Лекція 7. Проектування тригерів на потенціальних елементах

РОЗДІЛ 3. СХЕМОТЕХНІКА ФУНКЦІОНАЛЬНИХ ВУЗЛІВ

Більшість цифрових пристроїв поєднують функції перероблення та збереження інформації. В арифметичних і логічних пристроях для збереження інформації та побудови регістрів, лічильників, суматорів, найчастіше використовують тригери.

Тригером називають пристрій, побудований на логічних елементах, який має два стійкі стани [3].

Тригерний пристрій (тригер) складається з бістабільноі схеми, яку часто називають запам'ятовувальним елементом (ЗЕ), та схеми управління (див. рис. 3.1). На рис. 3.1 використовуються такі позначення:

СУ - схема управління тригера;

Х₁, …, X_n – інформаційні входи;

С₁,..., С_m, - тактові входи (входи синхронізації);

Q - прямий вихід тригера;

Q - інверсний вихід тригера;

F₁ , F₂ – функції збудження бістабільної схеми (ЗЕ).

Зворотні зв'язки, показані пунктиром, можуть бути відсутні.

Рисунок 3.1 – Узагальнена структура тригера

Функціональне призначення тригера характеризують таблицею переходів тригера, яка реалізує функцію Q(t+1) = l(Q(t), X(t)), де l - функція переходів тригера, Q(t) - значення вихідного сигналу в момент часу t, Q(t+l) - значення вихідного сигналу в наступний момент часу; X(t) - значення вхідних сигналів тригера в момент часу t.

З функціональної точки зору розрізняють RS-, R-, S-, Е-, D-, T-, JK-, DV- тригери (таблиці переходів 3.1-3.8) та інші [4].

Аналізуючи таблицю переходів, наприклад, RS-тригера, слід зробити висновок, що тригер не змінює свого стану у момент часу t+1 Q(t+l) =Q(t), якщо у момент часу t на входи S та R подати сигнали S(t)=0, R(t)=0. При дії сигналів S(t)=0, R(t)=l тригер у момент часу t+1 переходить у нульовий стан (Q(t+l) =0), а при S(t)=1, R(t)=0 – у стан ‘1’ (Q(t+l) =1). При S(t)=l, R(t)=1 стан тригера не визначено (Q(t+l) = -). Така комбінація сигналів для RS-тригера є забороненою.

За аналогією можна проаналізувати роботу інших видів тригерів, користуючись відповідними таблицями переходів.

Таблиця 3.3 – Таблиця переходів S-тригера  

Таблиця 3.2 – Таблиця переходів R-тригера  

Таблиця 3.1 – Таблиця переходів RS-тригера  

S(t)	R(t)	Q(t+l)		S(t)	R(t)	Q(t+l)		S(t)	R(t)	Q(t+l)
		Q(t)				Q(t)				Q(t)
		-

Таблиця 3.6 – Таблиця переходів DV-тригера  

Таблиця 3.5 – Таблиця переходів JK-тригера  

Таблиця 3.4 – Таблиця переходів Е-тригера  

S(t)	R(t)	Q(t+l)		S(t)	R(t)	Q(t+l)		S(t)	R(t)	Q(t+l)
		Q(t)				Q(t)				Q(t)
										Q(t)
		Q(t)				Q(t)

Таблиця 3.8 – Таблиця переходів D-тригера  

Таблиця 3.7 – Таблиця переходів T-тригера  

T(t)	Q(t+l)		D(t)	Q(t+l)
	Q(t)
	Q(t)

Класифікація тригерів за способом запису інформації характеризує хід процесу перемикання тригера. Перш за все тригери поділяють на синхронні та асинхронні [6].

Асинхронні тригери не мають тактового входу, тому запис інформації в такі тригера здійснюється безпосередньо надходженням інформаційних сигналів.

Синхронні тригери мають тактові входи.

Розрізняють синхронні тригери, керовані рівнем тактового сигналу, та перепадом сигналу.

Тригери, керовані перепадом тактового сигналу, називають тригерами з внутрішньою затримкою.

Синхронні тригери, керовані рівнем тактового сигналу, перемикаються відповідно до таблиці переходів тригера, якщо на синхровході має місце активний рівень тактового сигналу. Недоліком таких тригерів є те, що протягом дії активного рівня тактового сигналу тригер може перемикати­ся стільки разів, скільки разів змінюються інформаційні сигнали.

Тригери з внутрішньою затримкою позбавлені такого недоліку, оскільки переходять у новий стан тільки у момент перепаду (переходу з ‘0’ в ‘1’ або з ‘1’ в ‘0’) тактового сигналу. Якщо тригер змінює свій стан при переході тактового сигналу з ‘0’ в ‘1’, то вважають що тригер спрацьовує за пе­реднім фронтом тактового сигналу, а при переході тактового сигналу з ‘1’ в ‘0’ - за заднім фронтом. У схемах тригерів з внутрішньою затримкою змі­на інформаційних сигналів при встановленому рівні тактового сигналу (наприклад, стала '1' або сталий '0' тактового сигналу) не може викликати перехід тригера у новий стан. При цьому, звичайно, можуть викликатись перемикання деяких логічних елементів схеми, однак на стан тригера це не впливає.

