Глава 3 функциональные узлы последовательностного типа

3.1.Триггеры. Основные сведения. Классификация.

Триггер - цифровое устройство функционального назначения, имеющее два устойчивых состояния.

Триггеры применяются в качестве устройств: для хранения одного бита информации в устройствах памяти статического типа; для формирования прямоугольных импульсов; как основа для построения регистров памяти и сдвигающих регистров.

С самых общих позиций триггер представляет собой совокупность комбинационной схемы (КС) и бистабильной ячейки (БЯ). На входы КС подаются входные управляющие сигналы, синхросигналы и сигналы обратной связи. КС анализирует состояние всех входов и с учетом предшествующего состояния триггера вырабатывает управляющие сигналы, устанавливающие БЯ в соответствии с таблицей истинности (рис 3.1). Состояние триггера оценивается по состоянию его прямого выхода Q.

Классификация интегральных триг-геров, построенных на логических элементах в базисе И-НЕ либо ИЛИ-НЕ, может быть проведена следующим образом.

1. По способу записи информации триггеры подразделяются на:

• асинхронные;

• синхронные.

В триггеры первого типа запись информации сможет быть проведена в отсутствии импульса синхронизации, в триггер второго типа информация может быть занесена лишь при наличии импульса синхронизации.

2. По способу организации внутренних логических связей триггеры подразделяются на триггеры:

• RS –типа,

• D типа,

• Т – типа,

• JK - типа.

Условное графическое обозначение триггера приведено на рис. 3.2. В качестве примера приведено условное обозначение синхронного триггера JK-типа.

Триггер обозначается прямоуголь-ником, в основном поле которого ставится символ Т, обозначающий функциональное назначение устрой-ства, в левом дополнительном поле обозначают входные сигналы: установочные и управляющие входы и вход синхросигнала С. При этом, если на входе С стоит символ \ , то это означает, что установка триггера в состояние, соответствующее управля-ющим сигналам, производится перепадом 1\0, т.е. срезом импульса; если же на входе стоит символ / , то опрокидывание триг-гера в состояние, со-ответствующее управ-ляющим сигналам производится перепадом 0/1, т.е. фронтом им-пульса синхронизации. Классификация триггеров, исполь-зуемых в практической схемотехнике, при-ведена на рис.3.3.

Рассмотрение типов отдельных триггеров проведем последовательно, по мере усложнения внутренних логических связей.

3.1.1 Триггер- rs -типа

Триггер RS-типа - логическое устройство с двумя устойчивыми состояниями и двумя установочными входами: R и S, функционирующее в соответствии с таблицей истинности:

Rⁿ Sⁿ Qⁿ⁺¹

0 0 Qⁿ

0 1 1

1 0 0

1 1 x

В таблице истинности в столбцах, обозначенных символами Rⁿ и Sⁿ обозначены значения входных сигналов в предшествующий такт работы, символом Qⁿ⁺¹ - состояние прямого выхода триггера в последующий такт работы. Символом х обозначено неопределенное состояние выхода Q. Таким образом, асинхронный триггер RS - типа имеет запрещенную комбинацию входных сигналов RS=1, которая ни при каких условиях на установочных входах появляться не должна.

Асинхронный триггер RS - типа представляет собой бистабильную (бинарную) ячейку (БЯ), реализованную в одном из двух базисов: либо в базисе И-НЕ, либо в базисе ИЛИ-НЕ. БЯ, реализуемая в базисе И-НЕ, называется триггером RS - типа с инверсным управлением, а в базисе ИЛИ-НЕ - асинхронным триггером с прямым управлением.

На рис.3.4 приведена схема БЯ в базисе ИЛИ-НЕ. Схема построена на двух вентилях ИЛИ-НЕ D1, D2, охваченных перекрестными обратными связями. По одному свободному входу вентилей ИЛИ-НЕ задействованы как входы R и S. Схемотехническое решение БЯ в базисе И-НЕ точно такое же, но входы R и S меняются местами, поскольку активным уровнем для ячейки И-НЕ является уровень логического нуля.

Напомним, что состояние триггера оценивается по состоянию его прямого выхода Q.

Синхронный триггер RS -типа является совокупностью БЯ и схемы управления, на которую подаются управляющие сигналы. Схема синхронного триггера в базисе И-НЕ представлена на рис. 3.5.

Выходы вентилей D1 и D2 образуют выходы триггера, схема управления образована вентилями D3 и D4. Два входа вентилей схемы управления объединены и образуют синхровход С, свободные выводы двухвходовых вентилей D3 и D4 образуют входы R и S триггера.

Нетрудно заметить, что этот триггер является триггером с прямым управлением и его работа соответствует следу-ющей таблице истин-ности. Таблица приведена неполной, только для значений С=1, поскольку при С=0 вентили D2 и D3 схемы управления закрываются и блокируют БЯ, сохраняя тем самым триггер в прежнем состоянии Qⁿ. Как видно из таблицы истинности, триггер по-прежнему имеет запрещенную комбинацию входных сигналов RSC=1, при которой состояние триггера не определено. Для разрешения этой неопределенности в схему управления вводят дополнительные вентили - инверторы, которые разрешают неопределенность состояния. Для этой цели существуют разновидности RS -триггера: триггеры R-, S-, E- типов.

Триггер R - типа при RSC=1 устанавливается в нулевое состояние, триггер S- типа при запрещенной комбинации входных сигналов устанавливается в единичное состояние, а триггер Е - типа - остается в предыдущем состоянии Qⁿ, как указано в таблице истинности:

RS S R E

C Rⁿ Sⁿ Qⁿ⁺¹ Qⁿ⁺¹ Qⁿ⁺¹ Qⁿ⁺¹

1 0 0 Qⁿ Qⁿ Qⁿ Qⁿ

1 0 1 1 1 1 1

1 1 0 0 1 1 1

1 1 1 x 1 0 Qⁿ

Таким образом, триггеры R, S, E типов функционируют как обычные триггеры RS - типа, но не имеют неопределенных состояний.