Шпаргалка по "Цифровому устройству"

В современной  электронике триггеры выполняются, как правило, в виде микросхем, построенных  на основе логических элементов. На рис. 1а; 2а приведены схемы триггеров  на логических элементах ИЛИ-НЕ, И-НЕ, а на рис. 1б; 2б показаны их условные обозначения.

RS-триггер с  прямыми входами 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. Допустим, что на входах R и S сигналы равны лог. 0 (R = 0, S = 0), а на прямом выходе Q сигнал равен 1 (Q = 1). Тогда на инверсном выходе  сигнал равен 0, т.к. на одном из входов (соединенном с Q) логического элемента ИЛИ-НЕ сигнал равен 1. На обоих входах элемента А сигнал 0, поэтому Q = 1. Очевидно, при R = 0 и S = 0 возможно и второе устойчивое состояние, при котором Q = 0,  = 1. Не трудно увидеть, что при S = 1, R = 0 триггер оказывается в первом устойчивом состоянии (Q = 1,  = 0), а при S = 0, R = 1 - во втором устойчивом состоянии (Q = 0,  = 1).

Когда на обоих  информационных входах существуют логические нули (S = 0, R = 0), сигналы на выходе могут  иметь одно из двух сочетаний: Q = 1;  = 0 либо Q = 0;  = 1. Комбинацию входных  сигналов S = R = 0 называют нейтральной, или режимом хранения информации, или памятью: при ней триггер хранит состояние, в которое он был приведен в предыдущем такте. На этой способности триггера и основано его использование в качестве элемента памяти

Если на один из входов подать единичный сигнал, сохраняя нулевой на другом, триггер примет состояние, которое однозначно определяется входной информацией. При входных сигналах S=1 и R=0 триггер примет единичное состояние (Q = 1), а при R = 1 и S = 0 - нулевое. Поэтому вход S иногда называют единичным, а вход R - нулевым. При появлении управляющего сигнала на одном из входов происходит либо переключение триггера, либо подтверждение существующего состояния, если оно совпадает с требуемым.

Если одновременно подать переключающие сигналы S = 1 и R = 1 на оба входа, то на обоих выходах появятся логические нули (Q =  = 0) и устройство утратит свойство триггера, а после снятия со входов активных уровней состояние триггера окажется неопределенным: в силу случайных причин триггер может установиться в состояние 0 или 1. Поэтому комбинацию S = R = 1 называют неопределенной (или запрещенной).

Триггер, который  переключается сигналами логической единицы, называют триггером с прямым управлением. Таблица состояний  триггера с прямым управлением имеет  вид (таблица 1).

Аналогично работает RS-триггер на элементах И-НЕ (рис. 2) с той лишь разницей, что он должен иметь инверсные входы, т.е. устанавливаться  в состояние 1 при S = 0 и сбрасываться в состояние 0 при R = 0. Запрещенная комбинация входных сигналов для этой схемы - S = R = 0.

Этот вариант  триггера называют RS-триггером с  инверсными входами ( -триггер). На условных графических обозначениях подобные триггеры для наглядности изображают в отрицательной логике. Таблица  переходов триггеров этого типа имеет вид (таблица 2).

Q_о - предыдущее состояние триггера. Рассмотренные RS-триггеры относятся к асинхронным, т. к. переход его из одного состояния в другое происходит в темпе поступления сигналов на информационные (R, S) входы и не связан с таковыми сигналами.

ВОПРОС 7

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-, JК-триггеров, регистров и т. д.

Синхронный триггер  может переключаться только при  наличии импульса на тактовом входе (С = 1). При отсутствии импульса на тактовом входе (С = 0) переключение не происходит ни при каких сигналах на входах S и R.

Таким образом, при С = 0 на входы синхронного  триггера не передаются активные уровни и триггер сохраняет ранее  установленное в нем состояние Q₀. При С = 1 состояние триггера определяется действующими на входах уровнями так же, как и в рассмотренном выше асинхронном RS-триггере.

Нормальная работа синхронного RS-триггера требует, чтобы  за время действия логической 1 на синхронизирующем входе С уровни на информационных входах R и S оставались неизменными. Смена уровней на входах допускается лишь в то время, когда С = 0 и триггер не реагирует на уровни, действующие на входах S и R.

