Содержание

Триггеры 3

Регистры 14

Счетчики 19

Характеристики микросхем памяти 21

Список используемой литературы. 24

2

Триггеры

Цифровые функциональные узлы, содержащие элементы памяти (триггеры), получили название последовательных узлов. К ним относятся триггеры, счетчики, делители, распределители импульсов. Эти функциональные узлы входят в состав многих ИС.

Триггеры составляют основу функциональных узлов последовательного типа. От функциональных возможностей триггеров и режимов управления их работой зависят характеристики регистров, счетчиков и других узлов. В современных сериях триггеры представлены достаточно широко и разнообразно: одноступенчатые и двухступенчатые, асинхронные и синхронные, с записью по одному и двум входам, со счетным входом и универсальные в применение, со статическим и динамическим управлением. RS-триггер имеет имеет два информационных входа S и R, сигналы на которых определяют состояние триггера и два выхода: прямой Q и инверсный Q. Различают асинхронные и синхронные триггеры. Особенностью асинхронных триггеров является то, что установка их состояния, т.е. запись информации, осуществляется с поступлением сигналов на входы. В синхронных триггерах есть также вход С для синхронизирующего (тактового) сигнала. Запись информации производится сигналами на информационных входах, но с поступлением тактового сигнала, т.е. при С=1. Если С-0, триггер находится в режиме хранения.

Обозначим состояние триггера в момент изменения входных сигналов индексом п, а после переключения - индексом п+1. Закон функционирования триггеров описывается таблицами состояний, которые приведены ниже.

К

3

ак следует из таблицы состояний RS - триггера, при комбинации 8=1, К=Ю в триггер записывается 1 независимо от его предыдущего состояния.

Другой набор входных сигналов S=0, R=l устанавливает триггер в 0. Комбинация S=R=0 является нейтральной, поскольку обеспечивает режим хранения записанной ранее информации. При нейтральной комбинации входных сигналов триггер может находится в одном из состояний устойчивого равновесия Q=l, Q=0 или Q=Q, Q=l сколь угодно долго. Комбинация S=R=1 является запрещенной, поскольку она приводит к непредсказуемости состояний триггера, если после нее на входы поступит нейтральная комбинация. RS-триггер применяют как элемент памяти в запоминающих устройствах и регистрах.

D - триггер имеет два входа: информационный D и тактовый С и два выхода Q,

Q. При С=1 состояние триггера определяет сигнал на входе D. При ОО триггер находится в режиме хранения. Разновидностью D - триггера является DV - триггер с управляющим входом V. Сигнал V=l переводит DV-триггер в режим D - триггера, а сигнал V=0 - в режим хранения информации. DV - триггеры удобны для применения в узлах, где требуется управлять триггером без прерывания последовательности тактовых импульсов.

Т - триггер (счетный) имеет один вход Т и два выхода: прямой и инверсный. Особенность Т - триггера состоит в том, что с приходом очередного импульса на вход он изменяет состояние на обратное. Следовательно, Т-триггер считывает входные импульсы с коэффициентом, равным двум. Разновидностью этого триггера является TV - триггер, имеющий управляющий вход V. При V=l TV - триггер работает в режиме Т - триггер, а при V=0 он переходит в режим вход прямой и отрицательной полярности, если вход инверсный, причем, как правило, в "паузе" между тактовыми сигналами.

4

Так что в большинстве триггеров установка начального состояния не зависит от сигнала на тактовом входе, т.е. является асинхронной.

Нередко для расширения функциональных возможностей триггеры снабжаются входной логикой, которая реализуется встроенными логическими элементами. Заметим, К155ТВ1 имеет по три конъюктивно связанных входа J и К.

Многие свойства и особенности триггеров, существенно важные при практическом применении, определяются принципом их построения. По этому признаку все рассматриваемые триггеры принято разделить на одноступенчатые и двухступенчатые. Рассмотрим указанные триггерные структуры на примере RS -триггеров.

Одноступенчатым назван триггер, имеющий одну ступень запоминания информации. Запись в триггер информации, которая находится на входах S, R, начинается сразу после поступления разрешающего сигнала на вход С. Двухступенчатые триггеры имеют две ступени запоминания информации: основную и вспомогательную, каждая из которых представляет собой одноступенчатый RS -триггер. Управляются ступени так, что с приходом тактового импульса информация записывается в первую ступень, а после его снятия переписывается во вторую и появляется на выходах триггера. Таким образом, в двухступенчатых триггерах процесс передачи информации от входов к выходам имеет двухтактный характер. Быстродействие двухступенчатого триггера вдвое ниже по сравнению с одноступенчатым.

