D триггеры, работающие по фронту (динамические D триггеры)

Фронт сигнала синхронизации, в отличие от высокого (или низкого) потенциала, не может длиться продолжительное время. В идеальном случае длительность фронта импульса равна нулю. Поэтому в триггере, запоминающем входную информацию по фронту не нужно предъявлять требования к длительности тактового сигнала.

Динамический D триггер, запоминающий входную информацию по фронту, может быть построен из двух D триггеров, работающих по потенциалу (статических D триггеров). Сигнал синхронизации C будем подавать на статические D триггеры в противофазе. Схема триггера, запоминающего входную информацию по фронту (динамического D триггера) приведена на рисунке 5.1.

Рисунок 5.1. Схема динамического D триггера, работающего по фронту

Рассмотрим работу схемы триггера, приведенной на рисунке 5.1 подробнее. Для этого воспользуемся временными диаграммами, показанными на рисунке 5.2. На этих временных диаграммах обозначение Q' соответствует сигналу на выходе первого статического D триггера. Так как на вход синхронизации второго статического D триггера тактовый сигнал поступает через инвертор, то когда первый D триггер находится в режиме хранения, второй D триггер пропускает сигнал на выход схемы. И наоборот, когда первый D триггер пропускает сигнал с входа схемы на свой выход, второй D триггер находится в режиме хранения.

Рисунок 5.2. Временные диаграммы D триггера

То, что триггер запоминает входной сигнал по фронту, отображается на условно-графическом обозначении треугольником, изображённым на выводе входа синхронизации. То, что внутри этого триггера находится два триггера, отображается в среднем поле условно-графического изображения двойной буквой T.

T триггеры

T триггер — это счетный триггер. У T триггера имеется только один вход. После поступления на этот вход импульса, состояние T триггера меняется на прямо противоположное. Счётным он называется потому, что он как бы подсчитывает количество импульсов, поступивших на его вход. Жаль только, что считать этот триггер умеет только до одного. При поступлении второго импульса T триггер снова сбрасывается в исходное состояние.

T триггеры строятся только на базе двухступенчатых триггеров, подобных рассмотренному ранее D триггеру. Использование двух триггеров позволяет избежать неопределенного состояния схемы при разрешающем потенциале на входе синхронизации "C", так как счетные триггеры строятся при помощи схем с обратной связью

T триггер можно синтезировать из любого двухступенчатого триггера. Рассмотрим пример синтеза T триггера из динамического D триггера. Для того чтобы превратить D триггер в счётный, необходимо ввести цепь обратной связи с инверсного выхода этого триггера на вход, как показано на рисунке 6.1.

Рисунок 6.1. Схема T триггера, построенная на основе D триггера

Временная диаграмма T триггера приведена на рисунке 6.2. При построении этой временной диаграммы был использован триггер, работающий по заднему фронту синхронизирующего сигнала.

Рисунок 6.2. Временные диаграммы T триггера

Т-триггеры используются при построении схем различных счётчиков, поэтому в составе БИС различного назначения обычно есть готовые модули этих триггеров. Условно-графическое обозначение T триггера приведено на рисунке 6.3.

Рисунок 6.3. Условно-графическое обозначение T триггера

Jk триггер

Прежде чем начать изучение jk триггера, вспомним принципы работы RS-триггера. Напомню, что в этом триггере есть запрещённые комбинации входных сигналов. Одновременная подача единичных сигналов на входы R и S запрещены. Очень хотелось бы избавиться от этой неприятной ситуации.

Таблица истинности jk триггера практически совпадает с таблицей истинности синхронного RS-триггера. Для того чтобы исключить запрещённое состояние, схема триггера изменена таким образом, что при подаче двух единиц jk триггер превращается в счётный триггер. Это означает, что при подаче на тактовый вход C импульсов jk триггер изменяет своё состояние на противоположное. Таблица истинности jk триггера приведена в таблице 7.1.

Таблица 7.1. Таблица истинности jk триггера.

С	K	J	Q(t)	Q(t+1)	Пояснения
	x	x			Режим хранения информации
	x	x
					Режим хранения информации
					Режим установки единицы J=1
					Режим записи нуля K=1
					K=J=1 счетный режим триггера

Один из вариантов внутренней схемы JK-триггера приведен на рисунке 7.1.

Рисунок 7.1. Внутренняя схема jk триггера

Для реализации счетного режима в схеме jk триггера, приведенной на рисунке 7.1, введена перекрестная обратная связь с выходов второго триггера на входы R и S первого триггера. Благодаря этой обратной связи на входах R и S первого триггера никогда не может возникнуть запрещенная комбинация. При подаче на входы j и k логической единицы одновременно триггер переходит в счетный режим, подобно T триггеру.

Условно-графическое обозначение JK-триггера приведено на рисунке 7.2.

Рисунок 7.2. Условно-графическое обозначение jk триггера

На этом рисунке приведено обозначение типовой цифровой микросхемы jk триггера, выполненной по ТТЛ технологии. В промышленно выпускающихся микросхемах обычно кроме входов jk триггера реализуются входы RS-триггера, которые позволяют устанавливать триггер в заранее определённое исходное состояние.

Регистры

Регистром называется последовательное или параллельное соединение триггеров. Регистры обычно строятся на основе D триггеров. При этом для построения регистров могут использоваться как динамические (flip-flop), так и статические D-триггеры (защелки — lath).

Параллельные регистры

Параллельный регистр служит для запоминания многоразрядного двоичного (или недвоичного) слова. Количество триггеров, входящее в состав параллельного регистра определяет его разрядность. Схема четырёхразрядного параллельного регистра приведена на рисунке 8.1, а его условно-графическое обозначение — на рисунке 8.2.

Рисунок 8.1. Схема параллельного регистра

В условно-графическом обозначении возле каждого входа D указывается степень двоичного разряда, который должен быть запомнен в этом триггере регистра. Точно таким же образом обозначаются и выходы регистра. То, что микросхема является регистром, указывается в центральном поле условно-графического обозначения символами RG.

В приведённом на рисунке 8.2 условно-графическом обозначении параллельного регистра инверсные выходы триггеров не показаны. В микросхемах параллельных регистров инверсные выходы триггеров часто не выводятся наружу для экономии количества выводов корпуса.

Рисунок 8.2. Условно-графическое обозначение параллельного регистра

При записи информации в параллельный регистр все биты (двоичные разряды) должны быть записаны одновременно. Поэтому все тактовые входы триггеров, входящих в состав регистра, объединяются параллельно. Для уменьшения входного тока вывода синхронизации C на этом входе в качестве усилителя часто ставится инвертор.

В настоящее время параллельные регистры обычно являются частью более сложных цифровых устройств, таких как цифровые фильтры, ОЗУ, синтезаторы частот или схемы прямого цифрового синтеза DDS. Подобные схемы не реализуются на микросхемах средней интеграции, а являются частью больших интегральных микросхем (БИС), таких как микропроцессоры, ASIC или FPGA.