ВОПРОС 8

Для приема информации по одному входу используется D-триггер. На рис. 4а,б приведены схема и  условное обозначение D-триггера. D-триггер  имеет лишь один информационный вход, называемый входом D. Вход С - управляющий и служит для подачи синхронизирующего сигнала.

Функционирование D- триггера определяется сигналом на синхронизирующем входе. При С = 1 триггер устанавливается  в состояние, определяемое логическим уровнем на входе D (при С = 0 он сохраняет ранее установленное состояние Q₀).

На рис. 4б  представлена логическая структура D-триггера, состоящего из асинхронного RS-триггера с логическими элементами на входе. При С = 0 на выходах (И-НЕ) образуются пассивные для входов асинхронного RS-триггера уровни. При С = 1 уровень поданный на информационный вход D, создает активный уровень либо на входе R (при D = 0), либо на входе S (при D = 1) асинхронного RS- триггера, и триггер устанавливается в состояние, соответствующее логическому уровню на входе D. Таким образом, D-триггер воспринимает информацию со входа D при С = 1 и затем ее может хранить неопределенно длительное время, пока С = 0.

Т-триггер или  счетный триггер, имеет один информационный вход и переходит в противоположное состояние в результате воздействия на его вход каждого очередного сигнала. Название “счетный” или “ со счетным запуском” связано с широким применением Т- триггеров в счетчиках импульсов. На рис. 5а, б приведены условное обозначение и временные диаграммы Т-триггера.

Т-триггеры выполняются  на основе двух последовательно соединенных RS-триггеров (МS-схема), первый из которых  называют ведущим, а другой - ведомым. На рис. 6 а, б приведены схема и  условное обозначение двухступенчатого триггера, в котором триггер Т₁- ведущий, а триггер Т₂- ведомый. При поступлении сигналов на информационные входы R и S триггера Т₁ он принимает соответствующее состояние (0 или 1) в момент, когда С₁ = 1. Сигналы с выходов Q₁ и ведущего триггера не проходят, поскольку С₂ = 0. Информация пройдет в ведомый триггер только по окончании синхронизирующего сигнала (С₁ = 0, С2 = 1) и будет отражена на выходах Q₂ .

ВОПРОС 9

Универсальный триггер, или JК-триггер, имеет информационные входы J и К и синхронизирующий вход С (рис. 7а). JК-триггер получают из двухступенчатого Т-триггера путем использования трехвходовых элементов И-НЕ во входных цепях ведущего триггера подобно тому, как используют двухвходовые элементы И-НЕ в схеме рис. 3а. Использование третьих входов И-НЕ позволяет реализовать два дополнительных информационных входа J и К (рис. 7а). При J = К = 1 триггер изменяет свое состояние на противоположное в момент окончания каждого синхронизирующего сигнала. Таким образом, соединяя входы JК-триггера по схеме рис. 7б, получают Т-триггер.

Универсальный триггер, или JК-триггер, имеет информационные входы J и К и синхронизирующий вход С (рис. 7а). JК-триггер получают из двухступенчатого Т-триггера путем  использования трехвходовых элементов  И-НЕ во входных цепях ведущего триггера подобно тому, как используют двухвходовые элементы И-НЕ в схеме рис. 3а. Использование третьих входов И-НЕ позволяет реализовать два дополнительных информационных входа J и К (рис. 7а). При J = К = 1 триггер изменяет свое состояние на противоположное в момент окончания каждого синхронизирующего сигнала. Таким образом, соединяя входы JК-триггера по схеме рис. 7б, получают Т-триггер.

ВОПРОС 10

Операционный  элемент, состоящий из триггеров, основным назначением которого является прием  и хранение чисел с двоичным представлением цифр разрядов, называется регистром. Однако с помощью некоторых видов регистров можно выполнять и следующие элементарные операции: установку, сдвиг и преобразование. Основными типами регистров являются параллельные и последовательные (сдвигающие). В качестве основного элемента регистра используется D-триггер (рис. 1).

В параллельном регистре на тактируемых D-триггерах (рис. 2) код запоминаемого числа подается на информационные входы всех триггеров  и записывается в регистр с  приходом тактового импульса.

