Задания

Для схем триггеров рис. 15, 16,17а, 18а, 21а

5. Построить таблицу переходов с учетом всех входных сигналов, предыдущего состояния и состояния первой ступени.

6. Написать уравнение функционирования триггера, (т.е. логическую функцию текущего состояния от всех входов и предыдущего состояния).

7. Построить временные диаграммы работы триггеров, отражающие следующие режимы: переключение из "0" в "1", из "1" в "0", хранение, счет (при наличии данного режима).

8. Оценить задержки схемы в дискретных единицах , где  - средняя задержка распространения сигнала одного логического элемента.

Применение триггеров

Основное применение триггеры находят в счетчиках (делителях частоты) и регистрах.

Счетчиком называется триггерное устройство, предназначенное для подсчета импульсов, подаваемых на его вход. В радиоэлектронной аппаратуре широко используются счетчики следующих типов: асинхронные и синхронные счетчики, счетчики предназначенные для счета в двоичной и десятичной системах счисления, счетчики с увеличением счета (однонаправленные), с увеличением и уменьшением счета (двунаправленные или реверсивные), с постоянным или переключаемым коэффициентом деления.

Основой счетчика всегда является линейка из нескольких последовательно соединенных триггеров. Обычно между триггерами дополнительно вводятся обратные связи, позволяющие получать отличный от 2ⁿ (n – число триггеров) коэффициент деления. Так, счетчик содержащий в своем составе четыре триггера (обычно это самый распространенный вариант) имеет максимальный коэффициент деления 16. Для получения коэффициента деления 10 в схему счетчика вводятся обратные связи. В этом случае коэффициент деления будет определяться по следующему выражению: ; Здесь в круглых скобках записано число 6 в двоичной форме (0110). Следовательно, обратная связь, необходимая для получения коэффициента деления 10 подается на второй и третий триггеры.

Для получения счетчика с заданным коэффициентом деления K следует руководствоваться условием: ; При коэффициенте деления 16 в этом случае требуется четыре триггера, выходной код такого счетчика будет всегда находиться в интервале от 0000 до 1111. При введении обратных связей в триггеры 2 и 3 счетчик останавливает счет при достижении выходного кода, равного 1001 (9). Промышленность выпускает четырехтриггерные счетчики в двух вариантах: с обратными связями во втором и третьем триггерах (десятичный счетчик) и без них (двоичный счетчик).

Поскольку счетчики состоят в основном из триггеров, на них распространяется также триггерная классификация по вариантам синхронизации. Как и триггеры, счетчики бывают синхронными и асинхронными. В асинхронном счетчике каждый последующий триггер получает управляющий импульс от предыдущего триггера, в синхронном счетчике все триггеры получают синхроимпульс одновременно. В синхронном счетчике можно осуществлять параллельную синхронную загрузку данных. Кроме того, становится возможным осуществить реверс счета, т.е. с приходом каждого синхроимпульса содержимое счетчика можно уменьшать либо увеличивать на единицу.

Рассмотрим для примера структуру четырехтриггерного двоично-десятичного счетчика К155ИЕ2, схема которого показана на рисунке 24 (материал почти без изменений взят из справочника по ИМС).

Счетчик состоит из четы­рех комбинированных триггеров типа JK. Первый триггер может работать самостоятельно и образует делитель входной последовательности импульсов с коэффициентом деления 2. Тактовый вход первого триггера С0 инверс­ный динамический, поэтому переключение триггера происходит спадом входного импульса. Осталь­ные три триггера образуют синхронный делитель на пять. Тактовые входы С1 инверсные динами­ческие, управляются синхронно спадом входного импульса.

Счетчик имеет два входа R для синхронного сброса (обну­ления), а также два синхронных входа предварительной установки двоичного кода (1001 =9). Входы R и S с логикой 2И-НЕ на входе. Входы синх­ронного сброса R1 и R2 запрещают действие импульсов по всем тактовым входам и входам предварительной установки. Импульс, поданный на вход R, производит сброс данных по всем триггерам одновременно. Подача напряжения на входы S1 и S2 запрещает прохождение тактовых сигналов, а также сигналов от входов R1 и R2 на счетчик. Так как выход первого триггера внут­ренне не соединен с последующими тремя триггерами, то возможны три независимых режима работы счетчика: двоично-десятичный режим, режим счетчика-делителя частоты на 10 и режим деления на пять.

