Раздел II
Конечные автоматы (КА) с малым объемом памяти
(последовательные устройства - ПЦУ)
КА (ПЦУ) - это цифровое устройство, в котором значения выходного сигнала Yj в данный момент времени определяется не только значением входных сигналов Xi в данный момент времени, но и тем значением , которое было на предыдущем интервале.
Примеры КА: триггеры, регистры, счетчики
Лекция
Асинхронные (RS) и синхронные (RSC) триггеры
Учебные вопросы:
1. Общее сведенье о триггерах.
2. Асинхронный RS триггер.
3. Синхронный RSC триггер.
1-ый учебный вопрос:
Триггер - это цифровое устройство последовательного типа (обладает памятью) с двумя устойчивыми состояниями равновесия (1 или 0) и предназначенное для записи, хранения и считывания одного бита информации.
Устойчивое состояние, когда на выходе триггера 1 или 0 удерживаются при постоянной подаче на вход определенной комбинации. Т.е. триггер может находиться в единичном или нулевом состоянии (Q=1, Q^=0) или (Q=1,Q^=0).
Помни!!! Равенство значений Q и Q^ (Q=Q^) будет определяться, как запрещенное состояние для триггера.
Классификация триггеров:
1. По способу записи информации:
а) асинхронные триггеры - информация записывается в любой момент времени и значения на выходе триггера определяется только входными информационными сигналами
б) синхронные триггеры (тактируемые) имеют кроме информационных входов синхровход (разрешающий сигнал). Срабатывание триггера происходит при подаче синхроимпульсов, а значение выходного сигнала определяется комбинацией информационных входных сигналов.
2. По логике работы:
а) триггеры установочные (RS триггеры), которые являются составной частью более сложных триггеров (JK, D- триггеров) и предназначены для начальной установки триггера.
б) триггеры со счетным входом (Т- триггеры), применяются в счетчиках
в) триггеры задержки информации (D- триггеры)
г) универсальные JK- триггеры, которые могут работать, как перечисленные ранее триггеры.
Основными характеристиками триггера являются:
1. Быстродействие (кол-во переключений в единицу времени).
2. Нагрузочная способность (кол-во логических элементов, которые могут подключаться к выходам триггера).
2-ой учебный вопрос:
Асинхронный RS триггер с инверсными входами.
УГО
S (set) для установки триггера в единичное состояние (Q=1, Q^=0).
R (reset) для установки триггера в нулевое состояние (Q=0, Q^=1).
Для RS триггер с инверсными входами активный переключающий сигнал 0. То есть, если S=0, R=1, то триггер в единичном состоянии (Q=1, Q^=0) и наоборот, если S=1, R=0, то триггер в нулевом состоянии (Q=0, Q^=1)
Асинхронный RS триггер с прямыми входами
УГО
Активным переключающим сигналом для триггера с прямыми входами является 1. То есть, если S=0, R=1, то триггер в нулевом состоянии (Q=0, Q То есть, если S=0, R=1, то триггер в единичном состоянии (Q=1, Q^=0) и наоборот, если S=1, R=0, то триггер в нулевом состоянии (Q=0, Q^=1)
=1) и наоборот, если S=1, R=0, то триггер в единичном состоянии (Q=1, Q^=0).
Схема триггера с инверсными входами
Таблица переключения работы триггера с инверсными входами:
|
Sn |
Rn |
Qn-1 |
Qn |
Q^ n |
|
0 |
0 |
0 |
- |
- |
|
0 |
0 |
1 |
- |
- |
|
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
|
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
|
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
|
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
|
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
Qn=Q^ n - запрещенное состояние триггера
Запись 1
Запись 0
хранение
Математическая запись работы триггера:
Qn= Sn v R-Qn-1
Схема триггера с прямыми входами
3-ий учебный вопрос: Синхронный RSC триггер
В синхронных триггерах (RSC,T,D,JK) применяются 2 способа синхронизации:
1) статическая синхронизация, когда является наличие постоянного напряжения.
2) динамическая синхронизация, когда синхросигналом является наличие перепада напряжения (0 - 1 или 1- 0).