Выходная информация изменяется с подачей нового входного слова и  приходом следующего импульса записи. Такие регистры используют в системах оперативной памяти. Число  триггеров в них равно максимальной разрядности хранимых слов. На рисунке 3 приведены условные графические обозначения ИМС К155ТМ7 и К561ТМ3, которые можно использовать в качестве параллельных четырехразрядных регистров. Путем простого объединения входов нескольких микросхем можно получить параллельный регистр на 8 и более разрядов.

ВОПРОС 11

Операционный  элемент, состоящий из триггеров, основным назначением которого является прием  и хранение чисел с двоичным представлением цифр разрядов, называется регистром. Однако с помощью некоторых видов регистров можно выполнять и следующие элементарные операции: установку, сдвиг и преобразование. Основными типами регистров являются параллельные и последовательные (сдвигающие). В качестве основного элемента регистра используется D-триггер

Схема последовательного  регистра на D-триггерах с динамическим управлением и временная диаграмма, иллюстрирующая его работу, приведены на рисунке 4. По приходу тактового импульса первый триггер записывает код X (0 или 1), находящийся в этот момент на его D-входе, а каждый следующий триггер переключается в состояние, в котором до этого находился предыдущий. Так происходит потому, что записываемый сигнал проходит с входа D-триггера к выходу Q с задержкой, большей длительности переднего фронта тактового импульса, в течение которого и происходит запись.

Каждый тактовый импульс последовательно сдвигает код числа на один разряд. Поэтому для записи n-разрядного кода требуется n тактовых импульсов. Из диаграммы следует, что четырехразрядное число 1011 было записано в соответствующие разряды регистра (1- Q4, 0- Q3, 1- Q2, 1- Q1) после прихода четвертого тактового импульса. До следующего тактового импульса это число хранится в регистре в виде параллельного кода на выходах Q4, Q3, Q2, Q1. Если необходимо получить хранимую информацию в последовательном коде, то ее снимают с выхода Q4 в моменты прихода следующих четырех импульсов (5-8). Такой режим называется режимом последовательного считывания.

ВОПРОС 12

Операционный  элемент, состоящий из триггеров, основным назначением которого является прием  и хранение чисел с двоичным представлением цифр разрядов, называется регистром. Однако с помощью некоторых видов регистров можно выполнять и следующие элементарные операции: установку, сдвиг и преобразование. Основными типами регистров являются параллельные и последовательные (сдвигающие). В качестве основного элемента регистра используется D-триггер

Очень удобны универсальные  регистры, позволяющие производить  как последовательную, так и параллельную запись и считывание. Такие регистры можно использовать в качестве преобразователей параллельного кода в последовательный и обратно. В серии К155 есть микросхема К155ИР1 - четырехразрядный универсальный сдвиговый регистр (рис. 5). Регистр работает в режиме сдвига по тактовым импульсам, поступающим на вход C1, при V=0. Если на управляющем входе V напряжение высокого уровня, то регистр производит параллельную запись информации с входов D1, D2, D3, D4 по импульсу синхронизации, поступающему на вход C2. На базе универсального регистра можно построить реверсивный сдвигающий регистр.

Для этого входы  D1, D2 и D3 подключают соответственно к выходам Q2, Q3, Q4. Если информацию подавать на вход D0, а импульсы синхронизации - на C1, то при V=0 регистр производит сдвиг в сторону возрастания номеров выходов (сдвиг вправо). Если же информацию подавать на вход D4, а синхроимпульсы - на C2, то при V=1 регистр будет производить сдвиг в сторону уменьшения номеров выходов (сдвиг влево).

вопрос 13

  Счетчик - цифровое устройство, осуществляющее счет числа появлений на входе  определенного логического уровня. При импульсном представлении логических переменных уровню логической единицы соответствует импульс, и счетчик ведет счет поступающих на вход импульсов.

  Обычно  счетчик строят на основе триггеров. Триггер Т- типа может служить  примером простейшего счетчика. Такой  счетчик считает до двух. Счетчик, образованный цепочкой из m триггеров, сможет подсчитать в двоичном коде 2^m импульсов. Каждый из триггеров такой цепочки называют разрядом счетчика. Число m определяет количество разрядов двоичного числа, которое может быть записано в счетчик. Число К_сч=2 называют коэффициентом (модулем) счета.

  Информация  снимается с прямых и (или) инверсных  выходов всех триггеров. В паузах между входными импульсами триггеры сохраняют свое состояние, т.е. счетчик запоминает число сосчитанных импульсов.