Джон Ф.Уэйкерли Проектирование цифровых устройств. Том I (2002) (1095889), страница 143
Текст из файла (страница 143)
Согласно рис. 7.24(с), в условном обозначении двухтактного ЯР-триггера не используется указатель динамического входа, поскольку этот триггер не является истингю пере ключаюшимся по фронту. Он скорее похож на защелку, в которой происходит повторение ее входного сигнала в течение интервала времени, на котором С равняется 1, но изменения сигнала на выходе триггера отражают конечное зашелкнутое значение только тогда, когда С становится равным О.
На тот факт, что выходной сигнал не изменяется до тех пор, пока сигнал на входе разрешения С не перейдет на неактивный уровень, указывает индикатор задержки 7.2. Защелки и триггеры 639 срабатывания (раютропгс(-оигриг таусагаг) в условном обозначении. '1'ригге- ры, ведущие себя таким образом, иногда называют триггерани со срабатыеа- нигхи по иипуласу (риуюг-гг)д;снесу У)ур-,У)арю). (с) (а) (Ь) о я с с он х х О <ав<О <ах<ОН о о г") !ах<с <выси о<э)о о Г) < о в < 1 ! вава< вавы.
Рис. 7.24. Двухтактный 8й-триггер; (а) схема на 88-защелках; (Ь) таблица, описывающая работу схемы ((аз! — последнее значение; цпбе1, — неопреде- ленное значение); (с) условное обозначение Игнорируется до <ех пор, пока С нв станет равным ! Игнорируется до тех пор, пока С не станет равным ! Игнорируется, так как С равнс внлю см см с (."<'(<т Рис. 7.25.
Временные диаграммы, иллюстрирующие работу двухтактного 88-триггера Работа двухтактного 8В-триггера оказывается непредсказуемой, если в момент отрицательного перепада в сигнале С оба входных сигнала 8 и В имеют активный уровень. В этом случае к моменту действия спадающего фронта оба выходных сигнала ведущей защелки О и О(х) равны !. Когда сигнал С становится равным О, значения сигналов на выходах ведущей защелки предсказать нельзя; более того, ее выходная цепь может оказаться метастабильной. В то же самое время ведомая защелка открывается и весь этот нмусор» проходит на выход триггера. *7.2.9.
Двухтактный Лч.-триггер Проблема с тем, что делать, когда одновременно действуют си~палы 8 и В, ре- шаетсЯ в двУхтакт«ав<,УК-тРигггРг (н<аю<ес/гуане,у-К У)!Рз11<вР), Входы,1 и К аналогичны входам 8 и У!. Однако, как видно из рис. 7.26, сигнал и попадает на вход 8 ведущей защелки толь«о в том случае, когда текущее значение сигнала на выходе триггера О(Ч равно ! (то есть сигнал О равен 0), а сигнал К попадает на ВвО Глава 7. Принципы проектирования послвдоватвльностных схем вход Я ведущей защелки только тогда, когда текущее значение С), равно 1. Таким образом, при одновременном действии сигналов на входах О и К триггеР персхо дит в состояние, противоположное тому, в котором он находится.
(а) (с) к с о он к о вяа ьяон 0 1 1 ьяс ивен гз я я Г1. 1 Я виан вио о ан о рис. 2.26. Двухтактный ОК-триггер: (а) схема на ЯВ-защелках; ((з) таблица, описывающая работу схемы (1ав! — последнее значение); (с) условное обозначение Временные диаграммы парис. 7 27 иллюстрируют работу двухтактного )К-триггера при типичном наборе входных сигналов. Заметьте, что для изменения сигнала на выходе зрип ера в момент окончания переключающего импульса нет необходимости подавать входные сигналы О и К именно в этот момент времени.
