Джон Ф.Уэйкерли Проектирование цифровых устройств. Том I (2002) (1095889), страница 141
Текст из файла (страница 141)
7.10. Зй-защелка с входом разрешения: (а) принципиальная схема на вентилях И-НЕ; (Ь) таблица, списывающая работу схемы ((аз1 — последнее значение);(с) условное обозначение Ип!орир)ется дотах пор, пока С ие станет равным 1 Ипюрирувтся, так как С равно О Рис. 7.11. Работа Зй-защепки с входом разрешения в типичных условиях Зй- и 8 Й-защелки чувствительны к входным сигналам 3 и й в течение всего времени. Однако их легко видоизменить таким образом, чтобы схема была чувствительна к этим входным сигналам только тогда, когда подан сигнал на вход разрешения С. Такая ЗВ-эащсл!ка с втсдси разре!ленив (3-й (агс!! Мй елаЫе) показана парис.
7.10. Как видно из таблицы, описывающей работу схемы, при С, равном 1, данная схема ведет себя как Зй-защелка, а при С, равном О, она удерживается в прежнем состоянии. На рис. 7.11 приведены временные диаграммы, иллюстрирующие поведение этой схемы при типичном наборе входных воздействий. Если оба сигнала 3 и й равны 1 в момент, когда сигнал С переходит из 1 в О, то схема ведет себя подобно Зй-зашелке при одновременном переходе сигналов 3 и й на неактивный уровень: следующее ссстояние непредсказуемо и выходная цепь может стать метастабильной. 7.й.
Защелки и триггеры 631 7.2.4. 0-защелка Зо защелки полезны в разного рода управляющих устройствах, где часто возникал>т ситуации, когда в качестве реакции на выполнение того или иного условия нужно «выставлять флаг», а при изменении условий его сбрасывать, В таких случаях управление входами установки и сброса осуществляется в определенной степени независимо.
Однако часто бывают нужны защелки, чтобы просто запомнить биты информации, когда каждый бит поступает по отдельной сигнальной линии и его надо как-то сохранить. В задачах такого рода можно воспользоваться 0-зля(елхамн (О !шс)>) 0-защелка показана на рис.
7.12. Ее схема состоит из Зй-защелки с входом разрешения и дополнительного инвертора, обеспечивающего формирование входных сигналов 3 и В из единственною входного сигнала 0 (бага, данные). При этом устраняется присущая ЗН-защелке неприятность, связанная с одновременной подачей входных сигналов 3 и В активного уровня. На рис. (с) управляющий входной сигнал обозначен буквой С, но иногда его называют Е(ЧАВ(.Е, С(.К или 6 и в некоторых схемах 0-защелок у этого сигнала активным является низкий уровень. (а) о (с) со о он с а а о о а с а он а «иио неон Рис. 7.12.
0-защелка; (а) принципиальная схема на вентилях И-НЕ; (Ь) таблица, описывающая работу схемы (!аз1 — последнее значение); (с) условное обозначение Пример функционального поведения 0-защелкн приведен на рис. 7.1 3. Когда подан входной сигнал С, выходной сигнал 0 повторяет значения входного сигнала О. В этом случае говорят, что защелка «прозрачна» и путь ог входа до выхода 0 «открыт»; по этой причине данную схему часто называют прозрачной защелкой (лгал«рагел> 1шс)>). Когда сигнал С снимается, защелка запирается; выход'>'>й сигнал О сохраняет свое последнее значение и больше не реагирует на изменения входного сигнала О, пока С остается на неактивном уровне. Рис. 7.1З 1З.
Функциональное поведение 0-защелки при различных входных сигналах 632 Глава 7. Принципы проектирования последоввтельностных схем На рис. 7.14 подробнее показано, что происходит в 0-защелке с течением времени. Четыре различных параметра задержки характеризуют прохождение сигналов от входов С и 0 до выхода О. Например, к моментам переходов 1 и 4 защелка «заперта» и значение входного сигнала 0 противоположно значению выходного сигнала О, поэтому когда С становится равным 1, защелка «отпирается» и выходной сигнал О изменяет свое значение с задержками г „и г . В моменты гси(ССВ гис(СО! переходов 2 и 3 входной сигнал С равен 1 и защелка открыта, так что выходной сигнал 0 напрямую повторяет переходы во входном сигнале О, но с задержками 1 „„и г „.
Четыре другие задержки, не указанные на рисунке, описывают запаздйвание, с которым происходят изменения выходного сигнала С)М. Рмо. 7.14. Временные параметры 0-звц1елки Хотя с 0-защелкой не возникает той проблемы, с какой мы сталкиваемся в случае Вй-защелки, когда 8 = В = 1, затрудненна, связанные с метастабильно стью, все же остаются. Как показано на рис.7. 14, существует заштрихованный интервал времени в окрестности спадающего фронта в сигнале С, в пределах которого входной сигнал 0 не должен изменяться.
Этот интервал начинается за время г до БОыг спадающего фронта в сигнале С (до момента зашелкивания); параметр г назы- ввг ваегся временем установления (легар Ите). Заканчивается рассматриваемый интервал спустя время 1ь,м; величину 1ьы называют временем удержания (ЬаЫ Пте), Если входной сигнал 0 изменяется в какой-то момент внутри интервала, состоящего из времени установления и времени удержания, то значение сигнала на выходе защелки непредсказуемо и состояние выходной цепи может оказаться метастабильным; этот случай изображен на рисунке вслед за последним зашелкивающим перепадом.