По режиму управления различают триггеры со статическим и динамическим управлением. Рассмотренные ранее триггеры имеют статическое управление по тактовому входу, при котором триггер восприимчив к сигналам на информационных входах все время,

5

пока на тактовом входе присутствует единица ( прямой статический вход), либо ноль (инверсный статический вход). Триггеры с динамическим управлением по тактовому входу построены по другим принципам, существенно отличающимися от рассмотренных и основанных, например, на блокировании своих информационных входов после установления нового состояния.

Тактовый сигнал на динамическом входе воспринимается триггером как разрешающий запись информации только при изменении его уровня от нуля к единице ( прямой динамический вход) или от единицы к нулю ( инверсный динамический вход). Другие состояния тактового сигнала триггер воспринимает как отсутствие разрешения на прием информации. Например, триггер с прямым динамическим входом С примет входную информацию только при изменении тактового сигнала от нуля к единице. Информация сразу поступает на вход триггера. Если информационные сигналы изменились в присутствии единицы на входе С, то триггер на это не отреагирует. В подобном случае двухступенчатый триггер, имеющий статическое управление, ведет себя иначе: он изменит записанную в первую ступень информацию, не успев передать ее во вторую. В этом отличие реакции триггеров с динамическим и статическим управлением на одинаковые условия на входах и состоит основной внешний признак режима управления работой триггера.

П

6

о функциональным возможностям триггеры с динамическим управлением близки к двухступенчатым триггерам, в частности они также могут быть использованы в счетном режиме.

хранения. Триггеры со счетным входом составляют основу счетчиков и делителей.

JK - триггер (универсальный) имеет два информационных входа J и К, тактовый вход С и два выхода: прямой и инверсный. Он обладает свойствами всех других, поэтому наиболее широко представлен в современных сериях ИС.

Наряду с информационными и тактовыми входами обычно триггеры имеют входы для установки начального состояния.

7

Например, JKRS - триггер имеет вход S для установки его в единицу и вход R - для установки в ноль. Начальное состояние триггера устанавливается коротким импульсом положительной, если установочный вход прямой и отрицательной полярности, если вход инверсный, причем, как правило, в "паузе" между тактовыми сигналами.

Так что в большинстве триггеров установка начального состояния не зависит от сигнала на тактовом входе, т.е. является асинхронной.

Нередко для расширения функциональных возможностей триггеры снабжаются входной логикой, которая реализуется встроенными логическими элементами. Заметим, К155ТВ1 имеет по три конъюктивно связанных входа J и К.

Многие свойства и особенности триггеров, существенно важные при практическом применении, определяются принципом их построения. По этому признаку все рассматриваемые триггеры принято разделить на одноступенчатые и двухступенчатые. Рассмотрим указанные триггерные структуры на примере RS -триггеров.

О

8

дноступенчатым назван триггер, имеющий одну ступень запоминания информации. Запись в триггер информации, которая находится на входах S, R, начинается сразу после поступления разрешающего сигнала на вход С. Двухступенчатые триггеры имеют две ступени запоминания информации: основную и вспомогательную, каждая из которых представляет собой одноступенчатый RS -триггер. Управляются ступени так, что с приходом тактового импульса информация записывается в первую ступень, а после его снятия переписывается во вторую и появляется на выходах триггера. Таким образом, в двухступенчатых триггерах процесс передачи информации от входов к выходам имеет двухтактный характер. Быстродействие двухступенчатого триггера вдвое ниже по сравнению с одноступенчатым.

По режиму управления различают триггеры со статическим и динамическим управлением. Рассмотренные ранее триггеры имеют статическое управление по тактовому входу, при котором триггер восприимчив к сигналам на информационных входах все время, пока на тактовом входе присутствует единица ( прямой статический вход), либо ноль (инверсный статический вход). Триггеры с динамическим управлением по тактовому входу построены по другим принципам, существенно отличающимися от рассмотренных и основанных, например, на блокировании своих информационных входов после установления нового состояния.

Тактовый сигнал на динамическом входе воспринимается триггером как разрешающий запись информации только при изменении его уровня от нуля к единице ( прямой динамический вход) или от единицы к нулю ( инверсный динамический вход). Другие состояния тактового сигнала триггер воспринимает как отсутствие разрешения на прием информации. Например, триггер с прямым динамическим входом С примет входную информацию только при изменении тактового сигнала от нуля к единице. Информация сразу поступает на вход триггера. Если информационные сигналы изменились в присутствии единицы на входе С, то триггер на это не отреагирует. В подобном случае двухступенчатый триггер, имеющий статическое управление, ведет себя иначе: он изменит записанную в первую ступень информацию, не успев передать ее во вторую. В этом отличие реакции триггеров с динамическим и статическим управлением на одинаковые условия на входах и состоит основной внешний признак режима управления работой триггера.