Триггеры бывают двухтактные, когда требуется наличие переднего и заднего фронта:
Двухтактные:1-0-1 задний – передний или 0 -1- 0 передний – задний.
Исследуем RSC триггер с прямыми входами и статической синхронизацией
УГО
Схема RSC триггера с прямыми входами и статической синхронизацией
Примечание: Любой синхронный триггер (RSC, T, JK. D ) в отсутствии синхронизации находиться в режиме хранения.
Таблица переключений RSC – триггера с прямыми входами
|
Сn |
Sn |
Rn |
Qn-1 |
Qn |
Q-n |
Сост.триггера |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
Хранение |
|
1 |
1 |
0 |
Хранение |
|||
|
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
Хранение |
|
1 |
1 |
0 |
Хранение |
|||
|
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
Хранение |
|
1 |
1 |
0 |
Хранение |
|||
|
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
Хранение |
|
1 |
1 |
0 |
Хранение |
|||
|
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
Хранение |
|
1 |
1 |
0 |
Хранение |
|||
|
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
Запись «0» |
|
1 |
0 |
1 |
Запись «0» |
|||
|
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
Запись «1» |
|
1 |
1 |
0 |
Запись «1» |
|||
|
1 |
1 |
1 |
0 |
- |
- |
Запрещ.сост. |
|
1 |
- |
- |
Запрещ.сост. |
Однотактный триггер задержки (D - триггер).
Назначение: задерживает цифровую информацию на один такт (половина периода синхроимпульса С). На выходе триггера появляется тот логический сигнал (1 или 0), который был на входе на предыдущем интервале.
УГО однотактного D- триггера с синхронизацией по переднему фронту синхросигнала и установочными входами S и R.
USA
Eвро
R, S – установочные входы
Характеристика установочных входов: асинхронные, приоритетные по отношению к D входу (информационный вход) и предназначены для начальной установки триггера в нулевое или единичное состояние.
Таблица переключений D – триггера
|
Сn
|
Dn
|
Qn-1
|
Qn
|
|
0
|
0
|
|
0
|
|
0
|
1
|
|
1
|
|
|
0
|
|
Qn-1
|
|
1
|
1
|
|
Qn-1
|
Хранение
Задержка на
1 такт синхронизации
Примечание: D триггер не имеет запрещенного состояния, однако , если использовать установочные входы, то запрещенное состояние может быть за счет комбинации сигналов на установочных входах.
3-ий учебный вопрос: Универсальный JK- триггер.
Работает как JK RS RSC D T триггеры, поэтому называется универсальным.
JK триггер - синхронный :
УГО (USA) Нарисовать
Таблица переключений
|
Сn |
Jn |
Kn |
Qn-1 |
Qn |
Сосояние триггера |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
Хранение |
|
1 |
1 |
Хранение |
|||
|
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
Хранение |
|
1 |
1 |
Хранение |
|||
|
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
Хранение |
|
1 |
1 |
Хранение |
|||
|
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
Хранение |
|
1 |
1 |
Хранение |
|||
|
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
Хранение |
|
1 |
1 |
Хранение |
|||
|
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
Запись «0» |
|
1 |
0 |
Запись «0» |
|||
|
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
Запись «1» |
|
1 |
1 |
Запись «1» |
|||
|
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
Инверсия предыдущ. сост. |
|
1 |
0 |
Инверсия предыдущ сост. |
Счетный Т – триггер
Синхронный и предназначен для построения счетчиков
УГО
Промышленно не выпускается, но используют режим счетного Т- триггера в D, JK- триггерах
Таблица переключений Т- триггера
В Т- триггерах при поступлении синхросигнала на выходе Q триггера сигнал инвертируется, т.е. при поступлении очередного синхроимпульса осуществляется инверсия предыдущего состояния.
|
Сn |
Jn |
Kn |
Qn-1 |
Qn |
|
0 |
0 |
0
|
0 |
0 |
|
1 |
1 |
1 |
1 |
|
|
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
|
1 |
1 |
1 |
0 |
Примечание: D – триггер можно получить ,используя JK- триггер при следующем подключении.
Примечание: T –триггер можно собрать с использованием программирования логических интегральных схем (ПЛИС).
Лекция Регистры
Учебные вопросы: