Т-триггер (счетный триггер)

Исследование триггеров и регистров

Триггер - простейшая цифровая схема последовательностного типа. У комбинационных схем состояние выхода Y в любой момент времени определяется только текущим состоянием входа X:

Y = F (X).

В отличие от них, состояние выхода последовательностной схемы (цифрового автомата) зависит еще и от внутреннего состояния схемы Q:

Y=F (X, Q).

Другими словами, цифровой автомат является не только преобразователем, но и хранителем предшествующей и источником текущей информации (состояния). Это свойство обеспечивается наличием в комбинационных схемах обратных связей.

Основой последовательностных схем являются триггеры. Триггер имеет два устойчивых состояния: Q=l и Q=0, поэтому его иногда называют бистабильной схемой. В каком из этих состояний окажется триггер, зависит от сигналов на входах триггера и от его предыдущего состояния, т. е. он имеет память. Можно сказать, что триггер является элементарным автоматом.

Тип триггера определяется алгоритмом его работы. В зависимости от алгоритма работы, триггер может иметь установочные, информационные и управляющие входы. Установочные входы устанавливают состояние триггера независимо от состояния других входов. Входы управления разрешают запись данных, подающихся на информационные входы. Наиболее распространенными являются триггеры RS, JK, D и Т-типов.

Триггер типа RS

RS-триггер - простейший автомат с памятью, который может находиться в двух состояниях. Триггер имеет два установочных входа: установки S (set — установка) и сброса R (reset - сброс), на которые подаются входные сигналы от внешних источников. При подаче на вход установки активного логического уровня триггер устанавливается в 1 (Q = 1, = 0), при подаче активного уровня на вход сброса триггер устанавливается в 0 (Q = 0, = 1). Если подать на оба входа установки (возбуждения) пассивный уровень, то триггер будет сохранять предыдущее состояние выходов: Q=0 ( = 1) либо Q=l ( = 0). Каждое состояние устойчиво и поддерживается за счет действия обратных связей.

Для триггеров этого типа является недопустимой одновременная подача активного уровня на оба входа установки, т. к. триггер по определению не может одновременно быть установлен в ноль и единицу. На практике подача активного уровня на оба установочных входа приводит к тому, что это состояние не может быть сохранено и невозможно определить, в каком состоянии будет находиться триггер при последующей подаче на установочные входы сигналов пассивного уровня.

На рис. 1 показано условное графическое обозначение (УГО) RS-триггера и его изображение в EWB.

Рис.1

Для схемы на рис.1 активным уровнем является уровень логической единицы.

Условия переходов триггеров из одного состояния в другое (алгоритм работы) можно описать табличным, аналитическим или графическим способами. Табличное описание работы RS-триггера (рис.1) представлено в табл.1 (таблица переходов) и табл.2 (таблица функций возбуждения или словарь переходов).

В таблицах использованы следующие обозначения:

Q_t - предшествующее состояние выхода;

Q _t+1=Q⁺ - новое состояние, устанавливающееся после перехода (возможно Q _{t+ 1}= Q_t);

* - безразличное значение сигнала: 0 или 1;

х - неопределенное состояние.

Аналитическое описание RS-триггера (характеристическое уравнение) можно получить из табл.1, 2 по правилам алгебры логики:

.

JK-триггер

Триггер JK-типа имеет более сложную, по сравнению с RS-триггером, структуру и более широкие функциональные возможности. Его отличительной особенностью является то, что при подаче на его информационные входы J и единичных сигналов (J=1, К=1), он устанавливается в состояние, противоположное текущему: Q_t+1=`Q_t. Табличное описание работы JK-триггера представлено в табл.3 (таблица переходов) и табл.4 (словарь переходов).

Таблица 3		Таблица 4
J	K	Qt+1		Qt	Qt+1	J	K
		Qt					*
							*
						*
						*

Работа JK-триггера описывается характеристическим уравнением:

.

