СРС3 > Розробка базових тригерів

Тема: Тригери. RS-тригер, JK-тригер, T-тригер, D-тригер. Розробка комбінаційних схем тригерів

Теорія

1. RS-тригер

Тригери являють собою імпульсні пристрої, які характеризуються наявністю двох стійких станів. Найпростіший тригер має два входи і два виходи (рис. 1). Виходи позначають Q і /Q. Вихід Q називають прямим, a /Q – інверсним. Рівні напруги на обох виходах взаємно інверсні: якщо сигнал Q = 1, то /Q = 0, або якщо Q = 0, то /Q = 1. Необхідно ще відзначити, що стан тригера, при якому Q = 1, a /Q = 0, називають одиничним. При нульовому стані тригера Q = 0 і /Q = 1. З надходженням сигналів на входи тригера в залежності від його стану або відбувається перемикання, або початковий стан зберігається. В залежності від функціонального зв’язку між логічними сигналами на входах і виходах тригери в інтегральному виконанні мають наступні найменування: /R/S, RS, D, Т, JK і деякі інші. Тими ж буквами позначають і входи тригерів.

Рис. 1. R/S-тригер: А – часова діаграма роботи, Б – умовне графічне позначення, В – схема с двома ЛЕ И-НЕ

На рис. 1 показаний найпростіший тригер – типу /R/ S. Тут використані тільки два ЛЕ ТА-НІ. Призначення входів: /S-для установки тригера в одиничний стан та /R – для повернення в нульовий стан. Риски над позначеннями входів показують, що перемикання тригера відбувається, коли вхідна напруга високого рівня змінюється напругою низького рівня (рис. 1, а). Неважко побачити, що коли на входи не надходять сигнали, тригер зберігає свій стан. Якщо, Наприклад, Q = 1 і /Q = 0, тобто тригер в одиничному стані, то, оскільки вихід DD1 пов’язаний з одним із входів DD2, а вихід DD2 – з одним із входів DD1, на двох входах DD2 діє напруга високого, а на виході – низького (/Q = 0) рівня. У той же час на одному з входів DD1 напруга низького, а на виході – високого рівня. Якщо тепер на вхід /S надходить сигнал з означеної полярністю (момент t1, рис. 1, а), стан тригера не зміниться, тому що надходження сигналу на другий вхід DD1 тимчасово змінить тільки поєднання сигналів на входах (до подачі сигналу воно було 1 і 0, а стало 0 і 0), але вихідний стан DD1 залишається при цьому незмінним. Якщо, проте, сигнал надійде на вхід /R (момент t2), на обох входах DD2 вже виявляться напруги різного рівня, стан ЛЕ зміниться і на виході його буде напруга високого рівня. На обох входах DD1 виявляться напруги високого рівня, а на виході – низького, тобто тригер “перекинеться” і перейде в інший стан: Q = О і /Q = 1.

Зі сказаного випливає, що зміна стану тригера відбувається лише при чергуванні сигналів низького рівня на входах /S та /R. При цьому, якщо такі сигнали надійдуть на обидва входи одночасно, то після їх припинення стан тригера стане невизначеним (стан Q = 0 або Q = 1 рівноймовірно). Тому одночасна подача сигналів низького рівня на обидва входи не дозволяється.

Робота /R/S-тригера характеризується таблицею станів (індекси n й n+1 означають приналежність сигналу моменту часу tn і наступному за ним tn+1):

/Rn /Sn Qn+1 /Qn+1
Qn /Qn
Невизначений стан  

Не дозволяється одночасна подача напруги низького рівня на обидва входи /R/S-тригера.

Тригер типу RS, як і /R/S-тригер, “запам’ятовує”, на який з двох входів (R або S) надійшов останній сигнал: якщо на вхід R, тригер знаходиться в нульовому стані (Q = 0 і /Q = 1 ), а якщо на вхід S, то в одиничному стані (Q = 1 і /Q = 0).

Рис. 2. RS-тригер: А – часова діаграма роботи, Б – умовне графічне позначення, В – схема с чотирма ЛЕ ТА-НІ.

На рис. 2 показана схема RS-тригера, виконаного на ЛЕ ТА-НІ. Вона відрізняється від схеми /R/S-тригера тим, що до кожного входу додано по інвертору (DD3 і DD4), які лише забезпечують необхідний рівень вхідних сигналів.

Зміна вхідних сигналів від низького рівня до високого призводить до зміни стану тригера (моменти t1, t2, t2 і t5; в момент t4 перекидання не відбувається, так як тригер вже встановлено в одиничний стан в попередній момент – t3).

Все сказане щодо RS-тригера зберігає силу і для /R/S-тригера. Єдина відмінність стосується інверсії рівнів вхідних сигналів (R замість /R і S замість /S).

Робота RS-тригера характеризується наступною таблицею станів:

Rn Sn  Qn+1 /Qn+1
Qn /Qn
Невизначений стан  

2. D-тригер

Тригер типу D – це пристрій з двома стійкими вихідними станами. Зміною стану керують сигнали на інформаційному вході D (рис. 5.1), але перемикання відбувається не відразу, а з приходом тактового імпульсу на другий вхід С. Найважливіша властивість D-тригерів в тому, що, як тільки на вхід З надходить імпульс, на виході Q встановлюється той же рівень напруги, який в цей момент діє на вході D, тобто перекидання тригера відбувається з деяким відставанням dt щодо зміни сигналу на вході D. Тому D-тригери ще називають тригерами затримки.

