Асинхронные и синхронные триггеры

По способу ввода информации бывают асинхронные и синхронные триггеры.

Асинхронные триггеры имеют только информационный вход и срабатывают непосредственно за изменением сигналов на входе.

У синхронных триггеров смены информации на информационных входах недостаточно для срабатывания. Необходим дополнительный импульс, подаваемый на тактирующий вход.

Синхронные сигналы вырабатывают специальными генераторами тактирующих импульсов, которые задают частоту смены информации.

Основной недостаток – незащищенность перед опасными состязаниями сигналов, то есть возникновение временных сдвигов из-за различных задержек распространения сигнала, проходящего по различным цепям, низкая помехоустойчивость.

Срабатывание синхронных триггеров происходит при поступлении тактовых импульсов, длительность которых гораздо меньше их периода. В остальное время на входной сигнал триггер не реагирует, то есть, по сравнению с асинхронным, обладает более высокой помехоустойчивостью.

 

Способы управления, в зависимости от параметра синхронного входа сигнала, используемых для записи информации, триггеры бывают:

1) со статическим управлением записью (управление по уровню входного сигнала);

2) с динамическим управлением записью (по фронту или срезу);

3) двухступенчатое управление.

Способ управления со статическим управлением записью имеет недостаток – триггер в период действия синхронного импульса ведет себя подобно асинхронному. Срабатывает в момент, когда входной сигнал достигает порогового уровня, то есть продолжает действие тактового импульса. Смена сигнала на информационный вход вызывает новое срабатывание.

При динамическом управлении по фронту или по спаду тактового импульса триггер переключается только при переходе от 0 к 1, или от 1 к 0.

 

Возможность задержки момента опрокидывания триггера на время длительности тактового импульса позволяют по фронту производить считывание, а по срезу – запись информации.

Двухступенчатые триггеры содержат две ячейки памяти, запись информации в которые происходит последовательно в различные моменты времени. Эту структуру называют «ведущий-ведомый» или MS-структура (Master-Slave).

Первая ступень – промежуточная запись входной информации. Вторая ступень – последовательная запись и хранение.

Формирование нового состояния происходит за два такта.

Ввод информации в ведущую ступень происходит с приходом С1. Перезапись соответственно из ведущего в ведомый – с приходом С2, в это же время происходит обновление информации на Q или .

Управлять можно и одним тактовым импульсом. Запись в ведущую по фронту 0-1, перезапись в ведомую – по фронту 1-0.

Динамические двухступенчатые триггеры называют флип-флоп. Статические – лэт.

 

 

Асинхронные RS-триггеры.

		V
	Х
Х	Х		Z

 

X – не имеет значения

Z – высокоимпедансное значение выхода (выход отключен от обеих шин источника питания и выходных клемм)

Отсутствие запрещенного состояния обусловлено тем, что не введены выводы .

 

Синхронные RS-триггеры.

При С = 0 на выходах DD2 и DD1 логическая «1» и RS-триггер на DD3 и DD4 находится в состоянии хранения информации (и не реагирует на изменение R и S). При С = 1, информация на управляющих входах RS-триггера зависит от состояния входа R и S, проинвертированных DD2 и DD1. Входы S_a¯ и R_a¯ предназначены для асинхронной установки триггера в заданное состояние.

 

Двухступенчатые RS-триггеры.

При высоком уровне на входе С происходит запись в ведущий RS-триггер на DD1 – DD4. Ведомый триггер на DD6 – DD9 блокирован низким уровнем с выходом DD5. При низком уровне на входе С блокируется ведущий триггер (переходит в состояние хранения информации). Высокий уровень с выхода DD5 разрешает перезапись с выхода ведущего на вход ведомого.

 

JK-триггеры

JK-триггеры не имеют неопределенных состояний. При всех входных комбинациях, кроме J = K = 1, они действуют подобно RS-триггеру. Причем J играет роль S, а К=R.

При J=K=1 в каждом такте происходит опрокидывание триггера и выходные сигналы меняют свое значение.

JK-триггеры относятся к универсальным устройствам (регистры, счетчики, делители), но кроме того, путем определенных соединений выводов, легко преобразуются в триггеры других типов.

По схеме JK-триггеры отличаются от RS-триггеров наличием обратной связи с выхода на вход, поэтому состояние JK-триггера зависит не только от сигналов на входах J и K, но и от логической связи с ними сигнала с выходов Q и Q¯. Элементы временной задержки играют роль стабилизированного состояния триггера и на его функциональные свойства не влияют. Назначение – создание временного сдвига между моментом ввода входной информации JⁿQⁿ¯ или KⁿQⁿ и начала выхода Qⁿ⁺¹ и Qⁿ⁺¹¯.

Без этих цепей во время действия комбинации Jⁿ = Kⁿ = 1 началась бы генерация для предотвращения которой задержка должна быть превыше длительности тактирующих импульсов.

Действие JK-триггера: Qⁿ⁺¹ = Jⁿ Qⁿ¯VKⁿ¯Qⁿ.

 

Триггер организован по принципу ведущий-ведомый и имеет по 3 входа J и K, связанных операцией &, синхронный вход С, а также асинхронные входы и для установки триггера в состояние «0» и «1» независимо от сигналов информационных и тактовых входов.

1553ТВ6 – 1553ТВ9

У ТВ6 отсутствует вход , у ТВ10 отсутствует вход . У ТВ11 объединены входы С и для двух триггеров. У ТВ15 – вход , что позволяет преобразовывать эти триггеры путем объединения J и .

