03-Триггеры (Методические указания для лабораторных работ)

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ имени Н.Э.БАУМАНА

Кафедра РК-10

Б.Б.Михайлов, О.И.Елисеева

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ №3

«Исследование интегральных триггеров»

по курсу «Элементы электроники и микропроцессорной

техники РТС»

Москва

2007г.

1. Цель работы: ознакомление с принципом действия и построения интегральных триггеров.

2. Разновидности интегральных триггеров.

2.I Общие сведения.

Триггерами называют электронные схемы, имеющие два устойчивых состояния, которые они принимают под воздействием входных сигналов. Как правило, триггеры имеют два выхода Q и Q. Состояние триггера определяет потенциал Q. Благодаря тому, что триггеры могут сохранять неизменным состояние Q = 0 или Q = 1, они являются элементами памяти. Свое название триггеры получили от английского слова "trigger" - спусковой крючок, защелка.

Функциональная классификация триггеров базируется на виде связи между входными и выходными сигналами, определяемой таблицей состоянии или характеристическим уравнением триггера. В отличие от комбинационных схем триггеры относятся к так называемым пoследовательностным схемам, выходные сигналы которых зависят не только от сигналов, приложенных к их входам в данный момент времени, но и от сигналов, действовавших на них в предыдущие моменты времени. Поэтому в таблице состояний указывают значение выходного сигнала Q^t+1 в момент времени t+1 в зависимости от значений входных сигналов и состояния триггера в момент времени t. Основу функциональной классификации составляет так называемые RS, RSC, T, TV, D и JK триггеры, у которых буквами R, S, С, Т, V, D, J и К обозначаются соответствующие входы.

По способу записи информации различают асинхронные и синхронные тактируемые триггеры. Запись информации в асинхронные триггеры происходит непосредственно с поступлением соответствующих сигналов, а в синхронные - только при наличии синхроимпульса (от английского слова clock - время). Триггеры, тактируемые уровнем, могут переключаться управляющими сигналами в течение всего времени действия синхроимпульса. Триггеры, тактируемые фронтом, переключаются только в момент действия положительного или отрицательного фронта синхроимпульса. В этом случае вход, на который поступают синхроимпульсы, называют динамическим. В отличие от статического, динамический вход обозначают треугольником.

Основными параметрами, характеризующими работу и быстродействие триггеров, являются их нагрузочная способность, минимальная длительность входного импульса t_имп, время переключения t_п^0,1 и t_п^1,0 из состояния Q=0 в 1 и наоборот и максимальная рабочая частота f_max

2.2 Триггеры RS типа

Триггеры RS типа имеют 2 установочных входа S и R, названных по первым буквам английских слов "set" - установка и "reset"-переустановка, возврат. Вход S служит для установки логического значения переменной Q=1, а вход R - для возвращения триггера в состояние Q=0.

Простейшие нетактируемые триггеры RS типа содержат две ячейки "ИЛИ-НЕ" или "И-НЕ", замкнутые в кольцо (рис.1). Благодаря этому реализуется положительная обратная связь, удерживающая триггер в одном из 2-х устойчивых состояний. В этом состоянии триггер оказывается после включения питания из-за разного быстродействия ячеек. Дальнейшее функционирование триггера происходит под воздействием входных сигналов в соответствии с таблицей истинности рис.2

Рис.1

Особенностъю работы RS триггера является недопустимость одновременного присутствия на его входах единичных сигналов S и R. При S = R = I на обоих входах триггера имеется нулевой потенциал. После окончания действия входных сигналов триггер может перейти с равной вероятностью как в состояние Q = I, так и в состояние Q = 0. Недопустимость комбинации входных сигналов S = R = Iалгебраически выражается условиемS^t R^t = 0 . С учетом этого ограничения на основаниии таблицы истинности характеристическое уравнение триггера записывается так:

Рис.2

Qt	St	Rt	Qt+1
0	0	0	0
0	0	1	0
0	1	0	1
0	1	1	?
1	0	0	1
1	0	1	0
1	1	0	1
1	1	1	?

