Триггеры с динамическим управлением.

В триггерах с динамическим управлением (управлением фронтом синхронизирующего сигнала) процессы, связанные с переключением, происходят в течение короткого времени вблизи фронта сигнала на синхронизирующем входе. Синхронизирующий вход, вызывающий переключение триггера при действии положительного сигнала, называется прямым динамическим входом (условное обозначение прямого динамического входа триггера показано на рис. 4.11,а); вход, вызывающий переключение на отрицательном фронте синхронизирующего сигнала, называется инверсным динамическим входом (условное обозначение инверсного динамического входа триггера приведено на рис. 4.11,б).

D-триггер.

Рассмотрим функционирование D-триггера с логическом структурой, приведенной на рис. 4.12,а.

Элементы И-НЕ 1 и 2 составляют простейшую выходную триггерную структуру, состояние которой определяет состояние всего D-триггера. Элементы И-НЕ 3...6 образуют схему, формирующую сигналы Y₁ и Y₂, которые переключают выходную триггерную структуру.

Запишем логические выражения, определяющие коммутирующие сигналы Y₁ и Y₂.

Преобразуем эти выражения, пользуясь правилом де Моргана:

(4.б)

 

(4.7)

Выражения построены таким образом, что переменные левых частей входят в правые части выражений. Такие выражения имеют следующий смысл: если в правые части подставить значения Y₁ и Y₂ для данного момента времени, то логические выражения определяют для этих переменных новые значения, которые установятся в последующие моменты времени.

При С = 0 ( = 1) Y₁ = 1 Y₂ = 0 и, таким образом, на входах выходной триггерной структуры действуют пассивные уровни и в триггерной структуре сохраняется ранее установленное в ней состояние.

рис 4.12

Если на синхронизирующем входе С происходит переход с уровня лог, 0 к уровню лог. 1 (т. е. воздействует фронт положительной полярности), то для определения новых значений Y₁ и Y₂ в правые части выражений (4.6) и (4.7) следует подставить значения этих переменных, соответствующие моменту времени до поступления фронта сигнала на вход С (т. е. значения Y₁ = 1 и У₂ =1). При этом Y₁ = и Y₂ = D.

Эти значения, будучи подставлены в правые части выражений (4.6) и (4.7), приводят к тем же значениям для Y₁ и Y₂. Это подтверждает их устойчивость.

Активная комбинация сигналов D = 0, Y₂ =0, действуя на входе элемента И-НЕ 2, устанавливает на его выходе = 1, на выходе элемента И-НЕ 1 устанавливается Q = 0. Триггер оказывается установленным в состояние 0. При D = 1 и Y₁ = 0 активный уровень лог. 0, действуя на входе элемента И-НЕ 1, устанавливает на его выходе Q = 1. Триггер оказывается в состоянии 1.

Таким образом, при действии на входе С положительного фронта сигнала триггер устанавливается в состояние, соответствующее поданной на вход D информации.

Заметим, что установленные в момент фронта сигнал С уровни Y₁ и Y₂ в дальнейшем в течение всего времени действия сигнала С = 1 остаются неизменными, если даже и изменяется значение на входе D. Действительно, если подставить в правые части выражений (4.6) и (4.7), например, комбинацию значений Y₁ = 1 и Y₂ = 0, то получим

что и подтверждает нечувствительность значений Y₁ и Y₂ к значениям сигнала на входе D после переключения триггера.

Для того чтобы могло произойти новое переключение триггера, необходимо воздействие на входе С нового фронта положительной полярности.

Для представления триггера данного типа в схемах используется условное изображение, показанное на рис. 4.12,б.

Триггеры обычно снабжают дополнительными асинхронными входами R_d (установки в состоянии 0) и S_d (установки о состояние 1), сигналы на которых производят установку триггеров в соответствующее состояние, независимо от значения сигналов на входах D и С.

Цепи асинхронных входов R_d и S_d показаны на рис. 4.12,а штриховыми линиями. Условное обозначение D-триггера с асинхронными входами R_d и S_d приведено на рис. 12,в.

На рис. 4.13 показана схема D-триггера, построенного на элементах ИЛИ-НЕ.

Выражения для логических уровней в точках Y₁ и Y₂ данной схемы имеют следующий вид (без учета входов R_d и S_d):

(4.8)

 

(4.9)

 

рис 4.13	рис 4.14

 

Анализ выражений, подобный приведенному выше применительно к триггеру, построенному на элементах И-НЕ, показывает, что переключение триггера происходит при отрицательном фронте сигнала на входе С. При этом переключающие уровни определяются выражениями Y₁ = и Y₂=D.

На рис. 4.13,б показано условное обозначение данного триггера.

T-триггер.

Рассмотрим работу триггера, схема которого приведена на рис. 4.14,а.

Логические выражения для уровней на управляющих входах Y₁ и Y₂ (построенные без учета показанных штриховой линией цепей установочных входов R_d и S_d):

(4.10)

 

(4.11)

 

При T = l, Y₁ = Y₂ = 0 входная триггерная структура сохраняет ранее установленное о ней состояние.