Розглянемо структуру ЗЕ (бістабільної схеми).

Розрізняють бістабільну схему на елементах І-НЕ (див. рис. 3.2) та на елементах АБО-НЕ (див. рис. 3.3).

Рисунок 3.2 – Бістабільна схема (ЗЕ) Рисунок 3.3 – Бістабільна схема (ЗЕ)

на елементах І-НЕ на елементах АБО-НЕ

Якщо бістабільна схема на елементах І-НЕ у момент часу t перебуває у стані ‘0’ (на виході Q–‘0’, на виході Q–‘1’), а у наступний (t+1) мо­мент вона повинна зберегти свій стан (Q(t+1) = Q(t) =0), то на вхід F₁ необ­хідно подати 1 (див. табл. 3.9), а на F₂ будь-яке значення (*). Для переходу схеми з ‘0’ в ‘1’ (Q(t+1) =1) на вхід F₁ необхідно подати ‘0’, а на F₂ – ‘1’, Якщо схема перебуває в ‘1’ (Q(t) =1), то для переходу її у стан ‘0’ (Q(t+1) = 0) на вхід F₁ має бути подано сигнал ‘1’, на вхід F₂ - сигнал ‘0’, а для переходу її у стан ‘1’ необхідно, щоб F₁ = *, F₂ =1.

Аналогічним чином можна дослідити роботу бістабільної схеми (ЗЕ) не елементах АБО-НЕ (див. табл. 3.10).

Таблиця 3.9 – Таблиця функцій збуд­ження бістабільної схе­ми на елементах І-НЕ

Q(t)	Q(t+l)	F1	F2
			*
		*

Таблиця 3.10 – Таблиця функцій збуд­ження бістабільної схе­ми на елементах АБО-НЕ

Q(t)	Q(t+l)	F1	F2
		*
			*

Одним із способів побудови синхронних тригерів, керованих перепадом тактового сигналу, є схема трьох тригерів.

Тригерний пристрій, побудований на елементах І-НЕ за схемою трьох тригерів, зображений на рис. 3.4. Такий тригер встановлюєтьєя у новий стан при переході тактового сигналу з ‘0’ в ‘1’. Структура на рис. 3.4 може бути побудована і на елементах АБО-НЕ. В цьому випадку тригер змінює свій стан при переході тактового сигналу з ‘1’ в ‘0’.

Рисунок 3.4 – Будова тригера за схемою трьох тригерів на елементах І-НЕ

Розглянемо методику проектування тригерів [7].

Спочатку беруть таблицю переходів заданого типу тригера і таблицю функцій збудження заданої бістабіль­ної схеми. Користуючись таблицею переходів, будують повну таблицю переходів тригера. Далі, користуючись таблицею функцій збудження, заповнюють у повній таблиці переходів значення для F₁, F₂. Мінімізувавши функції F₁, F₂ з повної таблиці переходів будують схему управління тригера.

Припустимо, що необхідно спроектувати син­хронний Т-тригер на елементах І-НЕ за схемою трьох тригерів.

Побудуємо повну таблицю переходів синхронного T-тригера (див. табл. 3.11). При С=0 тригер не змінює свого стану, тому Q(t+l)=Q(t). При С=1 тригер має функціонувати за таблицею переходів T-тригера. Тому, ана­лізуючи значення T(t) у кожному рядку таблиці 3.11, заповнюємо стовпець Q(t+1), керуючись таблицею переходів T- тригера (табл. 3.7).

Таблиця 3.11 – Повна таблиця переходів синхронного Т-тригера

C(t)	T(t)	Q(t)	Q(t+l)	F1	F2
					*
				*
					*
				*
					*
				*

У повній таблиці переходів тригера, аналізуючи переходи Q(t) ® Q(t+1) і беручи до уваги таблицю функцій збудження бістабільної схеми на елементах І-НЕ (табл. 3.9), заповнюємо стовпці F₁ та F₂.

Далі за допомогою діаграм Вейча (див. рис. 3.5) мінімізуємо функції F₁ та F₂ та визначаємо для них формули (3.1) та (3.2) відповідно:

(3.1)

(3.2)

а) б)

Рисунок 3.5 – Діаграми Вейча: а) – функції F₁; б) – функції F₂

Для побудови схеми необхідно взяти схему з рисунка 3.4, замінивши в ній СУ на комбінаційну схему, яка описується щойно одержаними рівняння­ми. У підсумку одержимо схему на рисунку 3.6, де коса лінія на вході С умов­ного графічного позначення показує, що перемикання тригера здійснює­ться за переднім фронтом тактового сигналу.

б)

а)

Рисунок 3.6 – Синхронний Т-тригер на елементах І-НЕ, виконаний за схемою трьох тригерів: а) - функціональна схема; б) - умовне графічне позначення.

Дата добавления: 2014-01-04