Действительно, коль скоро только один из входных сигналов проходит через вентили на входы 8 и В ведущей защелки, сигнал на выходе триггера может стать равным 1 даже в том случае, когда к концу переключающего импульса действует только сигнат К, а сигнал О снят. Такое поведение, известное под названием затаила единигг (1з сагс7г(ля), продемонстрировано на рисунке: оно имеет место на предпоследнем переключающем импульсе. Аналогичное явление, называемое затваеон нулей (Оз сагсЬигд), можно наблюдать на последнем переключающем импульсе. Изза этого свойства двухтактного ОК-триггера входные сигналы О и К должны оставаться неизменными в течение всего интервала времени, пока С равно 1.
И~норир)ется, Игнорируется, Игнсрир)ется, Игнорнр)ется, Игнорируется, так как С так как 0г( так как С стало так как 0 так как 0(ч равно нулю равно О ( равным О равно О равнс О ом ь рис. 7.27. Временные диаграммы, иллюстрирующие работу двухтактного ОК-триггера 7.2. Защелки и триггеры 641 7.2.10.,) К-триггер, переключающийоя по фронту Проблема захвата единиц и нулей решена в 4К-п~рккеере, переключшощемся по 4ронту(еа)йе-гг(цЛегеа)4-КЯ(р-,))ор), функциональный эквивалент которого изображен на рис. 7.28.
Внутри него используется переключающийся по фронту Р- триггер, благодаря чему входы )К-триггера спрашиваются на нарастающем фронте тактового сигнала и очерелное значение выходного сигнала вырабатывается в соответствии с «характеристнческим уравнением»: 0а = д. 0'+ К'. О (см.раздел 7.3.3). (Ь) (а) (с) к сак о ск ьа1 он аак ьк ок ~аю он а к а 1аыс к сак ~аа О ~аы с а а о а ~аюск ы~с Типичное поведение переключающегося по фронту дК-триггера представлено на рис. 7.29. Так же, как и в случае сигнала на входе Р переключающегося по фронту Р-триггера, лля надлежащей работы ВК-триггера его входные сигналы д и К в окрестности переключающего фронта тактового сигнала должны удовлетворять требованиям, вытекающим из известных значений времени установления и времени удержания.
Рис. 7.29. Поведение 4К-триггера, переключающегося по положительному фронту Поскольку в )К-триггерах, переключающихся по фронту, исключены проблемы захвата единиц и нулей и проблемы, связанные с одновременным действием управляющих входных сигналов, эти триггеры по существу вытеснили переключающиеся по фронту триггеры более старых типов.
Микросхемы 74х)09 в семействе ТТЛ представляют собой йК-триггеры, переключающиеся по положительному фронту, с активным низким уровнем входного сипыла К(который называется К или К (.). 7 за» ым рис. 7.2В.,1К-триггер, переключающийся по фронту: (а) функциональный эк- вивалент на переключающемся по фронту Р-триггере; (Ь) таблица, описыва- ющая работу схемы ((аа( — последнее значение); (с) условное обозначение 642 Глава 7. Принципы проектирования последовательностных схем ЕЩЕ ОДИН «НАСТОЯЩИЙ» ТРИГГЕР По своей внутренней структуре ИС 74х109 очень похожа на ИС 741.974, схема которой была приведена на рис.
7,20, Как следует из сравнения схем на рис. 7.20 и 7.30, микросхема '109 получается из микросхемы '74 простой заменой нижнего левого вентиля, реализующего характеристическое уравнение 0* = О, на структуру И-ИЛИ, реализуюшую характеристическое уравнение дК- триггера; 0* =,1 0' + К 1.. О. гн ь сгн ь С1.К кь 'ис. 7.30. Внутреннее устройство переключающегося по положительному >ренту 3К-триггера 741.8109 Самым распространенным применением дК-три~терев являются тактируемые инхронные конечные автоматы.
Как мы обьясним в разделе 7.4.5, логика переходов ,3К-триггеров иногда проще, чем у О-триггеров. Однако в большинстве случаев энечные автоматы строятся на О-триггерах, поскольку методология проектиротния при этом чуть проще и большинство проектируемых последовательностных :тройств состоит из О-триггеров, а не из 0К-триггеров. Поэтому в основном мы гдем обращать внимание на О-триггеры. '.2.11. Т-триггер триггер (Т711рт)ор; Т вЂ” 1оая!е, переключать) изменяет свое состояние на кажем периоле тактового сигнала.