Найдем для Y₁ и Y₂ выражения, соответствующие действию на входе Т отрицательного фронта сигнала. Подставив в правые части выражений (4.10) и (4.11) значения Y₁ = Y₂= 0, получим

Итак, при Q₀ = 0 У₂ = l и этим уровнем выходная триггерная структура переключается в состояние Q = l; при Q₀ = l Y₁ = 1, этим уровнем выходная триггерная структура переводится в состояние 0. Таким образом, при действии отрицательного фронта сигнала на входе Т-триггер переключается в состояние Q, противоположное состоянию Q₀, в котором он ранее находился. Такое функционирование соответствует таблице состояний Т-триггера (табл. 4.2,г).

Рассмотрим функционирование триггера со стороны установочных входов R_d и S_d. С учетом этих входов логические выражения для Y₁ и Y₂ имеют следующий вид:

(4.12)

 

(4.13)

Для установки триггера в состояние Q = 0 подается сигнал R_d = l. При этом из (4.13) Y₂ = 0; из (4.12) при T = 0

Под действием таких управляющих сигналов Y₁ и Y₂ триггер устанавливается в состояние Q = 0. Заметим, что после того, как будет снят сигнал со входа R_d, остаются неизменными уровни Y₁ и Y₂ и они поддерживают установленное в триггере состояние. Процессы при установке триггера в состояние 1 сигналом на входе S_d анализируются аналогично.

JK-триггep.

Проанализируем работу триггера, схема которого приведена на рис. 4.15. Логические выражения для уровней на управляющих входах Y₁ и Y₂:

(4.14)

 

(4.15)

 

рис 4.15	рис 4.16

 

При C = Q на управляющих входах устанавливаются пассивные уровни Y₁ = 1 и Y₂ = 1, не влияющие на состояние выходной триггерной структуры. При положительном фронте сигнала на входе С уровни Y₁ и Y₂ определяются выражениями, получаемыми из (4.14) и (4.15) при подстановке С = 1, Y₁ = 1, Y₂ = 1:

(4.16)

(4.17)

В табл. 3 приведены комбинации входных сигналов J, К и текущего состояния триггера Q₀, действующих в момент, непосредственно предшествующей моменту поступления положительного фронта на вход С, а также значения Y₁, Y₂ и состояния триггера Q для ближайшего момента после фронта сигнала на входе С. Как видно из таблицы, действие сигналов J и К на состояние триггера соответствует таблице состояний JK-триггера (табл. 4.2б).

Отметим следующую особенность в работе рассматриваемого триггера. Изменение сигналов на входах J и К, происходящее после положительного фронта сигнала на входе С, может привести к изменению состояния триггера. Как видно из выражений (4.14) и (4.15), после действия положительного фронта сигнала на входе С изменение сигналов J или K с уровня лог. 0 к уровню лог. 1 окажет такое же действие, как в случае, если бы этот уровень лог. 1 был установлен на соответствующем входе J или К перед появлением фронта на входе С. Действительно, пусть перед поступлением фронта сигнала на входе С на информационных входах J = 0, K = 0 и состояние триггера Q₀ = 0. Очевидно, после действия фронта состояние триггера не изменится, но если затем значение на входе J изменится и станет J = l, то в соответствии с выражением (4.14) на управляющем входе Y₁, установится уровень Y_l = 0 и триггер переключится в состояние Q = l. Эту особенность работы рассматриваемого триггера следует учитывать при построении цифровых устройств.

На рис. 16 приведена другая схема JK-триггера, лишенная этого недостатка. Проанализируем работу триггера, построенного по этой схеме.

Таблица 4.3
J	K	Q0	Y1	Y2	Q
0	0	0	1	1	0
0	0	1	1	1	1
0	1	0	1	1	0
0	1	1	1	0	0
1	0	0	0	1	1
1	0	1	1	1	1
1	1	0	0	1	1
1	1	1	1	0	0

 

Таблица 4.4
J	K	Q0	Y1	Y2	Q
0	0	0	1	0	0
0	0	1	0	1	1
0	1	0	1	0	0
0	1	1	1	0	0
1	0	0	0	1	1
1	0	1	0	1	1
1	1	0	0	1	1
1	1	1	1	0	0

Уровни Y₁ и Y₂ здесь определяются следующими выражениями:

(4.18)

 

(4.19)

При С = 1, Y₁ = 0, Y₂ = 0.

Подставляя значения Y₁ = Y₂ = 0 в выражения (4.18) и (4.19), получаем для момента отрицательного фронта сигнала на входе С:

(4.20)

 

(4.21)

Пользуясь этими выражениями, можно построить таблицу состояний триггера после действия фронта сигнала на входе С, (табл. 4.4). Отсюда следует, что функционирование триггера подчинено таблице переходов JK-триггера (табл. 4.2.б).

Из табл. 4 видно, что значения Y₁, Y₂, Q встречаются в двух комбинациях: Y₁ = 1; Y₂ = 0; Q = 0 и Y₁ = 0; Y₂ = 1; Q = 1. Если первую из этих комбинаций значений подставить в (4.18) и (4.19), то получим

т.е, комбинация Y₁ = 1; Y₂ = 0 является устойчивой, и после действия на входе С отрицательного фронта сигнала никакие изменения значений на входах J и К не могут изменить значений управляющих сигналов Y₁ и Y₂. Следовательно, триггер оказывается нечувствительным к изменению сигналов на входах J и К после действия отрицательного фронта сигнала на входе С.

Подстановка второй комбинации значений Y₁, Y₂, Q в (4.18) и (4.19) приводит к

Таким образом, и в этом состоянии триггер нечувствителен к изменению сигналов J и К после действия на входе С отрицательного фронта сигнала

6