 

Рис. 1. D-тригер: А – часова діаграма роботи, Б – умовне графічне позначення, В – схема с чотирма ЛЕ ТА-НІ

Тригер, схема якого показана на рис. 5.1, в, містить чотири ЛЕ ТА-НІ. Тут DD1 і DD2 утворюють знайомий /R/ S-тригер. Додаткові елементи DD3 і DD4 перетворюють його в D-тригер. Діє D-тригер наступним чином. Якщо D = 1, то при наявності тактового імпульсу на виході DD3 формується сигнал, вид якого показаний на рис. 5.1, ст. Сигнал діє на /R/S-тригер подібно сигналу /S, і на виході Q встановлюється напруга високого рівня (Q = 1, a / Q = 0). При цьому на виході DD4 напруга високого рівня, так як за відсутності тактових імпульсів (С = 0) на вході А діє напруга високого і на вході В – низького рівня, а з приходом тактового імпульсу (С = 1) на вході A виникає напруга низького , а на вході В – високого рівня.

Якщо на вхід D подано напругу низького рівня, на виході DD3 буде напруга високого рівня, а тактовий імпульс, інвертований елементом DD4, як показано на рис, 5.1, в штрихами, діє подібно сигналу /R. Завдяки цьому тригер знову змінить стан: Q = 0 і /Q = 1.

D-тригер має наступну таблицю станів:

C Dn  Qn+1 /Qn+1

Стан виходу Q співпадає з станом входу D в момент надходження тактового імпульсу на вхід С.

3. T-тригер

Тригер типу Т являє собою пристрій з двома стійкими вихідними станами, зміною яких керують тільки по одному входу Т (рис. 6.1). Подача імпульсу на цей вхід завжди призводить до зміни стану тригера. На виході Q виникає рівень напруги, колишній на /Q, і навпаки.

На рис. 6.1, в показана схема T-тригера на ЛЕ ТА-НІ. Відмінність T-тригера від D-тригера в тому, що вхід А елемента DD3 постійно пов’язаний з виходом /Q. Роботу T-тригера легко зрозуміти. Коли Q = 1, стан іншого виходу /Q = 0. Так як вхід А з’єднаний з виходом / Q, то на вході А напруга низького рівня. Після надходження тактового імпульсу на вхід Т на виході Q встановиться напруга низького рівня (Q = 0, і / Q = 1). При надходженні наступного тактового імпульсу на вході А вже буде напруга високого рівня і відбудеться нова зміна стану (рис. 6.1a).

Рис. 6. T-тригер: А – часова діаграма роботи, Б – умовне графічне позначення, В – схема с чотирма ЛЕ ТА-НІ

Стан T-тригера змінюється з надходженням на вхід чергового імпульсу. Таблиця станів T-тригера має наступний вигляд:

Tn  Qn+1 /Qn+1
Qn /Qn
/Qn Qn

4. JK-тригер

Тригер типу JK являє собою пристрій з двома стійкими вихідними станами, що володіє двома інформаційними входами J та K (рис. 7.1). За принципом дії він подібний з RS-тригером, з тією різницею, що в станах JK-тригера немає невизначеності при одночасному надходженні сигналів високого рівня на обидва входи. На рис. 7.1В показана схема JK-тригера на ЛЕ ТА-НІ. Вона відрізняється від схеми RS-тригера тільки тим, що елементи DD3 і DD4 включені не як інвертори, а по входам A3 і A4 керуються сигналами з виходів тригера /Q і Q, відповідно.

Роботу схеми пояснює рис. 7.1А. Якщо JK-тригер знаходиться в нульовому стані (Q = 0, a /Q = 1-до моменту t1) і на вхід J надійде сигнал показаного на малюнку виду, на виході DD3 за рахунок зв’язку виходу /Q з входом A3, виникне сигнал низького рівня. Він буде діяти подібно сигналу /S на вході /R/S-тригера, утвореного елементами DD1 і DD2, тобто викличе зміну стану тригера. Якщо JK-тригер перебував в одиничному стані (Q = 1 і / Q = 0 – до моменту t2) і сигнал надійде на вхід K, то, міркуючи аналогічно, можна переконатися, що на виході DD4 виникає сигнал (зображений на малюнку штрихами), який діє подібно сигналу /R, тобто стан тригера знову зміниться (в цьому випадку на виході DD3 напруга високого рівня). Коли на обох входах J і К одночасно напруга низького рівня, стан тригера зберігається.

Рис. 7. JK-тригер: А – часова діаграма роботи, Б – умовне графічне позначення, В – схема с чотирма ЛЕ ТА-НІ

Коли на входи J і К одночасно надходить напруга високого рівня, подальша поведінка тригера залежить від його вихідного стану.

1. Початковий стан JK-тригера – одиничний (Q = 1 і /Q = 0 – після моменту t3). За рахунок зв’язку /Q з A3 на вході A3 = 0 і на виході DD3 зберігається напруга високого рівня, на який сигнал J = 1 на вході Вз не впливає. У той же самий час на виході елемента ТА-НІ (DD4) внаслідок зв’язку входу В4 з виходом Q (Q = 1) з’явиться сигнал /R, від якого /R/S-тригер, що складається з DD1 і DD2, змінить стан (Q = 0, a /Q = l – після моменту t4).

2. Початковий стан тригера – нульовий (Q = 0 і /Q = 1 – після моменту t4). Розмірковуючи аналогічно, неважко переконатися, що на виході DD4 збережеться напруга високого рівня, а на виході DD3 з’явиться сигнал /S, який змінить стан /R/S-тригера (Q = 1, /Q = 0 – після моменту t5).

Таким чином, в обох випадках JK-тригер змінює свій стан. У цьому й полягає відмінність між JK-та RS-тригерами.

Робота JK-тригера визначається наступною таблицею станів:

J Qn+1 /Qn+1
Qn /Qn
/Qn Qn

Варіанти завдань

Розв’язати системи логічних рівнянь відносно вхідних сигналів