Последовательностные цифровые устройства

Триггер – простейшее последовательностное устройство, которое может находиться в одном из двух возможных состояний и переходить из одного состояния в другое под воздействием входных сигналов. Триггер является базовым элементом последовательностных логических устройств.

Триггеры классифицируют по следующим признакам:

· способу приема информации;

· принципу построения;

· функциональным возможностям.

Различают асинхронные и синхронные триггеры.

Асинхронный триггер изменяет свое состояние непосредственно в момент появления соответствующего информационного сигнала.

Синхронные триггеры реагируют на информационные сигналы только при наличии соответствующего сигнала на входе синхронизации С (строб).

По функциональным возможностям триггеры разделяются на следующие классы:

· с раздельной установкой состояния 0 и 1 (RS – триггеры);

· универсальные (JK – триггеры);

· с приемом информации по одному входу D (D – триггеры, или триггеры задержки);

· со счетным входом Т (Т-триггеры).

Входы триггеров обычно обозначают следующим образом:

S – вход для установки состояния «1»;

R – вход для установки состояния «0»;

J – вход для установки в состояние «1» в универсальном триггере;

К – вход для установки в состояние «0» в универсальном триггере;

Т – счетный (общий) вход;

D – вход для установки в состояние «1» или в состояние «0»;

V – дополнительный управляющий вход для разрешения приема информации (иногда используют букву Е вместо V).

Рассмотрим асинхронный RS-триггер, имеющий условное графическое обозначение, приведенное на рис. 16.13. Триггер имеет два информационных входа: S и R. Закон функционирования триггеров удобно описывать таблицей переходов (таблицей истинности) (рис. 16.14). Через S^t, R^t, Q^t обозначены соответствующие логические сигналы, имеющие место в некоторый момент времени t, а через Q^t+1 – выходной сигнал в следующий момент времени t+1.

Рис. 16.13. RS-триггер Рис. 16.14. Таблица истинности

Комбинацию входных сигналов S^t=1, R^t=1 часто называют запрещенной, так как после нее триггер оказывается в состоянии (1 или 0), предсказать которое заранее невозможно. Подобных ситуаций следует избегать.

Рассмотренный триггер может быть реализован на двух элементах ИЛИ-НЕ (рис. 16.15). Микросхема К564ТР2 содержит 4 асинхронных RS-триггера и один управляющий вход (рис. 16.16). При подаче на вход V низкого уровня выходы триггеров отключаются от выводов микросхем и переходят в третье, так называемое высокоимпедансное, состояние. При подаче на вход V логического сигнала «1» триггеры работают в соответствии с таблицей истинности (рис. 16.14).

Рис. 16.15. Триггер Рис. 16.16. Микросхема К564ТР2

на элементах ИЛИ-НЕ

Счетчики импульсов – это последовательностное цифровое устройство, обеспечивающее хранение слова информации и выполнение над ним микрооперации счета, заключающейся в изменении значения числа в счетчике на 1. По существу счетчик представляет собой совокупность соединенных определенным образом триггеров. Основной параметр счетчика – модуль счета. Это максимальное число единичных сигналов, которое может быть сосчитано счетчиком. Счетчики обозначаются через СТ.

Счетчики классифицируют:

по модулю счета:

· двоично-десятичные;

· двоичные;

· с произвольным постоянным модулем счета;

· с переменным модулем счета;

по направлению счета:

· суммирующие;

· вычитающие;

· реверсивные;

по способу формирования внутренних связей:

· с последующим переносом;

· с параллельным переносом;

· с комбинированным переносом;

· кольцевые.

Рис. 16.17. Суммирующий счетчик на JK –триггерах

Рассмотрим суммирующий счетчик (рис. 16.17,а). Такой счетчик построен на четырех JK-триггерах, которые при наличии на обоих входах логического сигнала «1» переключаются в моменты появления на входах синхронизации отрицательных перепадов напряжения.

Временные диаграммы, иллюстрирующие работу счетчика, приведены на рис. 16.17,б. Через К_сн обозначен модуль счета (коэффициент счета импульсов). Состояние левого триггера соответствует младшему разряду двоичного числа, а правого – старшему разряду. В исходном состоянии на всех триггерах установлены логические нули. Каждый триггер меняет свое состояние лишь в тот момент, когда на него действует отрицательный перепад напряжения. Таким образом, данный счетчик реализует суммирование входных импульсов. Из временных диаграмм (рис. 16.17,б) видно, что частота каждого последующего импульса в два раза меньше, чем предыдущая, т.е. каждый триггер делит частоту входного сигнала на два, что и используется в делителях частоты.

Регистр – это последовательностное логическое устройство, используемое для хранения n-разрядных двоичных чисел и выполнения преобразований над ними. Регистр представляет собой упорядоченную последовательность триггеров, число которых соответствует числу разрядов в слове. С каждым регистром обычно связано комбинационное цифровое устройство, с помощью которого обеспечивается выполнение некоторых операций над словами.

Типичными является следующие операции:

· прием слова в регистр;

· передача слова из регистра;

· поразрядные логические операции;

· сдвиг слова влево или вправо на заданное число разрядов;

· преобразование последовательного кода слова в параллельный и обратно;

· установка регистра в начальное состояние (сброс).

Фактически любое цифровое устройство можно представить в виде совокупности регистров, соединенных друг с другом при помощи комбинационных цифровых устройств.

Регистры классифицируются по следующим видам:

· накопительные (регистры памяти, хранения);

· сдвигающие.

В свою очередь сдвигающие регистры делятся:

· по способу ввода-вывода информации на

– параллельные;

– последовательные;

– комбинированные;

· по направлению передачи информации на

– однонаправленные;

– реверсивные.

Рассмотрим накопительный регистр с параллельными вводом и выводом информации (рис. 16.18). Основой регистра являются D-триггеры, которые на своих выходах повторяют значения сигналов на входах Х₁ – Х₄ (информационные входы) при логическом сигнале 1 на входе синхронизации (т.е. осуществляется параллельный ввод входной информации в регистр).

Рис. 16.18. Накопительный регистр с параллельными вводом

и выводом информации

На четырех двухвходовых элементах «И» реализованы схемы совпадения, входные сигналы которых совпадают с выходными сигналами триггеров в том случае, когда на вход Y₂ подана логическая единица. Таким образом осуществляется параллельный вывод информации. В качестве примера рассмотрим микросхему регистра К155ИР15. Приведем условное обозначение и таблицы внутренних и выходных состояний (рис. 16.19).

Рис. 16.19. Микросхема регистра К155ИР15