Последовательная логика

Все схемы, рассматриваемые ранее, строились на основе комбинационной логике. Для таких схем состояние выхода полностью определяется текущим состоянием выходов, то есть у таких схем отсутствует предыстория (предыдущее состояние не влияет на текущее).

Наличие памяти позволяет строить системы с очень большими возможностями. Под элементом памяти мы будем понимать устройство, которое под действием управляющих сигналов может сохранять свое состояние на выходе неопределенно долгое время, а так же текущее состояние этого элемента неким заданным образом связано с предысторией.

RS – триггер

Многие виды памяти в цифровых системах реализуются на основе триггеров.

Триггер – цифровое устройство с двумя устойчивыми состояниями выхода, причем состояние выхода определяется текущим состоянием входов и предыдущим состоянием триггера. RS– триггер имеет два входаS(Set) иR(Reset), а так же имеет два выходаQ– прямой и - инверсный.

R	S	Q
0	1	1	0
1	1	1	0
1	0	0	1
1	1	0	1
0	0	1	0

На схемах электрических принципиальных RS– триггер изображают:

Если мы говорим, что в триггер записана 1, то это означает, что под действием управляющих входов Q= 1.

Для анализа работы этой схемы удобно пользоваться диаграммой состояния.

Важной особенностью работы триггеров является то, что, как правило, мы не знаем состояние триггера в момент включения, поэтому либо принимаем какие-то специальные меры или если это не важно, то произвольно задаются любым состоянием.

Рассмотрим примеры применения RS– триггера:

1. Фиксация кратковременных событий.

В различных научных и технологических задачах встречаются ситуации, когда некое важное событие существует очень короткое время, а знание о том, произошло это событие или нет, является очень важным. Используя свойства RS– триггера сохранять свое предыдущее состояние позволяет решить эту задачу.

В начальный момент времени кратковременно нажимаем кнопку «Сброс», т. е. на R– вход подаем 0. В это время на выходе датчика Д = 1 (событие не произошло), т. е.S=1,R=0. В соответствии с правиламиRS– триггераQ=0. Это состояние будет сохраняться до тех пор, пока на выходе датчика не появится сигнал 0. В этот момент времениS=0, аR=1. Триггер “опрокинется” (изменит свое состояние на противоположное)Q=1. После того, как сигнал кончился (S=1,R=1) и триггер сохраняет свое предыдущее состояние до того момента, пока мы не нажмем кнопку «Сброс».

2. Бездребезговая кнопка.

Механические контакты переключателей изготавливаются, как правило, из упругих токопроводящих материалов, а это означает, что в силу своей упругости контакт при переключении может несколько раз отскочить и вернуться в исходное положение. Если такая кнопка находится в системе управления, то эта система воспримет ситуацию дребезга как несколько нажатий на кнопку, а это приведет к неадекватной реакции.

На диаграмме это выглядит так:

Используя наши знания RS– триггера можно построить схему, исключающую дребезг механических контактов.

Схема включает в себя следующие элементы: RS– триггер, резисторыr₁иr₂, кнопка (Кн.), дребезг которой необходимо подавить. Резисторыr₁иr₂одним своим выводом подключены к источникам ЭДС +5В (1), а другим к выходамRиSсоответственно. Подвижный контакт кнопки подключен к Земле (0). В исходном состоянии подвижный контакт кнопки через нормально замкнутый контакт подключен кS– входу, т. е.S=0, а нормально разомкнутый контакт имеет потенциальный контакт +5В через регистрr₂и подключен кR– входу (1). Таким образом, по правилу работыRS– триггера в момент времениt₁,Q=1. В момент времениt₂произошло переключение кнопки и на нижнем ее контакте образовался «дребезг». Однако, в моментt₂наS– вход через регистрr₁подается уровень логической единицы.

В момент первого касания (t₂) подвижного контакта нижнего контакта наR– вход от подвижного контакта подается 0. И по правилам работыRS– триггера (S=1,R=0) триггер опрокинется, т.е.Q=0. Дальнейшее срабатывание кнопки, вызванное дребезгом, не изменит состояние триггера, т.е. на выходеQдребезг не наблюдается.