3.3.5 Мажоритарные элементы
Одним из приемов повышения достоверности данных на выходе цифровых устройств является троирование аппаратуры. При этом устанавливаются три одинаковых цифровых блока, на каждый из которых заводятся все входные величины. Выходные сигналы всех трех блоков поступают на специальный узел - мажоритарный элемент, который формирует из них выходной сигнал (рис.3.13).
Рис.3.13. Мажоритарный элемент
Мажоритарным элементом называется пороговая схема с нечетным числом входов n, выходной сигнал которой равен 1 только при поступлении на ее входы не менее К=(n+1)/2 входных сигналов равных 1. Таким образом если на мажоритарный элемент поступают сигналы от трех блоков то в случае отказа какого-либо одного из трех блоков сигнал на выходе мажоритарного элемента все равно останется верным.
На рисунке 3.14 показана схема узла мажорирования, восстанавливающего информацию при отказе одного из трех каналов. Блок 2 должен указывать номер неисправного канала, для чего она должна иметь как минимум два выхода – соответственно младший и старший разряды номера отказавшего канала. Сигнал на выходе М должен совпадать с сигналом входов, если все они одинаковы или одинаковы хотя бы два входных сигнала.
Рис.3.14. Узел мажорирования
1 –узел мажорирования;
2 –схема определения неисправного канала; М‑выход восстановленной информации.
4. Интегральнье триггеры
Триггеры – электронные схемы, имеющие два устойчивых состояния, которые устанавливаются при подаче соответствующей комбинации сигналов на управляющие входы триггера и сохраняются после окончания действия этих сигналов.
4.1 Классификация триггеров
Классификация триггеров, описанных в данной главе, приведена на рис. 4.1.
Рис. 4.1 Классификация триггеров.
4.2 Основные типы триггеров
Триггеры представляют собой простейшие последовательностные устройства. Они широко используются во многих узлах электронной аппаратуры в виде самостоятельных изделий или в качестве базовых элементов для построения других, более сложных приборов (счетчиков, регистров, запоминающих устройств).
К триггерам относят большой класс устройств, общим свойством которых является способность длительно оставаться в одном из двух (или нескольких) возможных устойчивых состояний и скачком чередовать их под воздействием внешних сигналов. Каждое состояние легко распознается по значению выходных напряжений.
Одно из основных применений триггеров — запоминание информации. Под памятью триггера подразумевают способность оставаться в заданном состоянии и после прекращения действия переключающего сигнала. Приняв одно из состояний за 1, а другое — за 0, можно считать, что триггер хранит (помнит) один разряд числа, записанного в двоичном коде.
Понятие «триггер» охватывает много видов устройств, которые существенно различаются между собой по выполняемым функциям, схемному исполнению, способам управления, электрическим и конструктивным параметрам.
В простейшем исполнении триггер представляет собой симметричную структуру из двух логических элементов ИЛИ—НЕ либо И—НЕ, охваченных перекрестной положительной обратной связью.
Такие триггеры называют симметричными. Схема симметричного триггера на основе логических элементов ИЛИ —НЕ показана на рисунке 4.2. Этот триггер (бистабильная ячейка, ячейка памяти, асинхронный RS-триггер) обладает двумя устойчивыми состояниями, которые обеспечиваются за счет связи выхода каждого элемента с одним из входов другого. Свободные входы служат для управления и называются информационными или логическими.
Рис. 4.2. Схема симметричного триггера на основе логических элементов ИЛИ —НЕ
Симметрия схемы не означает симметрии электрических режимов обоих каскадов. За счет перекрестного соединения выходов и входов создаются условия, при которых при отсутствии входных сигналов один из логических элементов будет заперт, а другой — открыт.
В современной микроэлектронике триггеры используются, как правило, в виде системы, состоящей из собственно триггера по типу описанных выше, играющих роль ячейки памяти (ЯП), и устройства управления (УУ) (рис. 4.3).
Рис. 4.3. Общая структура триггера.
Устройство управления представляет собой комбинационное устройство, преобразующее входную информацию в комбинацию сигналов, под воздействием которых собственно триггер принимает одно из двух устойчивых состояний.
Характерная черта триггерных систем в интегральном исполнении: собственно триггер и устройство управления составляют единый функциональный узел и в схемном и в конструктивном отношении.
Главная роль в формировании свойств триггерной системы принадлежит управляющему устройству. В схемном отношении устройства управления отличаются большим разнообразием. Логическая структура управляющего устройства, число и назначение входов, обратные связи с выхода ячейки памяти на входы — все это определяет функциональные свойства триггерной системы в целом. Изменяя схему устройства управления и способы ее связей с ячейкой памяти, можно получить триггеры с разными функциональными свойствами. В простейшем варианте управляющее устройство может отсутствовать.
Входные сигналы в зависимости от выполняемой роли подразделяются на три категории: информационные (логические), подготовительные (разрешающие) и исполнительные (командные).
Сигналы на информационных входах определяют информацию, которая будет записана в триггер. Роль подготовительных и исполнительных сигналов — вспомогательная: с помощью подготовительных сигналов можно в нужный момент прервать действие триггера или группы триггеров, сохранив информацию на выходе. Исполнительные сигналы задают момент приема входной информации триггером и служат для синхронизации работы ряда устройств, образующих функциональный узел. Эти сигналы часто так и называют — синхронизирующими или тактовыми.
Входы триггера по характеру входных сигналов подразделяются на те же три категории: информационные (логические), предустановки (подготовительные) и тактовые (синхронизирующие). Информационные входы имеются у всех триггеров, тогда как подготовительные и тактовые могут отсутствовать.
Сигналы, связанные с определенными выводами триггера, для удобства принято обозначать теми же метками, что и выводы, но с указанием номера такта. Например, выражение Jn=Kn=lозначает, что на входахJи К сигналы имеют значения, соответствующие логической единице, а из формулыQn+1==Dnследует, что на выходеQсигнал в тактеn+1, т. е. после срабатывания триггера, принимает значение, бывшее на входеD, в тактеn(до срабатывания).
Поскольку функциональные свойства триггера определяются их входной логикой, названия основных входов переносят на все изделие. Помимо RS-триггеров широко применяютсяJK,D(DV)- иT(TV)-триггеры. Тип триггера определяется функциональной зависимостью между сигналами на входах и выходах. Эта зависимость может быть выражена разными способами: временными диаграммами, характеристическими уравнениями, таблицами внешних переходов (таблицами состояний), графами переходов,