Краткие теоретические сведения. Изучение работы различных триггеров и формирование навыков их синтеза.

ИССЛЕДОВАНИЕ ТРИГГЕРОВ

Лабораторная работа №4

Цель работы

Изучение работы различных триггеров и формирование навыков их синтеза.

Краткие теоретические сведения

Триггером называется логическая схема, имеющая два устойчивых состояния и способная оставаться в одном из них заданное время. Состояние триггера определяется как единичное или нулевое.

Триггеры относятся к классу логических схем, которые называются последовательностными или цифровыми автоматами. В таких схемах значение выходных сигналов зависит не только от комбинации входных переменных, но и от последовательности изменения этих комбинаций. Это говорит о том, что последовательностная схема должна иметь память. Можно также сказать, что в таких схемах значение выходных сигналов зависит и от комбинации входных переменных и от значений самих выходных сигналов в момент времени, предшествующий изменению комбинации входных переменных.

По характеру реакции на входные сигналы логические схемы делятся на асинхронные и синхронные.

У асинхронных схем выходные сигналы меняются непосредственно после изменения входных (спустя время внутренней задержки).

У синхронных логических схем изменение выходных сигналов связано с состоянием дополнительного входа, который называется входом синхронизации или тактовым. Сигнал на этом входе задает момент приема информации. И в зависимости от того, какой параметр этого сигнала влияет на изменение информации на выходе, синхронные схемы разделяют на статические и динамические.

Статические схемы в промежуток времени, когда на синхронизирующем входе активный уровень сигнала, функционируют, как асинхронные. При изменение уровня сигнала с активного на неактивный информация, находящаяся в этот момент на выходе, запоминается и будет храниться до нового появления активного уровня на синхронизирующем входе. Про такие схемы говорят, что они “прозрачны” во время активного уровня сигнала на синхронизирующем входе.

Динамические схемы “не прозрачны” при любом уровне сигнала на синхронизирующем входе. Информация на выходе у них может изменяться только в момент смены сигнала на этом входе с низкого уровня на высокий (0, 1- отрицательный перепад), либо с высокого уровня на низкий (1, 0 положи -

тельный перепад)

Триггеры являются простейшими последовательностными схемами. Их выходы (как и других последовательностных схем) обозначаются буквой Q. Обычно триггеры имеют два выхода: прямой Q и инверсный . Сигналы на этих выходах взаимно противоположны.

В уравнениях и таблицах истинности состояние выхода в момент, предшествующий изменению входных сигналов (в том числе и на синхронизирующем входе), обозначают Q, а момент после изменения какого-либо входного сигнала Q⁺.

Рисунок 7.1 а) Рисунок 7.1 б) Рисунок 7.1 в)

Самым простым по схемному исполнению среди триггеров является асинхронный RS-триггер. Он имеет два информационных входа: S-установка единицы и R-установка нуля (сброс). Алгоритм работы такого триггера представлен упрощенной таблицей истинности на рисунке 7.1.a). Комбинация S=0, R=0 отражает режим хранения информации. Комбинация R=1, S=1 является не рабочей (запрещенной), т.к. в случае перевода триггера после такой комбинации в режим хранения он с равной вероятностью может установиться, как в 1, так и в 0. Это зависит
от того, какой вход выиграет “гонку”. Поэтому в схеме должны быть приняты меры, исключающие подачу на вход такой комбинации (например, формировать короткие информационные импульсы).По полной таблице истинности можно составить уравнение RS-триггера. После минимизации и перевода в базис И-НЕ оно имеет вид

(7.1)

Схема, составленная по уравнению (7.1), показана на рисунке 7.1 б). Если в этой схеме убрать инверторы, то она будет проще и для её реализации потребуется всего два ЛЭ 2И-НЕ. Получится триггер с инверсным управлением, у которого информационные сигналы имеют противоположное значение тем, что указаны в таблице на рисунке 7.1 а). Триггер с прямым управлением тоже можно построить на двух ЛЭ по аналогичной схеме, используя элементы 2ИЛИ-НЕ.

Асинхронные RS-триггеры выпускаются в интегральном исполнении, но чаще их собирают из отдельных ЛЭ.

На базе RS-триггеров строят более сложные триггеры, которых имеется большое разнообразие. Для этого к RS-триггеру, который называют базовой ячейкой памяти, добавляют схему управления и дополнительные RS-триггеры.

Входы таких триггеров можно разделить на три группы в зависимости от роли сигналов, которые на них поступают. Информационные входы определяют информацию, которая будет записана в триггер. Синхронизирующие входы определяют момент приёма и записи информации (чаще всего их обозначают буквой “C”). Управляющие входы выполняют вспомогательные функции: разрешение работы, предустановка, перевод в высокоомное состояние и т.д. Такое разделение распространяется и на другие последовательностные схемы. Синхронизирующий и управляющий входы могут отсутствовать.

Асинхронный RS-триггер легко превратить в синхронный статический, используя вместо инверторов ЛЭ 2И-НЕ, как показано на рисунке 7.1 в). Когда на входе С высокий уровень сигнала, элементы 2И-НЕ открыты и триггер работает, как асинхронный. Когда на входе С низкий уровень, элементы 2И-НЕ закрыты и информационные сигналы не влияют на состояние выхода.

У синхронного JK-триггера, в отличие от RS-триггера, нет запрещенной комбинации. Алгоритм его работы представлен упрощенной таблицей истинности на рисунке 7.2 а).

Рисунок 7.2 а) Рисунок 7.2 б)

Этот триггер имеет информационные входы J-(установка1), К-(установка 0), синхронизирующий вход С, управляющие асинхронные входы S и R. Условное обозначение такого триггера показано на рисунке 7.2 б). Триггер срабатывает по перепаду 1, 0. При J=1 и К=1 информация на выходе меняется на противоположную.