RS-триггер с инверсными входами.
Практическая работа №10
ТРИГГЕРЫ
Цель работы: изучить назначение и принцип работы основных видов триггеров
Общие сведения
Интегральные триггеры обычно реализуются на логических элементах И-НЕ, ИЛИ-НЕ. Если на один из входов элемента И-НЕ подан лог. 0, то на выходе этого элемента возникает лог. 1 независимо от того, каковы логические уровни на других входах; лог. 1, поданная на один из входов элемента ИЛИ-НЕ, установит на выходе уровень лог. 0, который не будет зависеть от логических уровней, действующих на других входах элемента.
Такие логические уровни, которые, действуя на одном из входов элемента, однозначно задают логический уровень на его выходе независимо от уровней на других входах, будем называть активными логическими уровнями. Таким образом, активный логический уровень для элементов И-НЕ - уровень лог. 0, для элементов ИЛИ-НЕ - уровень лог. 1.
Так как при подаче активного логического уровня на один из входов элемента он и определяет уровень на выходе элемента (выходной уровень элемента при этом не зависит от уровней на других входах), можно говорить, что при этом происходит логическое отключение остальных входов элемента.
Уровни, обратные активным, будем называть пассивными логическими уровнями. Пассивными уровнями для элементов И-НЕ служит уровень лог. 1, для ИЛИ-НЕ - уровень лог. 0. При действии на одном из входов пассивного логического уровня уровень на выходе элемента определяется логическими уровнями на других его входах.
Пользование понятиями активного и пассивного логических уровней облегчает анализ функционирования триггеров, построенных на элементах И-НЕ при ИЛИ-НЕ.
Назначение триггера.
Триггер - устройство, предназначенное для хранения значения одной логической переменной (или значения одноразрядного двоичного числа, при хранении многоразрядных двоичных чисел для запоминания значения каждого разряда числа используется отдельный триггер). В соответствии с этим триггер имеет два состояния: одно из них обозначается как состояние лог. 0, другое - состояние лог. 1.
Воздействуя на входы триггера, его устанавливают в нужное состояние.
Основные обозначения.
Триггер имеет два выхода: прямой Q и инверсный . Уровнями напряжения на этих выходах определяется состояние, в котором находится триггер: если напряжение на выходе Q соответствует уровню лог. 0 (Q = 0), то принимается, что триггер находится в состоянии лог. 0, при Q = 1 триггер находится в состоянии лог. 1. Логический уровень на инверсном выходе представляет собой инверсию состояния триггера (в состоянии 0 Q = 1 и наоборот).
Триггеры имеют различные типы входов. Приведем обозначение и назначение входов триггеров:
R (от английского RESET) - раздельный вход установки в состояние 0;
S (от английского SET) - раздельный вход установки в состояние 1;
K - вход установки универсального триггера в состояние 0;
J - вход установки универсального триггера в состояние 1;
T - счетный вход;
D (от английского DELAY) - информационный вход установки триггера в состояние, соответствующее логическому уровню на этом входе;
C - управляющий (синхронизирующий) вход.
Наименование триггера определяется типами его входов. Например, RS-триггер - триггер, имеющий входы типов R и S.
По характеру реакции на входные сигналы триггеры делятся на два типа: асинхронные и синхронные. Асинхронный триггер характеризуется тем, что входные сигналы действуют на состояние триггера непосредственно с момента их подачи на входы, в синхронных триггерах - только при подаче синхронизирующего сигнала на управляющий вход С.
Типы триггеров.
Рассмотрим общие характеристики основных типов триггеров. Каждый тип триггера характеризует таблица переходов (табл. 4.1).
| Таблица 4.1 | |||||
| а) | б) | ||||
| S | R | Q | J | K | Q |
| Q0 | Q0 | ||||
| * | 0 |
| в) | г) | ||
| D | Q | T | Q |
| Q0 | |||
| 0 |
Таблица переходов (табл. 1,а) соответствует работе RS-триггера. Здесь Q0 - текущее состояние триггера (состояние до подачи на вход активного сигнала). При отсутствии на входах R и S активного уровня триггер сохраняет текущее состояние Q0. Активный сигнал R = 1 устанавливает триггер в состояние 0, а сигнал S = 1 - в состояние 1. Звездочкой в таблице отмечено состояние, соответствующее запрещенной комбинации входных сигналов.
Таблица 1,б является таблицей переходов JK-триггера. Этот тип триггера отличается от RS-триггера отсутствием запрещенной комбинации входных сигналов, при J = K = 1 триггер устанавливается в состояние, противоположное текущему состоянию Q0.
Таблица 1,в является таблицей переходов D-триггера. Триггер устанавливается в состояние, соответствующее уровню сигнала на входе 0.
Таблица 1,г определяет работу Т-триггера. При входном сигнале Т = 0 триггер сохраняет текущее состояние Q0, при входном сигнале Т = 1 триггер переключается в состояние, противоположное текущему.