 

RS-триггер. (в скобках R-триггер)

Е-триггер

D-триггеры

 

D–триггеры имеют только один информационный вход. Сигнал на выходе Q в такте n+1 повторяет входной сигнал Dⁿ в предыдущем такте n и сохраняет это состояние до следующего тактирующего импульса, то есть осуществляется задержка на один такт информации, существующей на входе D (Delay).

Qⁿ⁺¹ = Dⁿ

 

 

ТМ7

D–триггеры серии ТМ7 со статическим управлением внутренними, объединенными попарно, синхронизирующими входами используются в качестве четырехразрядного регистра хранения информации с попарным тактированием разряда, а также в качестве буферной памяти и элемента задержки.

У ТМ5 отсутствует инверсный выход.

ТМ8 – с динамическим управлением.

 

DV-триггеры

 

У DV-триггера разрешающий уровень появляется до сигнала. Если V = 1, то триггер функционирует как D-триггер, при V = 0 – переходит в режим хранения информации. Это расширяет функцию D-триггера, который не может хранить информацию более одного такта.

 

T- и TV-триггеры.

T-триггер – счетный триггер, который имеет один информационный вход и меняет свое состояние всякий раз, когда меняет свое значение входной сигнал. В зависимости от того, фронт или срез используется для управления, считается, что триггер имеет прямой или инверсный вход. Единственный вид триггера, состояние которого определяется состоянием в предыдущем такте, а не от входной информации. Выполняет операцию сложения по модулю 2. Легко получается из D- или JK-триггера.

 

 

 

TV-триггер Сихронный TV-триггер

 

 

Несимметричные триггеры (Триггеры Шмита).

 

Триггер Шмитта на транзисторах. Нужен для ускорения сигнала.

 

 

	КМОП	ТТЛ
R1	(10 50)k	(200 500)k
R2	(0,1 1)k	(2,2 3,3)k

 

Счетчики импульсов. Двоичные счетчики и счетчики с произвольным коэффициентом счета. Принцип действия, структурные и принципиальные схемы, временные диаграммы работы счетчиков, их основные параметры. Разновидности счетчиков, особенности использования счетчиков при создании цифровых систем управления.

 

Счетчиком называется устройство, сигналы на выходе которого в определенном коде отображают число импульсов, поступивших на счетный вход. Счетчик, образованный цепочкой из m триггеров может подсчитать в двоичном коде импульсов. Каждый из триггеров называется разрядом счетчика. Число называется коэффициентом или модулем счета.

Информация может сниматься с прямых и инверсных выходов триггеров. Когда число входных импульсов , то при n входа равном Kсч происходит переполнение, счетчик возвращается в нулевое состояние и повторяет цикл. Каждый разряд счетчика делит частоту входных импульсов пополам. Для периодических сигналов .

Коэффициент счета называют коэффициентом деления, следовательно каждый счетчик может использоваться как делитель частоты.

Обозначения:

СТ 2 – двоичный

СТ10 – двоично-десятичный

СТ2/10 – переключающийся

Основные параметры: емкость и быстродействие. Емкость численно равна коэффициенту счета и характеризует число импульсов, доступных счету за 1 цикл. Быстродействие определяется двумя параметрами: разрешающей способностью и временем установления.

Под разрешающей способностью подразумевают минимальное время между двумя сигналами, при которых еще не возникают сбои в работе t разр.сч.

Время установления кода t уст равно времени между моментом поступления входного сигнала и переходом счетчика в новое состояние.

Счетчики классифицируются следующим образом:

1) по модулю счета:

· двоичные

· двоично-десятичные

· с произвольным фиксированным модулем счета

· с переменным модулем

2) по направлению счета:

· суммирующие

· вычитающие

· реверсивные

3) по способу организации внутренних связей

· с последовательным переносом (асинхронные)

· с параллельным переносом (синхронные)

· с комбинированным переносом

· кольцевые

Классификационные признаки независимы и могут встречаться в разных комбинациях.

Число, записанное в счетчик, определяется по формуле:

где m – номер триггера,

Q – может принимать значение «1» и «0»,

– вес младшего разряда.

Введением дополнительных логических связей (обратных и прямых) счетчики могут быть обращены в недвоичные, для которых . Например, двоично-десятичные с Ксч= 10 (двоичный по коду счета, десятичный по числу состояний). Организуется из 4-х разрядных двоичных путем исключения избыточных состояний за счет введения дополнительных связей. Когда счетчик используется в качестве делителя, направление счета роли не играет.

Счетчики с последовательным переносом представляют собой цепочку триггеров, в которых импульсы, подлежащие счету, поступают на вход 1-го триггера, а сигнал переноса передается последовательно от одного разряда к другому.

Достоинства: простота схемы и увеличение разрядности.

Недостатки: низкое быстродействие из-за последовательного принципа работы.

Счетчики с параллельным переносом.

У них счетные импульсы подаются одновременно на все тактовые входы, а каждый из триггеров цепочки служит по отношению к последующему только источником информационных сигналов. Срабатывание триггеров параллельного счетчика происходит синхронно, а задержка переключения всего счетчика равна задержке одно триггера.

В счетчике с параллельно-последовательным переносом триггеры соединены в группы так, что отдельные группы образуют счетчики с параллельным переносом внутри группы, а группы соединяются в счетчик с последовательным переносом. Общий коэффициент счета равен произведению коэффициентов счета всех групп.