Основы цифровой электроники часть 1 (Основы цифровой электроники), страница 2

Временныедиаграммы, поясняющие работу RS-триггера, приведены на рис. 3.4, б.Из временных диаграмм (рис. 3.4, б) следует, что рассмотренные выше RS-триггеры опрокидываются, т.е.управляются сигналами R и S, в любой моментвремени. В тех случаях, когда длительности управляющихсигналов не синхронизированы (не согласованы), триггер может находиться в неопределенном состоянии(интервалы времени t4, t5), и поэтому такие триггеры называют асинхронными.Триггер, построенный на базе элементов ИЛИ-НЕ, называют также дизьюнктивной бистабильной ячейкой.Бистабильные ячейки, помимо самостоятельного применения, входят в качестве составного узла в триггеры другихтипов.Синхронный RS -триггер. Синхронные триггеры снабжаются дополнительным входом, по которомупоступает синхронизирующий (тактирующий) сигнал.

При этом изменение состояния триггера происходит (приналичии управляющего сигнала) только в те моменты времени, когда на специальный синхровход триггерапоступает тактирующий импульс (рис 3.5, а). Синхронный RS-триггер строится в соответствии с рис. 3.5, б, а егоусловное изображение на принципиальных и функциональных схемах приведено на рис. 3.5, в. Синхронизирующийвход обозначается буквой С.- Входные сигналы S и R являются информационными, а на входе С - синхронизирующими, по нимпроисходит переключение триггера. Следует отметить, что для надежной работы триггера необходимо, чтобыдлительность переключающего сигнала (синхронизирующего сигнала) на входе С была не меньше временипереключения триггера.

Временем переключения (срабатывания, установки) триггера называется время, котороепроходит от момента изменения входных сигналов до соответствующего изменения состояния выходов иопределяющееся задержками распространения сигнала логическими элементами, входящими в состав триггера.Двухступенчатый RS - триггер. Рассмотренные схемы RS-триггеров являются одноступенчатыми.Применение одноступенчатых RS-триггеров в качестве самостоятельных запоминающих элементов ограничено. Этосвязано с неустойчивой работой последовательностной схемы (цифрового автомата), память которой выполненана одноступенчатых RS-триггерах.

Сигналы переключения триггера S(t), R(t) формируются в цифровом автоматекомбинационной схемой, в их формировании участвуют, наряду с внешними логическими сигналами, сигналы Q(t) и(t). Переключение одноступенчатого триггера под действием сигналов S(t) и R(t) вызывает изменение значенийсигналов Q(t) и(t), а их изменение может привести к изменениям сигналов S(t) или R(t) в том же такте времениt и, как следствие, к ложному срабатыванию триггера. Для устойчивой работы триггера необходимо, чтобы сигналыQ(t) и(t) изменялись только после прекращения действия входного сигнала S(t) или R(t).

Это требованиевыполняется в двухступенчатых триггерах (MS-триггерах). Базовыми схемами для построения двухступенчатыхтриггеров являются одноступенчатые RS-триггеры.Двухступенчатый триггер состоит из двух секций (ступеней), соединенных каскадно, как показано на рис.3.6 а, причем, каждая секция содержит по синхронному RS-триггеру. Первая секция, ведущая или М-секция (Мпроисходит от английского MASTER) принимает информацию со входных линий S и R.

Состояние выходов ведущейсекции подается на вторую секцию, ведомую, или S-секцию (S происходит от английского SLAVE).Для ведущего триггера используется обычная синхронизация, в то время как для ведомого триггера импульссинхронизации инвертируется. Изменение состояния выхода ведущего триггера будет происходить в моментпоявления положительного импульса синхронизации, и эти изменения будут переданы на входы ведомоготриггера. Однако, никакие изменения на выходе ведомого триггера не будут происходить до тех пор, пока непоявится положительный сигнал инвертированного импульса синхронизации, т.е. отрицательный (задний фронт)фронт исходного синхроимпульса. Следовательно, изменения на выходах Q ине произойдет до тех пор, покане завершится импульс синхронизации.

На рис. 3.6, б показаны временные диаграммы работы триггера.На функциональных схемах двухступенчатый триггер изображается в соответствии с рис. 3.6, в. Символ ТТ вполе условного обозначения означает , что триггер двухступенчатый.Триггеры с динамическим управлением.Динамические триггеры могут опрокидываться как передним, так и задним фронтом тактирующихимпульсов. Фрагменты схемного обозначения приведены на рис. 3.7.ОСНОВЫ ЦИФРОВОЙЭЛЕКТРОНИКИПЕРВАЯ СТРАНИЦАУЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ ДЛЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙОГЛАВЛЕНИЕОБ АВТОРЕ3.3. D-триггерD-триггер (от английского DELAY) называют информационным триггером, также триггером задержки.

