Теоретические сведения. Лабораторная работа 5

Лабораторная работа 5

 

ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ RS-, D-,

JК-ТРИГГЕРОВ

 

Цель работы

Исследовать работу данных триггеров и построить таблицы их состояний.

 

Теоретические сведения

 

Одно из наиболее распространённых импульсных устройств, относящихся к базовым элементам цифровой техники - триггер (от англ. trigger - защёлка).

Триггером называют устройство, обладающее двумя состояниями устойчивого равновесия и способное скачком переходить из одного состояния в другое под воздействием внешнего управляющего сигнала.

Состояния устойчивого равновесия характеризуются тем, что после слабого внешнего воздействия устройство возвращается в исходное состояние, т. е. токи и напряжения принимают исходные значения в отличие от состояния неустойчивого равновесия, при котором любое слабое внешнее воздействие нарушает это состояние. Для перехода триггера из одного устойчивого состояния в другое необходимо, чтобы входной сигнал превысил пороговое значение.

В современной электронике триггеры выполняются, как правило, в виде микросхем, построенных на основе логических элементов. На рис. 1(а,в) приведены схемы триггеров на логических элементах ИЛИ-НЕ, И-НЕ, а на рис. 1(б,г) показаны их условные обозначения. Допустим, что на входах R и S сигналы равны "Ø" (R = Ø, S = Ø), а на прямом выходе Q сигнал равен "1" (Q = 1). Тогда на инверсном выходе сигнал равен "Ø", так как на одном из входов (соединённом с Q) логического элемента ИЛИ-НЕ сигнал равен "1". На обоих входах элемента Э₁ сигнал "Ø", поэтому Q=1. Очевидно, при R = Ø, S = Ø возможно и второе устойчивое состояние, при котором Q = Ø, = 1. Заметим, что при S = 1, R = Ø триггер оказывается в первом устойчивом состоянии (Q = 1, = Ø), а при S = Ø, R = 1 - во втором устойчивом состоянии (Q = Ø, = 1). Комбинация S = 1, R = 1 недопустима.

Рассмотренный триггер называют RS-триггером. Вход S называется установочным (от англ. set – устанавливать), а вход R – входом сброса (от англ. reset – переустанавливать). При S = 1 триггер устанавливается в состояние "1" (Q = 1, = Ø), при R = 1 - сбрасывается в состояние " Ø" (Q = Ø , = 1).

Аналогично работает RS-триггер на элементах И-НЕ (pис. 1в) с той разницей, что он должен иметь инверсные входы, т.е. устанавливаться в состояние "1" при S = Ø и сбрасываться в состояние "Ø" при R = Ø. Запрещенная комбинация входных сигналов для этой схемы – "Ø", "Ø".

Триггеры можно классифицировать по функциональному признаку и по способу управления. По функциональному признаку различают триггеры RS, D, Т, JК и других типов, по способу управления – асинхронные и синхронные (тактируемые). Рассмотренный RS-триггер относится к асинхронным, так как переход его из одного состояния в другое происходит в темпе поступления сигналов на информационные (R, S) входы и не связан с тактовыми сигналами. В синхронных триггерах, помимо информационных, имеется вход тактовых (синхронизирующих) сигналов, и переключения триггера происходят только при наличии тактового сигнала. Синхронный режим работы является основным в ЭВМ, на нем основан принцип действия ряда узлов цифровой техники, например, D- и JК-триггеры, регистры и т.д.

На рис. 2 (а,б) приведены схема и условное обозначение синхронного RS-триггера на элементах И-НЕ. Схема рис. 2а отличается от схемы асинхронного триггера (рис. 1б) наличием двух дополнительных элементов И-НЕ, благодаря которым управляющие сигналы проходят на входы R и S только при воздействии на синхронизирующий вход сигнала "1" (С = 1).

Для приёма информации по одному входу используются D-триггеры (от англ. delay – задержка). На рис. 3 (а,б) приведены схема и условное обозначение D-триггера на элементах И-НЕ. D-триггер переходит в состояние "1" (Q = 1), если в момент прихода синхронизирующего сигнала (С = 1) на его информационном входе сигнал "1" (D = 1). В этом состоянии триггер остается и после окончания сигнала на входе D до прихода очередного синхронизирующего сигнала, возвращающего триггер в состояние "Ø". Таким образом, D-триггер "задерживает" поступившую на его вход информацию на время, равное периоду синхронизирующих сигналов.

Действительно, при D = 1, С = 1 на выходе элемента Э₁ сигнал "Ø" ( =Ø), а на выходе Э₂ – "1" ( = 1), так как на его входах "1" и "Ø" (рис. 3а). Так как RS-триггер имеет инверсные входы, то при = Ø, = 1 он переходит в состояние "1" (Q = 1, = Ø) и остается в этом состоянии до тех пор, пока при D = Ø не получится С = 1. В этом случае = 1, = Ø и триггер возвращается в состояние "Ø" (Q = Ø, = 1). При D = Ø, = 1, независимо от С, Q = Ø.

Т-триггер (от англ. tumble – опрокидываться, кувыркаться), или счётный триггер, имеет один информационный вход и переходит в противоположное состояние в результате воздействия на его вход каждого очередного сигнала. Название "счётный" (или "со счётным запуском") связано с широким применением Т-триггеров в счётчиках импульсов. На рис. 4 (а,б) приведены условное обозначение и временные диаграммы Т-триггера.

Т-триггеры выполняются на основе двух последовательно соединенных RS-триггеров (MS-схема), первый из которых называют ведущим (от англ. master – хозяин), а другой – ведомым (от англ. slave – раб). На рис. 5(а,б) приведены схемы и условное обозначение МS-триггера (двухступенчатого триггера), в котором триггер T₁– ведущий, а триггер Т₂ – ведомый. При поступлении сигналов на информационные входы R или S триггера T₁ , он принимает соответствующее состояние ("Ø" или "1") в момент, когда С₁ = 1. Сигналы с выходов Q_{1 ,} ведущего триггера не проходят в ведомый, поскольку С₂ = Ø. Информация пройдет в ведомый триггер только по окончании синхронизирующего сигнала (C₁ = Ø , C₂ = 1) и будет отображена на выходах Q₂,

.

Для получения двухступенчатого Т-триггера достаточно ввести обратные связи (на рис. 5а показаны пунктиром) и использовать вход С₁ как информационный (Т). Тогда при Т = 1 триггер Т₁ устанавливается в состояние, противоположное состоянию триггера Т₂ (например, при Q₂ = Ø, = 1 – в состояние Q₁ = 1, = Ø), а при Т = Ø триггер Т₂ переходит в состояние, совпадающее с состоянием триггера T₁ (Q₂ = 1, = Ø). Таким образом, на выходах Q₂, сигнал изменяется на противоположный по окончании каждого очередного импульса Т, что соответствует диаграмме (рис. 4б).

Универсальный триггер, или JK-триггер, имеет информационные входы J и К и синхронизирующий вход С (рис. 6a). JK-триггер получают из двухступенчатого Т-триггера путем использования трёхвходовых элементов И-НЕ во входных цепях ведущего триггера подобно тому, как используют двухвходовые элементы И-НЕ в схеме рис. 2а. Использование третьих входов элементов И-НЕ позволяет реализовать два дополнительных информационных входа: J и К (рис. 6а). При J = K = 1 триггер изменяет свое состояние на противоположное в момент окончания каждого синхронизирующего сигнала. Таким образом,

соединяя входы JK-триггера по схеме рис. 6б, получают Т-триггер.

Используя вход J как вход S, а К – как R, реализуют синхронный RS-триггер, особенность которого состоит в том, что при комбинации S=R=1, запрещенной для обычного RS-триггера, он переключается на каждый синхронизирующий сигнал. Добавлением инвертора на входе JK-триггера получают D-триггер (рис. 6б).

Все типы триггеров, реализуемые на основе JK-триггера, дают задержку в появлении выходных сигналов, равную длительности синхронизирующего сигнала.