7.2.5. О-триггер, переключающийоя по фронту Показанное на рис. 7.15 объединение пары 0-защелок, называемое 0-триггерам, переключаюи1имся па положительному фронту !Ра«ИЬе-ег7демг!йдегей 0 яр71ор), представляет собой схему, в которой опрос ее входа 0 и изменение ее выходных сигналов О и О!Ч происходит только в моменты времени, задаваемые нарастающим фронтом управляющего сигнала СЕК, Первая защелка называется вед1«ией (тазяг); при значении С1К, равном О, она откргята и ее выходной сигнал повторяет входной сигнал. Когда сигнал С1 К становится равным 1, ведущая защелка запирается и ее выходной сигнал переносится во вторую защелку, называемую 7.2.
Защелки и триггеры 633 ведомой (э(оке). Ведомая защелка открыта в течение всего времени, пока значе- ние С(.К остается равным 1, но изменение сигнала на ее выходе возможно только в самом начале этого интервала, так как ведущая защелка заперта и сигнал на ее вы- ходе остается неизменным на протяжении всего этого отрезка времени. с сск а ан см а о ) о о жма виан х ~ вна вяан сск Рис. 7.15. О-триггер, переключающийоя по положительному фронту: (а) принципиальная схема на 0-защелках; (Ь) таблица, описывающая работу схе- мы ((аз1 — последнее значение); (с) условное обозначение Треугольник на входе СЕК у 0-триггера указывает на срабатывание схемы по фронту и носит название указазяеля динамического входа (йупалпс-трщ (лс)сщог). Примеры функционального поведения триггера при нескольких переходах во входных сигналах приведены на рис.
7.1б. Фигурирующий на этих временных диаграммах сигнал С)М вЂ” это выходной сигнал ведущей защелки. Заметьте, что сигнал ОМ изменяется только при СЕК, равном О. Когда СЕК становится равнылз 1, текущее значение С)М переносится на выход О, тогда как изменение сигнала (гМ невозможно до тех пор, пока СЕК снова не станет равным О. сгк Рис.
7.16. Функциональное поведение О-триггера, переключающегося по положительному фронту На рис. 7.17 временные зависимости сигналов в О-триггере представлены более подробно. Все задержки распространения измеряются относительно нарастающего фронта в сигнале СЕК, поскольку только это событие вызывает изменение выходного сигнала. Задержки могут быть различными при переходе выходного сигнала с низкого уровня на высокий и в обратном направлении. Так же, как и в случае О-защелки, у О-триггера есть интервал времени, состоящий из времени установления и времени удержания, в течение которого сигнал на входе О не должен изменяться. Этот интервал находится в окрестности переключающего фронта сигнала СЕК и указан ларис. 7.17 цветной штриховкой.
Если требования, предъявляемые временем установления и временем удержания, не удовлетворяются, то выход триггера, как правило, переходит в одно из устойчивых состояний 634 Глава 7. Принципы проектирования последовательностных схем О или 1, хотя предсказать, в какое именно, нельзя. Однако в некоторых случаях на выходе могут возникнуть колебания, либо выходная цепь может перейти в метастабняьное состояние посередине между О и 1, как показано на рисунке после предпоследнего такта в управляющем сигнале. Если триггер попадает в метастабильное состояние, то со случайной задержкой он, в конце концов, сам вернется в одно из своих устойчивых состояний; подробнее это обстоятельство разбирается в параграфе 8.9.
Можно принудительно перевести триггер в устойчивое состояние в момент действия следующего переключающего фронта в тактовом сигнале, по отношению к которому сигнал на входе 0 удовлетворяет требованию не изменяться в пределах времени установления и времени удержания; этот случай изображен на рис. 7.17, где он приходится на последний такт в управляющем сигнале.
Рмс. 7.17. Временные зависимости сигналов в 0-триггере, переключающемся по положительному фронту Чтобы получить О-триггер, перенлючаюи(яйся по отрицательному фронту (педаг(ге-ес(йеыгуддегег) О Я(р Яор), достаточно инвертировать тактовый входной сигнал, так что все переключения будут происходить на спадающем фронте сигнала С~К ~; при срабатывании по спадающему фронту принято считать активным низкий уровень сигнала, Таблица, описывающая работу такого триггера, и его условное обозначение приведены на рис.
7.18. осгкс о он о ) о о о вко икон н ~ вко явен (а) (с) (Ь) Рис. 7.18. 0-триггер, переключающийся по отрицательному фронту: (а) принципиальная схема на 0-защелках; (Ь) таблица, описывающая работу схемы (1азг -- последнее значение); (с) условное обозначение У некоторых 0-триггеров бывают асинхронные входы (алупсйгопоиз (прим), воздействуя на которые можно переводить трштер в то или другое состояние независимо от сигналов на входах СьКи О. Обычно зтн входы обозначаются Рй (ргегег, установка в единичное состояние) и С(.й (с1еаг, сброс); по отношению к сигналам на этих входах 0-триггер ведет себя подобно тому, как Зй-защелка реагирует на сигналы на входе установки в единичное состояние и входе сброса. Услов- 7.2.
Защелки и триггеры 635 1)з) из ь о ськ сья ь Рис. 7.19. 0-триггер, переключающийся по положительному фронту, с вхо- дами установки и сброса; 1а) условное обозначение; 1)з) принципиальная схе- ма на вентилях И-НЕ КАК УСТРОЕНЫ «НАСТОЯЩИЕ» ТРИГГЕРЫ Серийно производимые в семействах ТТЛ 0-триггеры, переключаюшнеся по положительному фронту, устроены не по принципу «ведущий — ведомый», на основе которого действуют схемы, приведенные на рис. 7.15 и 7.19. Вместо этого в триггерах типа 74Ю74 реализована схема на б вентилях (рис. 7.20), которая меньше по объему и быстрее.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
