2. Складні схеми логічних висловів

Логічні елементи “НЕ”, “ЧИ”, “İ” реалізують лише один логічний вислів (одну логічну функцію). З цих елементів будують схеми цифрових пристроїв, які реалізують будь-які логічні рівняння. Схеми “НЕ”, “ЧИ”, “İ” називають повною системою елементів. На базі цих логічних елементів будують базові елементи “ İ - НЕ”, “ЧИ - НЕ”, які промисловість випускає в інтегральному виконанні.

Елемент “ЧИ - НЕ” (елемент Пірса) на першому етапі виконує операцію “ЧИ”, а потім результат інвертується (операція “НЕ”). Напруга на виході цього елемента з’являється лише тоді, коли на жоден з входів не поданий сигнал логічної одиниці “1” (табл. 1), або коли хоч би на одному вході є сигнал “0”. Графічне зображення цього елемента показане на

рис. 2 г. Логічне рівняння, яке реалізується цим елементом, записують у такому вигляді

(4)

Елемент “İ - НЕ” (елемент Шеффера) також складається з двох і на першому етапі роботи виконує кон’юкцію вхідних сигналів, а потім інвертує сигнал. Рівняння цього логічного вислову записується так

(5)

В табл. 1 наведені значення функції у для комбінацій значень двох аргументів х₁ і х₂. Графічне зображення елемента, що реалізує цю функцію, показане на рис. 2 д.

2. Інтегральні тригери

Результат логічної операції в більшості випадків необхідно зберігати протягом певного часу. З цією метою використовують функціональні елементи, які називаються тригерами. На базі простих елементів – тригерів будують складніші – регістри, лічильники тощо.

Здатність тригера запам’ятовувати двійкову інформацію (“ 1 ” і “0”) обумовлена тим, що крім зовнішніх сигналів його стан визначають й сигнали зворотного зв’язку самого тригера.

У загальному випадку тригер можна розглядати як пристрій, що має кілька керуючих входів і два виходи. Виходи тригера позначають і . Їх називають відповідно прямий та інверсний. На входи тригерів подають інформаційні сигнали, які треба запам’ятати, і керуючі сигнали – після яких тригер здійснює операцію запам’ятовування.

За функційними ознаками інтегральні тригери поділяють на типи: R-S, D, T, J-K. За способом керування тригери поділяють на асинхронні (нетактуючі) і синхронні (тактуючі). У нетактуючих тригерах перехід у новий стан спричиняється змінами комбінацій інформаційних вхідних сигналів. У тактуючих такий перехід відбувається тільки після подання спеціальних сигналів керування, які називають тактовими або синхронізуючими. Спеціальний вхід, на який подають цей сигнал, позначають літерою С.

2. R-S – тригери

Тригер R-S має два керуючі входи: вхід S встановлення в одиничний стан ( від латинського SET – встановити) і вхід R встановлення в нульовий стан (від латинського RESET – скинути).

Залежно від способу керування R-S – тригери можуть бути тактуючими і асинхронними. Асинхронні R-S – тригери найпростіші і широко застосовуються в імпульсній техніці. Для побудови таких тригерів використовують два двовходові логічні елементи типу “ İ - НЕ” або “ЧИ – НЕ” (рис. 3). На рис. 3 а зображене умовне позначення R-S – тригера, а на рис. 3 б – будова тригера на основі елементів “ЧИ - НЕ”.

а б в г

Рис. 3. Зображення асинхронного R-S – тригера (а), його структурна схема на логічних елементах “ ЧИ - НЕ” (б), таблиця переходів (в) і часова діаграма (г)

Режим роботи легко пояснюється таблицею переходів (рис. 3 в) і часовими діаграмами (рис. 3 г). Момент часу tⁱ та tⁱ⁺¹ відповідають часові до і після спрацювання тригера, ⁱ та ⁱ⁺¹ – стан на виході до і після спрацювання тригера. Якщо схему тригера під’єднати до джерела, то на його прямому виході довільно встановлюється один з двох стійких станів. Нехай у початковий момент часу тригер перебуває у нульовому стані, а напруга на його входах відповідає логічному “0”. Якщо на вхід S підійде напруга, яка дорівнює логічній “1”, то тригер перейде в одиничний стан. Тоді кажуть, що тригер запам’ятав “1”. В такому стані повторне надходження будь-якого сигналу на вхід S не змінить стану тригера, якщо на R-вході напруга відповідає логічному нулю. Для зміни стану тригера необхідно на вхід R подати напругу, що дорівнює логічній “1”. У цьому випадку в тригер буде записано “0”.

Одночасне подання “0” на два входи не змінює стану тригера. Одночасне подання двох логічних одиниць на обидва входи заборонене, оскільки тригер за таких умов буде знаходитись у невизначеному стані.

Поряд з розглянутим R-S – тригером дуже поширеними є синхронні

R-S – тригери, в яких є додатковий тактуючий вхід С (рис. 4). Записування “1” чи “0” здійснюється лише під час надходження на вхід С напруги, яка дорівнює значенню логічної “1”. Цей імпульс називається синхронізуючим або тактуючим.

Рис. 4. Тактуючий R-S – тригер

2. D – тригер

Назва ’’D – тригер’’ походить від англійської delay – затримка. Умовне

позначення і таблиця переходів D – тригера наведені на рис. 5. У технічній літературі цей тригер називають тригером затримки. Він має один інформаційний вхід D. Стан на виході тригера відповідає станові на вході, але під час роботи виникає затримка вихідного сигналу на один такт.

а б

Рис. 5. Умовне позначення (а) і таблиця переходів (б) D – тригера

Найширше застосовуються синхронні D – тригери, які виконують на логічних елементах “ İ - НЕ” (рис. 6). Інформаційний вхід позначений літерою D, а синхронізуючий - літерою С. Часові діаграми його роботи показані на рис. 6 в. Сигнал на виході повторює вхідний сигнал, який був на вході в момент появи логічної “1” на тактовому вході С і утримується до появи нового тактуючого імпульсу. Якщо тактуючого сигналу не буде, то незалежно від значення напруги на D – вході тригер зберігає свій останній встановлений стан.

а б в

Рис. 6. Умовне позначення (а), схема на логічних “ İ - НЕ” елементах (б) та часові діаграми роботи (в) тактового D – тригера