По функциональным возможностям триггеры с динамическим управлением близки к двухступенчатым триггерам, в частности они также могут быть использованы в счетном режиме.

9

Для иллюстрации рассмотренных положений на рисунке приведены временные диаграммы выходных сигналов D - триггеров, отличающиеся по структуре и режиму управления.

Все триггеры находятся под одинаковым воздействием информационного и тактового сигналов. Приведенные на диаграммах выходные сигналы принадлежат: Q1 С2 - одноступенчатым триггерам с прямым и инверсным статическим тактовым входом соответственно;

10

Q₃, Q4 - двухступенчатым триггерам с прямым и инверсным статическим тактовым входом; Q₅, Q₆ - триггерам с динамическим управлением с прямым и инверсным динамическим тактовым входом.

Из диаграмм следует, что с приходом тактового импульса изменение выходного сигнала наблюдается у одноступенчатых триггеров с прямым входом С ( Qi ), у двухступенчатых триггеров с инверсным входом С ( Q₄ ) и у триггеров с прямым динамическим входом С (Q₅ ). У двуступенчатых триггеров с прямым входом Сиу триггеров с инверсным динамическим входом С состояние изменяется с окончанием тактового импульса.

Внешне реакция триггеров одноступенчатого, и двухступенчатого и триггера с прямым динамическим тактовым входом одинакова, однако взаимозаменяемы в счетчиках и регистрах сдвига только два последних триггера: использовать одноступенчатый триггер в регистре сдвига, например, вместо двухступенчатого нельзя из-за присущего ему однотактного механизма передачи информации со входа на выход.

Существенно отличающимися от рассмотренных свойствами обладает триггер Шмидта. У него один вход и один выход. Триггер состоит из двух инверторов, охваченных обратной связью.

11

Характеристика передачи триггера имеет гистерезис, что обуславливает наличие двух пороговых уровней срабатывания при изменении входного сигнала: при достижении напряжения на входе U_ni триггер скачком переходит в высокоуровневое состояние на выходе, при уменьшении входного напряжения до Um триггер возвращается в исходное состояние. Такой принцип работы триггера определяет область его применения в качестве формирователей прямоугольных импульсов из колебаний произвольной формы, одновибраторов, реле времени и т.п. Выполнять функции элемента памяти триггер Шмитта не может, поэтому применять его в регистрах и счетчиках нельзя. Микросхемы триггеров Шмитта входят в состав ряда серий. В состав серий цифровых ИС обычно входят одноступенчатые RS -, D - или DV - триггеры для применения в регистрах хранения и других узлах в качестве элементов памяти, а также JK - и D - триггеры двухступенчатой структуры или с динамическим управлением для применения в регистрах сдвига, счетчиках и делителях.

Для построения регистров сдвига и счетчиков с последовательным переносом наиболее удобным оказался двухступенчатый D -, DV - триггер, однофазная система записи позволяет уменьшить число соединений и, кроме того, он может быть преобразован в триггер со счетчиком входов путем соединения входа D с инверсным выходом Q. Для построения счетчиков с параллельным переносом удобнее JK -триггера с входной логикой. К тому же Ж - триггер является универсальным в том отношении, что может выполнить функции любого триггера.

Быстродействие триггеров определяет тип базового логического элемента. Наибольшим быстродействием обладают триггеры ЭСЛ серий: 100, К500, К570 и К1500, наибольшая частота переключений которых лежит в диапазоне от 100 до 500 МГц.

12

Меньшим быстродействием характеризуются триггеры ТТЛШ: до 75 МГц ( 530, К531 ), до 15 МГц ( 533, К1533, К555) и другие триггеры ТТЛ: до 30 МГц (130, К131), до 10 МГц (133,К155). Самыми медленными являются триггеры маломощных серий ТТЛ (К134) и КМДП (К176, К561, 564) с частотой переключения не более 1 ... 3 МГц. Триггеры на КМДП - структурах отличает самый низкий уровень энергопотребления.

Конструктивное выполнение интегральных триггеров разнообразно: в одном случае в корпусе ИС размещается один триггер, в другом - несколько триггеров, которые функционально самостоятельны, но связаны по цепям питания. В некоторых ИС триггеры, входящие в их структуру, связаны по тактовым и установочным входам.

13