На рис. 7.31 приведены условное обозначение и ~еменные диаграммы для переключающегося по положительному фронту Т- иггера. Заметьте, что частота переключений сигнала на выходе триггера 0 рав- ~ точно половине частоты переключений входного сигнала Т. На рис. 7.32 пока- но, как получить Т-триггер из О- или 0К-триггера. Как мы увидим в параграфе $, Т-триггеры чаще всего используются в счетчиках и делителях частоты. 7.2. Защелки и триггеры 643 (а) (Ь) Рис. 7.31.
Т-триггер, переключающийся по положительному фронту: (а) условное обозначение; (Ь) функциональное поведение (а) (Ь) Рис. 7.32. Возможные схемы т-триггеров; (а) на основе Р-триггера; (ь) на основе )К-триггера Во многих приложениях Т-триггеров требуется, чтобы такой триггер переключался не на каждом такте. В таком случае можно воспользоваться Т-триггерам с входом разрешения (Ту))ру)ор гг1гл елао)е). Как показано на рис. 733, такой триггер изменяет свое состояние на переключающем фронте тактового сигнала тольхо в том случае, когда иа вход Е(Ч подан разрешающий сигнал. Подобно сигналам на входах Р, 3 и К у других триггеров, переключающихся по фронту, сигнал на входе Е)Ч должен удовлетворять требованию оставаться неизменным в интервале, состоящем из времени установления и времени удержания, в окрестности переключающего фронта тактового сигнала. Схемы, приведенные на рис.7.32, легко видоизменить таким образом, чтобы имелся вход разрешения Ег), как это сделано на рис.
7.34. (а) (Ь] Рис. 7.33. Переключающийся по положительному фронту Т-триггер с входом разрешения:(а) условное обозначение;(Ь) функциональное поведение ЕИ Т (Ь) Рис. 7.34. Возможные схемы Т-триггеров с входом разрешения: (а) на основе Р-триггера; (Ь) на основе )К-триггера 644 Глава 7. Принципы проектирования последоввтельностных схем 7.3. Анализ тактируемых синхронных конечных автоматов Хотя основные составные элементы последоаательностных схем — защелки и триггеры — сами по себе являются последовательностными схемами с обратной связью, которые можно подвергнуть формальному анализу, мы начнем с изучения работы тактируемых синхронных конечных автоматов (с!оск«И ~псйгопои««гаге таси!пе«), поскольку их легче понять.
«Конечный автомат»вЂ” это общее название последовательностных схем; слово «тактируемый» указывает на тот факт, что элементы памяти в конечном автомате (триггеры) имеют тактовый вход; слово «синхронный» означает, что все три1теры используют один и тот же тактовый сигнал. Состояние такого конечного автомата изменяется только в момент времени, когда в тактовом сигнале происходит переключающий переход или, как говорят, на очередном «такте». 7.3.1.
Структура конечного автомата На рис. 7.35 приведена общая структура такгируемого синхронного конечного автомата. Паилть состоянии (ьтагг тетогу) представляет собой набор из и триггеров, в которых хранится текущее состояние автомата; всею имеется 2« различных состояний. Все триггеры подключены к общему источнику тактового сигнала, который позволяет им изменять состояние на каждом та~те (Йсй) тактового сигнала. Что именно представляет собой такт, зависит от типа триггеров (переключающий фронт, переключающий импульс и тд.).
В этом параграфе мы рассмотрим переключающиеся по положительному фронту 0- и дК-триггеры, для которых тактом служит нарастающий фронт тактового сигнала. входы выходы тактовы сигнал Рис. 7.3б. Структура тактируемого синхронного конечного автомата (авто'мата Мили) Следующее состояние конечного автомата, изображенного на рис. 7.35, определяется логикой перехода«г (пехг-ига!с )оя)с) и является функцией текущего состояния и входного воздействия. Выходные сигналы определяются «ыходнай логикой Й (ощри! )оя)с) и также зависят от текущего состояния и входного воздействия.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