При использовании К155ИЕ2 как двоично-десятичного счетчика с весом двоичных разрядов 8-4-2-1 необходимо выход первого триггера соединить с тактовым входом трех триггеров внешней перемычкой. Входная последовательность импульсов подается на тактовый вход первого триггера. При использовании К155ИЕ2 как счетчика-делителя входной частоты на 10 необходимо выход последнего триггера соединить с тактовым входом первого триггера внешней перемычкой. Входная тактовая последова­тельность подается на тактовый вход трех последующих триг­геров, а выходная последовательность снимается с выхода первого триггера. Выходная последовательность имеет вид меандра (скважность равна 2).

При использовании счетчика как дели­теля на 2 и на 5 внешние перемычки не нужны. В случае деления частоты на два входная последовательность подается на тактовый вход пер­вого триггера, а выходная снимается с выхода первого триггера. Три последующих триггера образуют делитель на 5. Вход­ная последовательность пода­ется на синхронный тактовый вход трех триггеров, а выходная снимается с выхода третьего триггера. Оба делителя работают неза­висимо.

Регистр – триггерное устройство, предназначенное для кратковре­менного хранения информации в двоич­ном виде. В качестве элементов памяти в регистрах используются триггеры, чаще всего двухступенчатые, в которых хранится 1 бит информации. Также регистр может содержать вспомогательные элементы, построенные на основе комбинационных схем и исполь­зующиеся для осуществления следующих операций:

• ввода и вывода из регистра хранимой информации;

• преобразования кода числа, хранящегося в регистре;

• сдвига числа влево или вправо на определенное число раз­рядов;

• преобразования последовательного кода числа в парал­лельный и наоборот;

• сброс регистра.

Регистры классифицируют по способам ввода информации в регистр и ее вывода:

• параллельные (регистры памяти);

• последовательные (регистры сдвига);

• параллельно-последовательные.

Информация в регистр может вводится в прямом либо обратном коде (однофазный регистр) или одновременно в прямом и обратном кодах (парафазный регистр). Дополнительно различают одно- и многоканальные регистры в зависимости от числа источников информации, с которых она посту­пает на входы регистра.

В простейшем регистре сдвига триггеры соединены последова­тельно, т. е. выходы предыдущего триггера передают инфор­мацию на входы последующего. Тактовые входы С триггеров соединены параллельно. Такой регистр имеет один вход и один выход и называется последовательным.

Другой тип регистров, параллельный, устроен так, что ко входу каждого триггера добавлена разрешающая логика, осуществляющая параллельную загрузку данных в регистр. Также возможно параллельное отображение выходных данных.

При введении в регистр сдвига обратной связи получается кольцевой регистр, т.е. данные с выхода регистра передаются на его вход.

Регистры могут быть реверсивные, т. е. записанную информацию можно сдвигать по линейке триггеров вправо или влево. Для включения режима сдвига предусматривают специальный вход. При выполнении операции сдвига в регистре на все разряды одновременно подается управляющий сигнал, по которому выходные сигналы с каждого разряда регистра передаются на соответствующие входы соседних (справа или слева) разрядов в направлении сдвига. В результате происходит перезапись слова вправо или влево на один разряд. Соответствующим подбором связей между триггерами (разрядами) регистра можно организовать сдвиг данных, хранящихся в регистре на любое количество разрядов.

Существуют многорежимные регистры, у которых входные и выходные линии данных объединены в одну шину данных (порт данных). Эта шина по соответствующей внешней команде может переключаться из режима приема данных в режим передачи данных. При приеме данных в параллельный многорежимный регистр сначала на шину данных подается сигнал «установка 0», очищающий содержимое регистра и переводящий регистр в режим приема данных, затем на установочные входы триггеров по шине данных подаются разряды входного записываемого слова. Выдача слова (в прямом или обратном коде) осуществляется с вентилей, присоединенных к прямым и инверсным выходам триггеров, по сигналам передачи прямого кода (ПК) или обратного кода (ОК) (одновременная подача сигналов ПК и ОК в однофазном регистре запрещена). Если соединить вместе линии сигналов ОК и ПК, то при подаче управляющего сигнала кодовое слово выдается на шину данных одновременно с прямых и инверсных выходов триггеров, т.е. на шине данных возникает прямой и обратный коды хранящегося слова (парафазный регистр).

Возможно использование регистров для построения АЦП.

Промышленность выпускает широкий ассортимент регистров в виде интегральных микросхем различных серий. Все микросхемы, содержащие в своем составе регистры обозначаются суффиксом «ИР», например К555ИР23.

На рисунке 25 показан простейший последовательный регистр на D-триггерах, на рисунке 26– параллельный кольцевой регистр на JK-триггерах.

Особенность регистра, показанного на рисунке 26, состоит в том, что в него введены цепи обратной связи с выходов триггера 4 на входы триггера 1, что обеспечивает кольцевую циркуляцию информации в регистре.