D триггер бывает только синхронным. Он может управляться (переключаться) как уровнем тактирующего импульса,так и его фронтом. Для триггера типа D, состояние в интервале времени между сигналом на входной линии иследующим состоянием триггера формируется проще, чем для любого другого типа.По синхроимпульсу D-триггер принимает то состояние, которое имеет входная линия, согласно управляющейтаблице состояний, приведенной на рис. 3.8, а.

На рис. 3.8, б приведены временные диаграммы, поясняющие егоработу.Как следует из управляющей таблицы, D-триггер имеет как минимум две входные линии: одна - для подачисинхроимпульсов; другая- информационных сигналов. Схемное обозначение D - триггера приведено на рис. 3.9.Для получения характеристической формулы воспользуемся полной таблицей состояния (рис. 3.10).Для минимизации логического выражения (характеристической формулы триггера) можно воспользоватьсякартой Карно (рис. 3.11, а).Из рис. 3.11, а следует, что характеристическое уравнение D-триггера содержит всего одну конъюнкцию, т.е.Q = СD.Если учитывать, что при отсутствии синхроимпульсов состояние D-триггера не меняется, то можно упроститьтаблицу состояния, оставив в ней только переменные D и Q.

Тогда карта Карно будет выглядеть как на рис. 3.11, б.Сокращенное уравнение D-триггера имеет всего один сигнал – сигнал D.Это выражение подразумевает наличие сигнала C, т.к. в его отсутствии переключение состояния D-триггеране происходит.Отметим, что D-триггеры могут переключаться как уровнем синхроимпульса, так и его фронтом. Втехнической литературе D-триггер, управляемый уровнем синхроимпульса, известен также как триггер-защелка.Пример синтеза D-триггера, управляемого уровнем синхроимпульса из асинхронногоодноступенчатого RS-триггера.

Для этого D-триггер представляют как совокупность RS-триггера икомбинационного входного устройства, т.е. представляется так, что входными линиями RS-триггера управляеткомбинационное устройство (КУ), согласно характеристической формуле D-триггера (см. рис. 3.11, в). Входнымипеременными КУ являются сигналы Q0 , C, D, а выходными (функциями) - S и R. Если учесть, что сигналы R и Sявляются для RS-триггера управляющими сигналами, то таблица состояний синтезируемого триггера будетсодержать пять столбцов: два столбца - для переменных D-триггера - D и Q0, один - для функции Q (выходнойсигнал синтезируемого триггера, он же является выходным сигналом базового RS-триггера) и два столбца - дляпеременных R и S RS-триггераСтолбцы 1, 2, 3 соответствуют таблице состояний D-триггера, а в столбцы 4, 5 записываются значениясигналов R и S, при подаче которых на входы RS-триггера, последний должен принимать такие же состояния, что иD-триггер.

Это обусловлено тем, что RS-триггер является выходным узлом D-триггера.Из таблицы (рис.3.12, а, первая строка) следует: если триггер находился в состоянии “0” (Q0 =0), чтобы онсохранил это состояние и после поступления очередного синхроимпульса (отметим, что переключение состояниятриггера происходит только при наличии синхроимпульса, а каждая строка таблицы состояний соответствует новомусинхроимпульсу) на входе S (RS-триггера) необходимо поддерживать уровень “0”, а на входе R - любой уровень, т.к.когда триггер находится в состоянии”0”, он сохраняет это состояние независимо от состояния сигнала R.Для второй строки таблицы состояний Q0=1, а новое состояние триггера “0” (Q=0), следовательно,необходимо подать на вход R - уровень логической 1 и т.д.

Для каждой строки, где Q0=1, это состояние триггерасохранится независимо от значения сигнала S (т.к. при S=0 - режим хранения, а при S=1 - запись единицы).После заполнения таблицы состояний, используя карты Карно (рис. 3.12, б и в), записывают логическиевыражения для функций комбинационного устройства S и R (следует помнить, что эти сигналы являются функциямиаргументов Q0 , D и входными переменными для RS-триггера.По полученным логическим выражениям (см. рис. 3.12, б и в) можно построить схему D-триггера (рис.

3.12,г).Рассмотренный выше D-триггер синтезирован на базе синхронного RS-триггера. Его можно синтезировать ина базе двухступенчатого, а также - простого, асинхронного RS-триггера. Как уже было отмечено выше,переключение D-триггера происходит только при наличии (поступлении) синхроимпульса. С учетом этого,логические функции S и R можно записать в видеS = C D;Схема, реализующая эти функции, содержит два элемента конъюнкции и один инвертор.