Скачать: laba-3-uca.zip [712,71 Kb] (cкачиваний: 47)

ТРИГГЕРЫ

Общие сведения.

Последовательностной схемой называют схему, в которой выходной сигнал управления в любой момент времени определяется входными сигналами в данный момент и выходными сигналами в предыдущие моменты. Такие схемы должны содержать элементы памяти, запоминающие предыдущие значения выходных сигналов.

Основными элементами последовательностных схем являются триггеры и счетчики.

Триггер– простейшая цифровая схема последовательностного типа. У комбинационных схем состояние выхода Yв любой момент времени определяется только текущим состоянием входа X:

.

В отличие от них, состояние выхода последовательностной схемы (цифрового автомата) зави­сит еще и от внутреннего состояния схемы Q:

.

Другими словами, цифровой автомат является не только преобразователем, но и хранителем предшествующей и источником текущей информации (состояния). Это свойство обеспечивается наличием в схемах обратных связей.

Триггер имеет два устойчивых состо­яния: Q=1и Q=0, поэтому его иногда называют бистабильной схемой. В каком из этих состояний окажется триггер, зависит от сигналов на входах триггера и от его предыдущего состояния, т. е. он имеет память. Можно сказать, что триггер является элементарной ячейкой памяти.

Тип триггера определяется алгоритмом его работы. В зависимости от алгоритма работы, триг­гер может иметь установочные, информационные и управляющие входы. Установочные входы ус­танавливают состояние триггера независимо от состояния других входов. Входы управления раз­решают запись данных, подающихся на информационные входы. Наиболее распространенными являются триггеры RS,JK, Dи Т-типов.

1. Триггер типа RS - простейший автомат с памятью, который может находиться в двух состояниях. Триггер имеет два установочных входа: установки S (set - установка) и сброса R (reset - сброс), на которые подаются входные сигналы от внешних источников. При пода­че на вход установки активного логического уровня триггер устанавливается в 1 (Q=1, =0), при подаче активного уровня на вход сброса триггер устанавливается в 0 (Q=О, =1). Если подать на оба входа установки (возбуждения) пассивный уровень, то триггер будет со­хранять предыдущее состояние выходов: Q=0 (=1), либо Q=1 (=0). Каждое состояние устойчиво и поддерживается за счет действия обратных связей.

Для триггеров этого типа является недопустимой одновременная подача активного уровня на оба входа установки, т. к. триггер по определению не может одновременно быть установлен в ноль и единицу. На практике подача активного уровня на установочные вхо­ды приводит к тому, что это состояние не может быть сохранено и невозможно определить, в каком состоянии будет находиться триггер при последующей подаче на установочные входы сигналов пассивного уровня.

RS-триггер является основным узлом для построе­ния последовательностных схем. Название схем такого типа «последовательностные» означает, что состояние выхода зависит от того, в какой последовательности на входы подаются входные наборы и каково было предше­ствующее внутреннее состояние. Так, если в RS-триггере вначале установить комбинацию R=0,S=1(сокращенная запись - 01), а потом перейти к R=0, S=0 (00), то состояние выхода Q=1. Если же вначале устано­вить комбинацию 10, а потом перейти к 00, то состояние выхода будет другим – Q=0,несмотря на одинаковые комбинации сигналов на входах. Таким образом, при од­ном и том же входном наборе 00 выход триггера может находиться в разных состояниях.

Условия переходов триггеров из одного состояния в другое (алгоритм работы) можно описать табличным, аналитическим или графическим способами. Табличное описание работы RS-триггера представлено в таблице4.1 (таблица переходов) и таблице 4.2 (таблица функций возбуждения).

Таблица 4.1 Таблица 4.2

В таблицах использованы следующие обозначения:

Q_t - предшествующее состояние выхода;

Q_t+1 - новое состояние, устанавливающееся после перехода (возможно Q_t+1=Q_t);

х - безразличное значение сигнала: 0 или 1;

«-»- неопределенное состояние.

Аналитическое описание (характеристическое уравнение) можно получить из таблиц 4.1, 4.2 по правилам алгебры логики:

. (4.1)

ЗависимостьQ_t+1 отQ_t характеризует свойство запоминания предшествующего состояния.

Рис. 4.1

График на рис.4.1, а показывает, что схема, которая находилась в состоянии Q=0, со­храняет это состояние как при воздействии входного набора R=0,S=0,так и при воздей­ствии R=1,S=0. Если же на вход схемы, находящейся в состоянии 0=0, подействовать набором R=0,S=1, то она переходит в состояние Q=1и сохраняет его при входных набо­рах R=0,S=1, либо R=0,S=0.Haрис. 4.1, б тот же граф триггера нарисован более ком­пактно. Входные сигналы, которые могут принимать любые значения (как 0, так и 1), обозначены как X, а позиция обозначения соответствует последовательности R,S.

2. JK-триггер имеет более сложную, по сравнению с RS-триггером, структуру и бо­лее широкие функциональные возможности. Помимо информационных входов J и Ки прямого и инверсного выходов Q и , JK-триггер имеет вход управления С (этот вход так­же называют тактирующим или счетным), а также асинхронные установочные R и S - входы. Обычно активными уровнями установочных сигналов являются нули. Установочные входы имеют приоритет над остальными. Активный уровень сиг­нала на входе S устанавливает триггер в состояние Q=1, а активный уровень сигнала на входе R - в состояние Q=0, независимо от сигналов на остальных входах.

