3.10. Элементная база синтеза комбинационных схем

Определение. Логическая схема, которая используется для чтения

(записи) и хранения цифровой информации называется триггером [6].

По виду получаемых сигналов потенциальных или импульсных различают статические и динамические триггеры.

В статическом триггере одному из устойчивых состояний условно ставится в соответствие логическая единица, а другому - логический ноль.

В динамическом триггере состоянию «единица» соответствует циркуляция импульсов в триггере, а состоянию «ноль» отсутствие циркуляции.

Определение. RS - триггер это логическая схема с двумя обратными связями, которая может находиться в одном из двух устойчивых состояний, обеспечиваемых этими связями.

Рассмотрим работу схемы асинхронного триггера

y1

&

&

y2

Изменение состояния триггера вызывается входными сигналами в соответствиями с уравнениями:

где R,S - входы триггера, а y1, y2 - его выходы. Работу триггера легко проследить по таблице:

S	R	Y1	Y2
0	1	0	1
0	0	0	1
1	0	1	0
0	0	1	0

Если под воздействием входного сигнала R=1 и S=0 - триггер находился в состоянии «1» (Y1=0, Y2=1), то с помощью логической обратной связи он сохраняет это значение и тогда, когда значение входного сигнала R изменяется на противоположное. Триггер перейдет в новое состояние - состояние «0» только при изменении входного сигнала S. Такой триггер называется триггером с раздельными входами, он запоминает входную информацию, не преобразуя ее. Как показывает таблица, триггер может менять свое состояние только при условии S  R.

Рассмотрим работу синхронного триггера :

y1

&

b

&

&

y2

a

В работу синхронного триггера вводится фазовый сигнал a для того, чтобы выделять рабочую a = 1 и не рабочую a = 0 фазы триггера , а также вводится индикатор b. На схеме это изображается дополнительным входом a, выходом b и дополнительным логическим элементом  &. Работа такого триггера может быть прослежена по таблице, где отражена смена сигналов в схеме в зависимости от сигналов на входе триггера. Следует отметить, что информация с триггера считывается только при в  0, то есть при наличии разрешающего сигнала а = 1.

a	S	R	y1	y2	b
0	0	1	1	1	0
1	0	1	0	1	1
0	0	1	1	1	0
1	1	0	1	0	1

Рассмотрим вопрос определения времени переходного процесса необходимого триггеру для перехода из одного внутреннего состояния в другое. Оно определяется числом логических элементов, изменивших свое состояние на противоположное и средним временем такого срабатывания относительно используемых базовых элементов. Если обозначить такое время через Т, то время переходного процесса при переходе из нерабочей фазы в рабочую будет t_{перех. проц.} = 2T. Если на входах R  S , то по a = 1 начинается рабочая фаза y1 = 0, y2 = 1, а затем b = 1. В нерабочей фазе по a = 0 b принимает значение 0. Длительность каждой фазы переходного процесса - 2T.

Определение. D - триггер осуществляет запись, хранение и одно - тактовую задержку входного сигнала.

Рассмотрим работу схемы D триггера:

T3 T2 T1

u1 q1 y1

D1 & & &

& u2 & & y2

D2 q2

& b a

Работу такого триггера легко проследить по таблице:

a	y1	y2	q1	q2	u1	u2	b	D1	D2
0	1	1	0	1	1	1	0	1	0
1	1	0	1	1	0	1	1	1	0
0	1	1	1	0	1	1	0	1	0

В фазе гашения a = 0 основной T1 триггер погашен (Y1=Y2=1) , триггер T2 находится в рабочем состоянии, триггер - T3 в стадии гашения. Входы не влияют на поведение схемы. Выход индикатора b = 0 . По a = 1 триггер T1 переходит в рабочее состояние, T2 гасится и тем самым разрешается запись в T3 информации со входов D1 и D2, после этого b = 1. Таким образом, рабочая фаза длится 4T, как и фаза гашения. Цикл работы схемы равен 8T.

Определение. T - триггер - устройство, предназначенное для записи, и хранения цифровой информации, его специфика заключается в том, что в рабочей фазе он принимает состояние, противоположное тому, в котором он находился в предыдущей рабочей фазе. Рассмотрим схему Т - триггера:

T2  b T1

q1 p1 y1

D1 & & &

&

D2 & & &

q2 p2 y2

а

Работа Т- триггера хорошо прослеживается по таблице:

a	y1	y2	q1	q2	p1	p2	b	D1	D2
1	1	0	0	1	1	1	1	1	0
0	1	1	0	1	1	0	0	1	0
1	0	1	1	0	1	1	1	0	1
0	1	1	1	0	0	1	0	0	1
1	1	0	0	1	1	1	1	1	0

Как показывает анализ таблицы, T - триггер в рабочей фазе принимает состояние противоположное тому, в котором он находился в предыдущей рабочей фазе.

Пусть фазовый сигнал a = 0 тогда триггер T1 погашен и его выходы не влияют на состояния вентилей p1 и p2 и также на триггер T2.

При фазовом сигнале a = 1 в триггер T1 производится запись информации с вентилей p1 и p2 и затем y2 = p1 и y1 = p2, что приводит к изменению состояния T2 на противоположное.

После перехода T2 в состояние q1 = y2 и q2 = y1 изменяется состояние того из вентилей, выход которого был равен 0. В результате p1 = p2 =1 и переход из 1 в 0 выхода индикатора  b завершает переходной процесс.

Таким образом, при переходе в рабочую фазу триггер T1 попадает в состояние противоположное тому, в котором он был в предыдущей рабочей фазе. Длительность рабочей фазы составляет 5T.

При a = 0 гасится триггер T1, что ведет к изменению одного из вентилей p1 или p2. В результате  b = 1, чем и завершается нерабочая фаза, ее длительность составляет 3T, а полный цикл работы T - триггера равен 8T.