Лабораторная работа №4

Изучение комбинационных цифровых устройств. Триггеры,

шифраторы, преобразователи кодов.

Цель работы — Изучение комбинационных цифровых устройств - триггеров, шифраторов, дешифраторов и преобразователей кодов. Составление таблиц истинности и их построение на основе простых логических функций.

Приборы и оборудование - персональный компьютер, пакет программ САПР.

Краткие теоретические сведения.

4.1 Триггеры

Триггер (триггерная система) один из базовых (основных) элементов

цифровой техники. Под триггером будем понимать, устройство последовательного типа с двумя устойчивыми состояниями равновесия, предназначенное для записи и хранения информации. Под действием входных сигналов триггер может переключаться из одного устойчивого состояния в другое. При этом напряжение на его выходе скачкообразно изменяется.

Отличительной особенностью триггера как функционального устройства является свойство запоминания двоичной информации. Под памятью триггера подразумевают способность оставаться в одном из двух состояний и после прекращения действия переключающего сигнала. Приняв одно из состояний за «1». а другое за «О», можно считать, что триггер хранит (помнит) один разряд числа, записанного в двоичном коде. При двух последовательных переключениях триггера на выходе формируется один импульс, т.е. триггер можно использовать как делитель частоты переключающих сигналов с коэффициентом, равным двум.

При изготовлении триггеров применяются преимущественно полупроводниковые приборы (обычно биполярные и полевые транзисторы), в прошлом электромагнитные реле, электронные лампы. В настоящее время логические схемы, в том числе с использованием триггеров, создают в интегрированных средах разработки под различные программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС). Используются, в основном, в вычислительной технике для организации компонентов вычислительных систем: регистров, счётчиков, процессоров, памяти.

Триггеры можно разделить на две группы: не тактируемые и тактируемые. Не тактируемый (асинхронный) триггер может менять свое состояние переключающими сиг­налами в любое время. Тактируемый (синхронный) триггер переключается синхронно с поступлением специального тактирующего импульса. Структурная схема представлена на рисунке 4.1.

По способу представления выходной информации триггеры подразделяются на две большие группы -- динамические и статические.

Динамический триггер представляет собой систему, одно из состояний которой (единичное) характеризуется наличием на выходе непрерывной последовательности импульсов определённой частоты, а другое отсутствием выходных импульсов (нулевое). Смена состояний производится внешними (тактовыми) импульсами.

К статическим триггерам относят устройства, каждое состояние которых характеризуется неизменными уровнями выходного напряжения (выходными потенциалами): высоким близким к напряжению питания и низким около нуля.

Статические триггеры по способу представления выходной информации часто называют потенциальными.

Триггеры

Тактируемые

Не тактируемые

RSC - триггер

RC - триггер

D - триггер

Асинхронный Т - триггер

Синхронный Т - триггер

J К - триггер

Рисунок 4.1 классификация триггеров.

4.1.1 Не тактируемые триггеры.

RS-триггер, или SR-триггер — триггер, который сохраняет своё предыдущее состояние при нулевых входах и меняет своё выходное состояние при подаче на один из его входов единицы. Структурная схема представлена на рисунке 4.2.

Q

Q

_т

а) б) в)

Рисунок 4.2 структурная схемы RS триггеров, (а - асинхронный RS триггер на элементах 2И-НЕ, б асинхронный RS-триггер на логических элементах 2ИЛИ-НЕ, в условное графическое обозначение асинхронного

RS-триггера)

При подаче единицы на вход S (от англ. Set — установить) выходное состояние становится равным логической единице. А при подаче единицы на вход R (от англ. Reset- сбросить) выходное состояние становится равным логическому нулю. Состояние, при котором на оба входа R и S одновременно поданы логические единицы, в некоторых случаях является запрещённым, при такой комбинации RS-триггер переходит в третье состояние QQ^-OO. Одновременное снятие двух «1» практически невозможно. При снятии одной из «1» RS-триггер переходит в состояние, определяемое оставшейся «1». Таким образом RS-триггер имеет три состояния, из которых два устойчивых (при снятии сигналов управления RS-триггер остаётся в установленном состоянии) и одно неустойчивое (при снятии сигналов управления RS-триггер не остаётся в установленном состоянии, а переходит в одно из двух устойчивых состояний). Таблица истинности RS -триггера приведена ниже.

s	R	Q(t)	Q(t)	Q(t + 1)	Q(t + D
0	0	0	1	0	1
0	0	1	0	1	0
0 0	1 1	0 1	1 0	0 "o	1 г
1	0	0	1	1	0
1	0	1	0	1	0
1	1	0	1	0	0
1	1	1	0	0	0

Т-триггер - это счетный триггер. Т-триггер имеет один вход (вспомогательные входы принудительной установки "О'" и "Г' не рассматриваются), куда подают счетные импульсы. После подачи каждого импульса состояние Т-триггера меняется на обратное (инверсное) предыдущему состоянию. Условное графическое обозначение Т-триггера представлена на рисунке 4.3.

ТТ

Q

TTQ

Т

Q

>^к

_т

_Т

Q

или

Рисунок 4.3 - условное графическое обозначение Т - триггера.

Т-триггеры строятся только на базе двухступенчатых триггеров, подобных рассмотренному D-триггеру. То. что триггер работает по фронту, отображается на условно-графическом обозначении треугольником, изображённым на выводе входа синхронизации. То, что внутри этого триггера находится два триггера, отображается в среднем поле условно-графического изображения двойной буквой Т.

Использование двух триггеров позволяет избежать самовозбуждения схемы, так как счетные триггеры строятся при помощи схем с обратной связью. Иногда при изображении динамического входа указывают, по какому фронту триггер (или триггеры) изменяет своё состояние. В этом случае используется обозначение входа, как это показано на рисунке 4.4.

N

б

Рисунок 4.4. Обозначение динамических входов На рисунке 4.4 а обозначен динамический вход, работающий по переднему

(нарастающему) фронту сигнала. На рисунке 4.4 б обозначен динамический вход,

работающий по заднему (спадающему) фронту сигнала.

Рассмотрим пример синтеза Т-триггера из динамического D-триггера. Для того

чтобы превратить D-тригцер в счётный, необходимо ввести цепь обратной связи с

инверсного выхода этого триггера на вход, как показано на рисунке 4.5.

D

TTQ —

>"

Q

_т

Рисунок 4.5. Схема Т-триггера. построенная на основе D-триггера.

Временная диаграмма Т-триггера приведена на рисунке 4.6. При построении этой временной диаграммы был использован триггер, работающий по заднему фронту синхронизирующего сигнала.

I^е

Q		i		1		1		1	t
|Q		г —	г --г— 1 1				г --		t

t

Рисунок 4.6. Временные диаграммы Т-триггера. Т-триггеры используются при построении схем различных счётчиков, поэтому в составе БИС различного назначения обычно есть готовые модули этих триггеров. Т-триггер часто применяют для понижения частоты в 2 раза, при этом на Т вход подают единицу, а на С сигнал с частотой, которая будет поделена на 2.