Функциональные свойства и реализация триггеров

· RS-триггеры.

RS-триггер получил свое название от английских обозначений своих ин­формационных входов. Один вход называется входом установки S (set), а другой входом сброса R (reset). При подаче сигнала на вход установки S триггер переходит в состояние «1» (выход ). При наличии сигнала на входе сброса R, триггер устанавливается в состояние «0».При отсутствии сигналов на информационных входах триггер сохраняет свое предыдущее состояние.

Простейший RS-триггер может быть построен на логических эле­ментах, за счет введения обратных связей. Именно введение обратных свя­зей, позво­ляет «удерживать» сигнал на выходе устройства после оконча­ния воздей­ствия входного сигнала, т.е. придает устройству способность запоминать. Реализация нетактируемого RS-триггера на элементах И - НЕ и времен­ная диаграмма его работы показаны на рис. 6.

					t
					t
					t
					t

Рисунок 6

Ниже представлена реализация нетактируемого RS-триггера на элементах

					t
					t
					t
					t

Рисунок 7

ИЛИ-НЕ, временная диаграмма его работы и условное обозначение при­ведены на рис. 7.

Каждая реализация представляют собой два элемента соответст­вующего типа замкнутые в кольцо. Если отсутствуют внешние воздейст­вия, та на выходе одного элемента устанавливается логический уровень «1», а на выходе второго – уровень «0». Опрокидывание триггера на эле­ментах И-НЕ производится уровнем «0», поступающем на какой либо вход, Триггер на элементах ИЛИ-НЕ опрокидывается при воздействии уровня «1». Таблица истинности для триггера на элементах И-НЕ сле­дующая.

R	S
		?	?

В таблице исходное (предыдущее) состояние триггера обозначено как , а новое как , символ «?» указывает на то, что состояние триггера не мо­жет быть определено. Временная диаграмма работы этого триггера при­ведена на рис. 3. Отметим, что данный триггер изменяет свое состояние при логическом «0» на одном из своих входах. Для того чтобы подчерк­нуть этот факт, входы такого триггера называют инверсными. В дальней­шем будем рассматривать триггеры, построенные на элементах

И-НЕ.

Тактируемый RS-триггер, получается из нетактируемого введением дополнительных элементов, которые разрешают прохождение тактового входного импульсного сигнала C (clock), на тот или иной вход исходного нетактируемого триггера. Схема такого триггера и его временная диа­грамма и условное обозначение показаны на рис. 8.

							t
								t
							t
					t
					t

Рисунок 8

Таблица истинности следующая.

R	S	C
			?	?

На тактовый вход C постоянно подается уровень «0», поэтому на выхо­дах двух входных ключей И-НЕ присутствуют уровни «1», поступаю­щие на входы элементарного триггера. Таким образом, независимо от сигна­лов на входах S и R триггер находится в режиме хранения информа­ции. Если на вход C кратковременно подать уровень «1», то элементар­ный триггер установится в состояние, зависящее от сигналов на входах S и R. Состояние триггера при наличии на обоих входах S и R логической «1» единицы не определено. Это ограничение логично, т.к. бессмысленно требовать от триггера одновременного сброса и установки. Рассмотрен­ный триггер тактируется уровнем, т.е. он изменяет состояние и переходит в режим хранения в зависимости уровня тактового сигнала. Отметим, что данный триггер изменяет свое состояние при наличии логической «1» на каком либо информационном входе. Поэтому информационные входы та­кого триггера называют прямыми.

· D-триггеры.

D-триггер или триггер задержки (delay) устанавливается в состояние, со­ответствующее логическому уровню на информационном входе D, если есть разрешающий сигнал на тактовом входе C. Таким образом, все D-триггеры являются тактируемыми. D-триггер описывается следующим со­отношением между входом и выходом . Индексы и подчеркивают, что выходной сигнал изменяется не сразу после изме­нения входного сигнала , а только с приходом тактового сигнала.

Тактируемый уровнем D-триггер, временная диаграмма его работы и обозначение показаны на рис. 9. Он построен на базе тактируемого уров­нем RS-триггера. При этом вход D подключается напрямую к входу S, а на вход R он же подается через дополнительный инвертор. Вход C исходного триггера остается тактовым входом реализуемого D-триггера. При таком включении сигналы на входах S и R базового триггера оказываются вза­имно инвертированными и, следовательно, исключается возможность

t

t

t

t

Рисунок 9

возникновения запрещенного состояния, а вместо двух информационных входов S и R образуется один – D, уровень которого и определяет сле­дующее состояние триггера.

