах переход в новое состояние происходит лишь при подаче тактового сигнала (синхроимпульса). Синхронные триггера по способу восприятия тактируемых сигналов делятся на управляемые уровнем и на управляемые фронтом.

Управляемые уровнем – это такие триггера, которые при одном уровне синхросигнала находятся в одном режиме, а при другом уровне в другом режиме.

Управляемые фронтом триггеры получают разрешение на изменение состояния в момент перепада синхросигнала. В другие моменты времени триггер не воспринимает входные сигналы. Эти триггера называются триггерами с динамическим управлением (ЕТ-триггер). Динамические входы могут быть прямыми или инверсными. Триггер с прямым входом реагирует с 0 на 1 (по фронту), а с инверсным с 1 в 0 (по срезу).

В одноступенчатых триггерах появление разрешающего уровня синхросигнала вызывает полное переключение триггера. Двухступенчатые триггеры состоят из входных и выходных каскадов. В них переход в новое состояние происходит поочередно.

Асинхронный RS-триггер.

!R	!S	Q
0	0	----
0	1	0
1	0	1
1	1	Qn-1

Длительность 3_з для того, чтобы триггер находился в установленном режиме. f_мах=1/3_з

Синхронный RS-триггер.

t_з^T=4_з^Э

Помимо синхронных входов RS-триггер может иметь асинхронные входы.

Синхронный D-триггер.

Когда С = 0 триггер хранит предыдущее состояние. При С = 1 происходит запись сигнала, находящегося на входе D.

T-триггер.

Т-триггер может быть получен из синхронного RS-триггера и D-триггера.

Однако Т-триггера, построенные на одноступенчатых RS- и D-триггерах не обеспечивают надежной работы, т.к. запоминающий триггер играет двойную роль: источника данных для входного каскада, и в тоже время приемника этих данных. Есть опасность, что он может впасть в режим генерации. Надежные структуры Т-триггеров строятся с помощью использования двухступенчатых RS-триггеров или триггеров с управлением фронтами.

JK-триггер.

J	K	Q
0	0	хранит
0	1	0
1	0	1
1	1	!Q

Поскольку JK-триггер универсальный, то нам нужно научиться получать из него все остальные.

Синхронный RS-триггер.

T

J

T

C

K

Т-триггер

D-триггер

Двухступенчатые триггеры.

Отличаются наличием второго запоминающего элемента, поэтому новая информация сначала записывается во входную ступень, при этом в выходной ступени сохраняется старое состояние. Затем происходит перенос информации из первой ступени во вторую. Такие триггеры строятся по так называемой схеме Master-Slave.

Двухступенчатый RS-триггер.

До прихода тактового импульса, т.е. С = 0 элементы 1 и 2 заперты, q1=q2=1 и ведущий М-триггер хранит информацию от предыдущего такта. Ведомый S-триггер, на тактовом входе которого действует сигнал q5=1 открыт и записывает состояние ведущего. При С=1 все наоборот. В двухступенчатом триггере в отличие от одноступенчатого синхронного со статическим управлением смена входной информации может происходить и во время действия тактового импульса, но в триггере запишется последнее значение сигналов на входах.

Триггеры с динамическим управлением.

Для обеспечения восприимчивости триггера информационных входов после изменения тактового сигнала с 0 на 1 (по фронту) установочные входы выходного триггера подключаются через RS-триггеры .

Связи, указанные пунктиром, вводятся для исключения ложного срабатывания при некоторых комбинациях входных сигналов.

Ограничения налагаемые на триггеры со статическим управлением требуют организации сложной синхронизации в схемах. В триггерах с динамическим управлением записью, информационные сигналы на входе можно изменять без появления ошибок при любом уровне тактового сигнала. В таких схемах тактовый сигнал активен лишь на коротком интервале в окрестностях фронта или спада. Чаще всего динамические триггеры строятся по схеме 3-х триггеров.