Асинхронные триггеры.
RS-триггер с прямыми входами. Логическая структура триггера представлена на рис. 1,а. Триггер построен на двух логических элементах ИЛИ-НЕ, связанных таким образом, что выход каждого элемента подключен к одному из входов другого. Такое соединение элементов в устройстве обеспечивает два устойчивых состояния, в чем легко убедиться.
Пусть на входах R и S действуют пассивные для элементов ИЛИ-НЕ уровни лог. 0, которые не влияют на состояние триггера. В состоянии 0 триггера на выходе элемента A Q = 0; этот уровень подается на вход элемента B, при этом на обоих входах элемента B действует уровень лог. 0 и на выходе элемента = 1; с выхода элемента В уровень лог. 1 поступает на вход элемента А, что и обеспечивает на его выходе уровень 0. Это одно из устойчивых состояний триггера. В состоянии 1 триггера на выходе элемента А Q = 1, что обусловливает на выходе элемента В = 0, при этом на обоих входах элемента А действуют уровни 0, что и обеспечивает на выходе этого элемента уровень лог, 1. Таким образом, в каждом из состоянии триггера элементы А и В оказываются в противоположных состояниях.
рис. 4.1
Переключение триггера из одного устойчивого состояния в другое происходит при подаче активных сигналов на входы.
Под действием уровня R = 1 элемент А установится в состояние, при котором на его выходе Q = 0, следовательно, на инверсионном выходе = 1, и, таким образом, триггер устанавливается в состояние 0. Если триггер и прежде, до подачи сигнала R = 1, находился в состоянии 0, то его состояние не изменяется. Если же триггер находился в состоянии 1, то при подаче сигнала R = 1 произойдет переключение элемента А и на его выходе установится уровень Q = 0; далее этот уровень, действуя на входе элемента К, переключит его и на выходе элемента В установится уровень Q = 1 , после чего триггер оказывается установленным в состояние 0. Таким образом, при переключении триггера из одного состояния в другое его элементы последовательно переключаются и время переключения равно удвоенному среднему времени задержки распространения сигнала в логическом элементе ИЛИ-НЕ:
| t пер = 2t зад. р. ср. | (4.1) |
Очевидно, чем меньше t пер, тем большее число переключений триггера удастся произвести в единицу времени, т.е. будет выше допустимая частота переключений или, иначе говоря, быстродействие триггера.
Процесс установки триггера в состояние 1 при подаче на вход S уровня лог. 1 аналогичен описанному.
Одновременная подача активных уровней 1 на оба входа R и S не допускается, так как при этом на обоих выходах установится уровень 0, а после снятия со входов активных уровней состояние триггера окажется неопределенным: в силу случайных причин триггер может установиться в состояние 0 либо 1. На рис. 1,б приведена таблица состояний RS-триггера в форме таблицы Вейча. Из этой таблицы может быть построено логическое выражение, определяющее функционирование RS-триггера:
| (4.2) |
т.е. триггер устанавливается в состояние 1 под действием входного уровня S = 1 либо остается в этом состоянии 1, если R = 0 и прежнее состояние триггера Q0 = 1.
На рис. 1,в показано условное обозначение асинхронного RS-триггера.
RS-триггер с инверсными входами.
Логическая структура триггера приведена на рис. 4.2,а. Отличие от логической структуры рассмотренного выше RS-триггера с прямыми входами состоит лишь в том, что здесь использованы логические элементы И-НЕ.
рис 4.2
При этом активным логическим уровнем на входах является уровень лог. 0, пассивным - лог. 1. Для того чтобы активными были, как и в предыдущем триггере, входные сигналы S = 1 и R=1, будем считать, что на входы подаются инверсии и . Тогда при S = 1 (или R = 1) = 0 (или = 0) и на входе триггера будет действовать активный уровень лог. 0. Другое удобство такого обозначения входных величин состоит в том, что триггер с инверсными входами описывается той же таблицей состояний (рис. 4.1.б), что и триггер с прямыми входами.
Рассмотрим устойчивые состояния триггера. Пусть на входах действуют пассивные уровни S = 0 и R = 0 ( = l и = 1). В состоянии 0 триггера Q = 0, этот уровень передается на вход элемента В и вызывает на его выходе уровень Q = l, уровень 1 с выхода элемента В подается на вход элемента А, и так как на обоих входах элемента А уровень 1, то на выходе этого элемента Q = 0. Аналогично определяется второе устойчивое состояние триггера.
При подаче активного уровня = 0 (S = 1) на выходе элемента А устанавливается уровень Q = l, на выходе элемента В - уровень = 0 и триггер оказывается установленным в состояние 1. При подаче активного уровня = 0 (R = 1) триггер устанавливается в состояние 0. Как и для триггера с прямыми входами, одновременная подача активных уровней на оба входа не допускается.
На рис. 4.2,б показано условное обозначение RS-триггера с инверсными входами.