5.1.5. Триггер Шмитта

При передаче цифровых сигналов по линии связи из-за ограниченной полосы пропускания происходит затягивание фронтов импульсов, что может сделать их непригодными для нормального восприятия логическими элементами. С целью улучшения формы импульсов широко используются специальные формирователи – триггеры Шмитта. В них вводится положительная обратная связь, за счет которой такой элемент обладает гистерезисом – зоной нечувствительности.

На рис. 5.14, априведена типовая переходная характеристика триггера Шмитта, на которой показаны границы зоны нечувствительности – пороговые напряженияU_П1иU_П2. На этом же рисунке приведен график, объясняющий восстановление формы сигнала.

Когда входной сигнал в момент времени станетU_вх(t₁)U_П1, триггер переключится из 1() в 0(). Обратное переключение произойдет приU_вх(t₂)U_П2.

Обозначение триггера Шмита на схемах приведено на рис. 5.14, б.

а б

Рис. 5.14. Триггер Шмитта:

а – переходные характеристики триггера Шмитта; б – условное изображение

5.2. Цифровые счетчики импульсов и делители частоты следования

5.2.1. Двоичные счетчики

Двоичные счетчики – это последовательностные устройства, отображающие в выходном двоичном коде число поступивших на его вход импульсов. Двоичные счетчики строятся наnпоследовательно соединенныхТ-триггерах, поэтому число всевозможных сочетаний состояний триггеров составитK=2ⁿ. Это значит, что счетчик может «сосчитать» 2ⁿ– 1 входных сигналов. ЧислоKотражает информационную емкость двоичного счетчика и называется модулем счета. Первый импульс, пришедший после «заполнения» счетчика (когда исчерпаны все возможные состояния), автоматически сбрасывает счетчик в исходное нулевое состояние. Рассмотрим работу трехразрядного двоичного счетчика с помощью временных диаграмм (рис. 5.15).

а б

в

Рис. 5.15. Схема трехразрядного асинхронного суммирующего двоичного счетчика: а, б – условное обозначение; в – временные диаграммы

При рассмотрении диаграммы необходимо обратить внимание на то, что счетный вход каждого последующего триггера подключен к инвертирующему выходу предыдущего. Это означает, что положительный перепад на входе триггера, по которому он срабатывает, происходит при отрицательном перепаде по основному выходу предыдущего триггера. В диаграммах учтены задержки t₃ (для простоты принятые одинаковыми), вызванные конечным временем переходного процесса триггера. По диаграммам легко убедиться, что значение двоичного кодана основныхвыходах триггеров соответствует числу пришедших импульсов (см. на диаграммном состоянии после 5-го и 7-го импульсов). С приходом 7-го импульса информационная емкость счетчика исчерпывается и 8-й импульс приводит к последовательному сбросу в нулевое состояние всех триггеров, который заканчивается через время , равное сумме времен задержки каждого триггера. Это обстоятельство ограничивает частоту импульсов, т. е. скорость счета, т. к. необходимо выполнить условие

.

Такой счетчик называется асинхронным. С приходом каждого импульса число, отображаемое двоичным кодом, увеличивается на единицу, поэтому такой счетчик называется суммирующим.

Хорошо видно, что период следования импульсов с прямого выхода каждого последующего триггера в 2 раза больше, чем у предыдущего. Если снимать информацию, например, с выхода второго триггера, то частота следования импульса здесь будет в 4 раза ниже, чем у входных импульсов, т. е. счетчик может выполнять роль делителя частоты входных импульсов.

Ограничение скорости счета, вызванного у асинхронного счетчика последовательным переключением триггеров, можно устранить, если осуществлять одновременное переключение триггеров, которое реализуется в счетчиках с параллельным переносом (рис. 5.16).

Рис. 5.16. Счетчик с параллельным переносом

В этой схеме входы J и K объединены, и когда J=K=1, JK-триггер работает, как Т-триггер, а когда J=K=0, – находится в режиме хранения. С помощью элемента И осуществляется перенос информации в старший разряд. Быстродействие повышается за счет того, что с приходом входного импульса одновременно срабатывают все триггеры.

Если вход последующего триггера (см. рис. 5.15) соединить с прямым выходом предыдущего, то такой счетчик становится вычитающим: число, записанное в виде исходного кода, будет с приходом каждого входного импульса уменьшаться на 1. Возможна реализация реверсивного счетчика, работающего по внешней команде, или в режиме суммирования, или в режиме вычитания.