Лабораторная работа №1. Исследование работы триггеров.
Цель работы:
– изучить принципы организации и работы триггеров;
– получить практические навыки использования триггеров для построения последовательностных схем.
1 Краткие сведения из теории
Триггером называют устройство, которое может находиться в одном из двух устойчивых состояний и переходить из одного состояния в другое под воздействием входного сигнала. Состояние триггера определяется по выходному сигналу. Триггер является базовым элементом ПЦУ. В нем может храниться либо 0 либо 1.
Для удобства
использования в схемах ПЦУ триггеры
имеют два выхода: 1) прямой Q
(выход 1); 2)
инверсный
(выход 0). Состоянию триггера 1 соответствует
на выходеQ
высокий
уровень сигнала (1), а на выходе
— низкий
(0). Состоянию триггера 0 соответствует
на выходе Q
низкий уровень сигнала (0), а на выходе
Q
— высокий
(1).
Входы триггера делятся на информационные и вспомогательные (управляющие). Сигналы, поступающие на информационные входы, управляют состоянием триггера. Сигналы на вспомогательных входах используются для предварительной установки триггера в требуемое состояние и синхронизации. Вспомогательные входы могут использоваться и в качестве информационных. Число входов триггера зависит от его структуры и назначения. Информационные входы триггера принято обозначать буквами S, R, J, К, D, Т, а управляющие входы С, V. На схемах триггеры обозначаются буквой Т.
Триггеры можно классифицировать по способу приема информации, принципу построения, функциональным возможностям.
По способу приема
информации триггеры подразделяются на
асинхронные и синхронные. Асинхронные
триггеры воспринимают информационные
сигналы и реагируют на них в момент
появления на входах триггера. Синхронные
триггеры реагируют на информационные
сигналы при наличии разрешающего сигнала
на специальном управляющем входе С,
называемом входом синхронизации.
Синхронные триггеры подразделяются на
триггеры со статическим и динамическим
управлением по входу С.
Триггеры со
статическим управлением воспринимают
информационные сигналы при подаче на
С-вход
уровня 1 (прямой С-вход)
или 0 (инверсный С-вход).
Триггеры с динамическим управлением
воспринимают информационные сигналыпри изменении сигнала наС-входе
от 0 к 1 (прямой динамический С-вход)
или от 1 к 0 (инверсный динамический
С-вход).
По принципу построения триггеры со статическим управлением можно разделить на одноступенчатые и двухступенчатые (типа MS, Master-Slave). Одноступенчатые триггеры характеризуются наличием одной ступени запоминания информации. В двухступенчатых триггерах имеются две ступени запоминания информации. Вначале информация записывается в первую ступень, а затем переписывается во вторую и появляется на выходе.
По функциональным возможностям различаются:
триггер с раздельной установкой состояний 0 и 1 (RS – триггер);
триггер с приемом информации по одному входу D (D-триггер или триггер задержки);
триггер со счетным входом Т(Т – триггер);
универсальный триггер с информационными входами J и К (JK – триггер).
Триггеры
характеризуются быстродействием,
чувствительностью, потребляемой
мощностью, помехоустойчивостью,
функциональными возможностями.
Быстродействие определяется максимальной
частотой 
переключения
состояний триггера и достигает сотенмегагерц.
Чувствительность триггера определяется наименьшим напряжением на входе (пороговым напряжением), при котором происходит переключение.
Помехоустойчивость характеризует способность триггера нормально работать в условиях помех. Функциональные возможности триггера характеризуются числом входных сигналов. Для обозначения функциональных возможностей триггеров для отечественных серий микросхем используется следующая маркировка: ТР –– RS – триггер; ТВ — JK – триггер; ТМ — D – триггер.
Для полного описания
триггера достаточно задать его структурную
схему из базовых логических элементов
и закон функционирования. В качестве
базовых логических элементов можно
использовать элементы ИЛИ–НЕ, И–НЕ.
Так, например закон функционирования
асинхронного RS
триггера задан таблицей истинности
(табл.4.1.), а его условное графическое
обозначение на рис. 4.1.
Здесь S
и R
являются
информационными входами, Q
- прямой
выход,
– инверсный
выход.
Для
синтеза схемы асинхронного RS
триггера на элементах Пирса необходимо
доопределить состояние триггера, т.е.
вместо * необходимо записать 1. Для
получения асинхронного RS
триггера с инверсными входами необходимо
производить синтез схемы на элементах
Шеффера, предварительно, дополнив
таблицу истинности в неопределенных
состояниях нулями.
JK
триггер – универсальный триггер, на
его базе можно построить любой триггер.
Обычно JK
триггер
строиться по типу MS.
Закон
функционирования JK
триггера представлен таблицей 4.2.
Здесь J используется для установки триггера в единичное состояние, а К - для установка в нулевое состояние. Вход С предназначен для синхронизации.
В триггере используются все четыре типа переходов:
запоминающий
единичный
нулевой
колебательный
JK
триггер отличается от RS
триггера тем, что здесь исключена
неопределенность возникающая при R=S=1,
при J=K=1
осуществляется колебательный переход.
JK триггер преобразуется в динамический D – триггер подключением инвертора к входу К (рис.4.3-1), при этом из четырех комбинаций сигналов: J=K=0, J=K=1, J=0 K=1, J=1 К=0 осуществлены будут две последних, т.е. синхронные установка и сброс. Если необходим прямой синхровход, к входу С подключается еще один инвертор. На рис.4.3-2 JK триггер включен по схеме Т – триггера со счетным входом (J=K=1). Счет можно прервать, подав на один из асинхронных входов 0.