Если на входы установки одновременно подать пассивный уровень сигнала, то состояние триг­гера будет изменяться по фронту импульса на счетном входе в зависимости от состояния входов J и К, как показано в таблицах переходов (табл. 4.3) и функций возбуждения (табл. 4.4).

Таблица 4.3 Таблица 4.4

Работа JK-триггера описывается характеристическим уравнением:

. (4.2)

Подобно RS-триггеру, изменение состояний JK-триггера можно изобразить графом пе­реходов (рис. 4.2). Входные сигналы, которые могут принимать любые значения (как 0, так и 1), обозначены как X, а позиция обозначения соответствует последовательности J, К.

Этот рисунок не должен вводить в за­блуждение: если Х=1, то при JK=11схема будет переходить из состояния Q=0в состо­яние Q=1.Но из этого состояния схема должна возвратиться в Q=0и т. д. Этот граф описывает работу автогенератора.

В данном случае все изменения выхода происходят только в момент отрицательно­го перепада тактового сигнала С. Действительно, если J=K=1, то с каждым новым такто­вым импульсом выход будет изменять свое значение на противоположное и триггер будет выполнять функцию делителя частоты на 2, а не автогенератора.

3. D-триггер имеет один информационный вход D (data - данные). Информация со входа D заносится в триггер по положительному перепаду импульса на счетном входе С и сохра­няется до следующего положительного перепада на счетном входе триггера. Помимо счетного С и информационного Dвходов, триггер снабжен асинхронными установочными R и S входами. Установочные входы приоритетны. Они устанавливают триггер независимо от сигналов на входах С и D. Функционирование D-триггера описывается таблицей переходов (табл. 4.5), таблицей функций возбуждения (табл. 4.6).

Таблица 4.5 Таблица 4.6

Характеристическое уравнение D-триггера:

. (4.3)

Уравнение показывает, что состояние триггера на (t+1) - такте равно входному сигналу в момент, предшествующий тактовому перепаду сигнала С.

Функциональная схема D-триггера может быть получена из схемы JK-триггера путем подключения входа K ко входу J через инвертор: D= J=.

4. Т-триггер (счетный триггер).На основе JK-триггеров и D-триггеров можно построить схемы, осуществляющие так называемый счетный режим. Такие схемы называют Т-триггерами или счетными тригге­рами, связывая с этим способ их функционирования. На рис. 4.3 представлены схемы организации Т-триггеров на основе JK и D – триггеров.

В JK-триггере со входами установки логическим нулем счетный режим реализуется путем подачи констант J=K=1и R=S=1и входного сигнала Т на вход С. В соответствии с таблицей функционирования (табл. 4.3 и 4.4) при каждом отрицательном перепаде входного сигнала Т состояние триггера изменяет свое значение на противоположное.

В D-триггере счетный режим реализуется при помощи обратной связи (на вход D пода­ется сигнал с инверсного выхода). Таким образом, всегда существует неравенство сигнала на входе D и сигнала на выходе Q: если Q=1,D=0. Следовательно, при каждом положитель­ном перепаде сигнала на счетном входе С, в соответствии с принципом действия D-триггера состояние выхода будет изменяться на противоположное.

Таким образом, на каждые два входных тактовых импульса Т-триггер формирует один период выходного сигнала Q. Следовательно, триггер осуществляет деление частотыf_Q на его входе на 2:

,

гдеf_Q — частота следования импульсов на выходе триггера.

Задание 4.1. Исследование работы JK – триггера.

Цель работы

Изучение структуры и алгоритмов работы триггеров, исследование функций переходов и таблиц истинности триггеров.

Краткие сведения из теории

При выполнении данной работы вам необходимо ознакомиться с информацией, приведенной в общих сведениях, где представлены таблицы истинности (см. таблицу 4.3) и функций возбуждения (табл. 4.4), характеристическое уравнение и граф переходов (рис. 4.2). Исследуем работу JK – триггера.

Рис. 4.6

Экспериментальная часть

1. Собрав схему, приведенную ниже, убедились в том, что при R=1 и S=0 триггер устанавливается в 1(Q=1, Q’=0), независимо от состояния остальных входов; при R =0, S=1 триггер устанавливается в 0 (Q=0, Q’=1), независимо от состояния остальных входов.

Таблица истинности триггера:

Временные диаграммы триггера для всех возможных комбинаций Q_t,J,K:

Вывод: т.к. установочные входы R и S имеют приоритет над остальными, то для исследования схемы при изменении сигналов на входах J и K необходимо одновременно подать пассивный уровень сигнала на входы установки. В этом случае состояние триггера будет изменяться по фронту импульса на счетном входе в зависимости от состояния входов J и K.

2. Исследуем работу JK-триггера в счетном режиме.

3. Собрали схему. Изменяя уровень сигнала на входе С, составили временные диаграммы сигналов на выходах Q₁ и Q₂ обоих RS-триггеров. Режим работы синхронный.