Тактируемый фронтом D-триггер строится по двухступенчатой схеме. Построение тактируемого импульсом триггера по такой схеме, а не при помощи введения обратных связей, обусловлено тем, что сигнал об­ратной связи может измениться до окончания тактирующего импульса. Поэтому может произойти дополнительное, незапланированное переклю­чение триггера. Двухступенчатая схема называется master-slave (хозяин – раб), подчеркивая тем самым то, что триггер состоит из двух частей. Одна часть ведущая (master), как бы заставляет другую ведомую (slave) повто­рять свои действия.

Схема тактируемого фронтом D-триггера приведена на рис. 10. Она состоит из двух тактируемых потенциалом D-триггеров. Вход D второго (slave) триггера подключен к выходу Q первого (master) триггера. Такто­вый вход схемы подключается прямо к тактовому входу первого триггера

Рисунок 10

и инверсно к тактовому входу второго.

Исходно на тактовом входе ведущего триггера присутствует уровень логического «0», а на тактовом входе ведомого – уровень логической «1». При этом ведущий триггер находится в режиме хранения предыдущего со­стояния, а ведомый в режиме записи приложенного к его входу D сигнала с выхода ведущего, т.е. он также находится в предыдущем состоянии. При приходе тактового импульса - на входе C ведущего оказывается уро-

t

t

t

t

t

Рисунок 11

вень «1», а на входе C ведомого – уровень «0». Тогда ведомый переходит в

режим хранения и его состояние не изменяется, а ведущий опрокидыва­ется в состояние, соответствующее уровню на своем входе D. Когда такто­вый импульс заканчивается и становится логическим нулем, ведущий опять переходит в режим хранения уже измененного состояния, а ведущий в режим его записи. В этом состоянии триггер находится до прихода сле­дующего тактового импульса. Таким образом, можно считать, что измене­ние состояния всего двухступенчатого триггера происходит по заднему фронту тактового импульса. Временная диаграмма работы тактируемого задним фронтом D-триггера показана на рис. 11.

Отметим, что аналогичным образом можно сконструировать и RS- триггер, тактируемый фронтом. Только в качестве ведущего и ведомого элементов используются тактируемые уровнем RS-триггеры. Схема триг­гера показана на рис. 12.

Рисунок 12

· T-триггеры.

Т-триггер или счетный триггер характеризуется отсутствием информаци­онных входов и наличием только тактового входа. По каждому тактовому импульсу он устанавливается в состояние противоположное тому, в кото­ром находился до его прихода. T-триггер описывается следующим выра­жением, связывающим его текущее и предыдущее состояния .

В схеме на рис. 13, инверсный выход тактируемого фронтом D-триг­гера соединен с его же информационным входом . Поэтому после первого тактового импульса триггер переходит из состояния в состоя­ние . После второго импульс триггер возвращается в исходное состоя­ние. Этот процесс происходит и дальше при поступлении следующих так­товых импульсов.

Рисунок 13

Иными словами в ответ на два импульса на входе появляется один импульс на выходе (рис. 13). Если тактовые импульсы являются периоди­ческими с частотой повторения , то на выходе также имеем периодиче­ские импульсы, но с частотой повторения . Поэтому счетный триг­гер можно рассматривать как делитель частоты с коэффициентом де­ления 2. Такой режим работы триггера, как и образовавшийся при этом вход на­зывают счетным. Счетный триггер можно получить, используя и другие триггеры.

Рисунок 14

На рис. 14 показан счетный триггер на базе тактируемого фронтом RS-триггера. В нем выход соединен с входом S, а выход - с входом R.

Вход С, при этом, становится счетным.

· JK-триггеры.

JK-триггер это наиболее универсальный триггер, из всех рассмотренных выше. Он имеет, как счетный вход, так и информационные входы, управ­ляющие счетным. Аббревиатура JK, используемая для обозначения ин­формационных входов происходит от английских слов Jump – прыжок и Keep – держать.

Структура JK-триггера (рис. 15) напоминает счетный триггер на базе тактируемого фронтом RS-триггера. Однако обратные связи заводятся на входы S и R через дополнительные двухвходовые схемы И. На другие входы этих схем И подаются информационные сигналы J и K.

Рисунок 15

Если J=1 и K=1, то триггер полностью эквивалентен схеме на рис. 15 и ра­ботает как счетный. В противном случае он работает как тактируемый фронтом триггер с установочными входами. Таблица истинности JK-триггера приведена ниже.

J	K

Глава 3. Основные компоненты компьютера

Дата добавления: 2014-11-29