Временная диаграмма работы RS триггера на элементах "И-НЕ" показана на рис.3.Переход триггера из состояния Q = 0 в состояние Q = I и наоборот осуществляется с задержкой относительно появления входного сигнала S^t = 0 или R^t = 0 на суммарное время задержки распространения сигналов в обоих логических элементах. Поэтому время переключения триггера

Д
ля устойчивого функционирования триггера длительность входного сиг-

Рис.3

н ала t_имп должна быть не меньше, чем t_П, а период повторения импульсов t_имп=2t_П Отсюда

2.3 Тактируемые RSC триггеры.

В отличие от асинхронных эти триггеры имеют на каждом входе дополнительные схемы совпадения (рис.4) , обеспечивающие прохождение установочных сигналов S и R только при наличии тактирующего (синхронизирующего) сигнала. Поэтому работа RSC триггера описывается характеристическим уравнением Q^t+1 = Q^tC^tR^t + S^tC^t

Рис.4

2.4 Т-триггер.

Триггер Т типа является одновходовым устройством, которое изменяет свое состояние на противоположное всякий раз, когда на его вход поступает управляющий импульc Т. Характеристическое уравнение - Т триггера имеет вид (Q^t+1 = Q^tT^t + Q^tT^t , т.е. при T=I Q^t+1=Q^t, а при Т=0 сохраняет предыдущее состояние Q^t+1=Q^t Т триггер может быть построен па основе RSC триггера путем подачи на его установочные входы R и S сигналов Q и Q с выходов триггера соответственно. При этом в зависимости от предыдущего состояния триггера входной импульс будет воздействовать на тот вход, который вызывает переход триггера в новое состояние. На время действия входного импульса, когда триггер переходит в новое состояние, необходим элемент памяти, который сохраняет прежнее состояние триггера для управления входной логической цепью. Таким элементом памяти может быть второй RSC триггер. Для того, чтобы при этом не происходило одновременного срабатывания обоих триггеров, входные импульсы подают на тактовый вход первого триггера непосредственно, а на тактовый вход второго - через инвертор. В результате Т триггер приобретает двухступенчатую структуру, показанную на рис.5а. Запись

Рис.5

информации в первый триггер DD1 происходит. с приходом переднего фронта импульса Т при изменении потенциала Т от "0" до "1" (треугольник на входе С довернут в сторону триггера вершиной). Второй триггер при этом блокирован нулевым потенциалом на выходе ячейки DD3. По окончании действия тактового импульса при изменении потенциала Т от уровня логической единицы до уровня логического нуля происходит перезапись информации из первого триггера во второй, т.е. триггер DD2 переходит в то жe состояние, что и триггер DD1.

Рис.6

На условном изображении Т триггера (рис.5б) треугольник, повернутый основанием в сторону триггера, показывает, что триггер переключается отрицательным перепадом напряжения импульса Т от "1" до "0".Две буквы Т внутри прямоугольника отражают двухступенчатую структуру Т триггера. Особенностью Т триггера является то, что частота изменения сигнала на выходе в два раза меньше частоты изменения сигнала на входе (рис.6) . Иными словами триггер осуществляет подсчет входных импульсов по модулю 2. Благодаря этому Т триггер называют счетным.

2.5 D триггер.

D триггер, или триггер задержки (от английского слова delay) представляет собой синхронный запоминающий элемент с одним информационным входом D и одним тактовым входом С. Характеристическое уравнение триггера имеет вид Q^t+1 = C^tD^t + C^tQ^t. Из него следует, что при С = 1 триггер имеет состояние Q^t+1 = D^t, т.е. сигнал на выходе повторяет значение сигнала на информационном входе D с задержкой, определяемой периодом повторения тактовых импульсов. Логическая структура интегральных D триггеров содержит три RS триггера (рис.7): основной асинхронный RS триггер на элементах DD5 и DD6; коммутирующий синхронный RS триггер записи логической "I" в основной триггер на элементах DD1, DD2 коммутирующий синхронный триггер записи логического "0" в основной триггер на элементах DD3, DD4. При S = R = I состояние основного триггера

Рис.7