Помимо информационных входов J и К, синхронный JK-триггер имеет вход управления С (этот вход также называют тактирующим или синхронизирующим), а также может иметь асинхронные установочные R и S-входы. Установочные входы имеют приоритет над остальными. Активный уровень сигнала на входе S устанавливает триггер в состояние Q=l, а активный уровень сигнала на входе R - в состояние Q=0, независимо от сигналов на остальных входах.

Варианты JK-триггера с входами установки в нулевое и единичное состояние представлены в виде условного графического обозначения (УГО) по ГОСТ и их изображения в программе EWB приведены на рис. 2 а, б.

Состояние триггера будет изменяться по заднему фронту (спаду) импульса на входе С в зависимости от состояния входов J, К и текущего внутреннего состояния. Временные диаграммы его работы при R=S=0 приведены на рис. 3.

Рис.3.

Все изменения выхода происходят только в момент отрицательного перепада тактового сигнала С. Если J=K=1, то с каждым новым тактовым импульсом выход будет изменять свое значение на противоположное.

D-триггер.

D-триггер имеет один информационный вход D (data - данные). Информация со входа D заносится в триггер по положительному перепаду импульса на синхронизирующем входе С и сохраняется до следующего положительного перепада на этом входе триггера. Помимо счетного С и информационного D входов, триггер снабжен асинхронными установочными R и S входами. Установочные входы приоритетны. Они устанавливают триггер независимо от сигналов на входах С и D. Функционирование D-триггера описывается таблицей переходов (табл.5), таблицей функций возбуждения (табл.6) и диаграммами входных и выходных сигналов (рис. 4).

Рис.4.

Характеристическое уравнение D-триггера:

Q_t+1=D_t.

Уравнение показывает, что состояние триггера на (t + 1)-м такте равно входному сигналу в момент, предшествующий тактовому перепаду сигнала С. Условное обозначение D-триггера и его изображение в EWB представлено на рис.5 а), б).

Т-триггер (счетный триггер)

На основе JK-триггеров и D-триггеров можно построить схемы, осуществляющие так называемый счетный режим. Такие схемы называют Т-триггерами или счетными триггерами, связывая с этим способ их функционирования.

Функционирование D-триггера описывается таблицей переходов (табл.7) и словарем переходов (табл.8).

Таблица 7		Таблица 8
Т	Qt+1		Qt	Qt+1	Т
	Qt

На рис. 6 представлены схемы организации Т-триггера на основе D и JK -триггеров.

В D-триггере счетный режим реализуется при помощи обратной связи, т. е. на вход D подается сигнал с инверсного выхода (см. рис. 6 а). Таким образом, всегда существует неравенство сигнала на входе D и сигнала на выходе Q: если Q=l, то D=0. Следовательно, при каждом положительном перепаде сигнала на счетном входе С1, в соответствии с принципом действия D-триггера состояние выхода будет изменяться на противоположное.

В JK-триггере со входами установки счетный режим реализуется путем соединения входов J и K: J=K=Т (рис. 6 б). В соответствии с таблицей функционирования (табл.3 и 4) при Т=1 под воздействием отрицательного перепада на синхровходе С1 триггер изменяет свое значение на противоположное.

Другой вариант реализации счётного режима работы JK-триггера реализуется путем подачи на входы J и K константы «1»: J=K=1 (см. рис. 6 в).Тогда при каждом отрицательном перепаде сигнала Т на входе С1 состояние триггера изменяет свое значение на противоположное.

Счетный режим триггера, изображенного на рис. 6, а, иллюстрируется временными диаграммами на рис. 7.

Рис.7.

Таким образом, на каждые два входных тактовых импульса Т-триггер формирует один период выходного сигнала Q. Следовательно, триггер осуществляет деление частоты Fт на его входе на 2: F_Q=F_T/2, где F_Q — частота следования импульсов на выходе триггера.

Регистры

Регистр предназначен для хранения двоичного числа (слова). Поэтому основу его составляют запоминающие элементы — триггеры. В каждом из них должна храниться одна двоичная цифра разряда числа или один бит двоичного многоразрядного кода.

В зависимости от способа ввода и вывода разрядов числа различают регистры параллельные, последовательные и параллельно - последовательные. В параллельном регистре ввод и вывод слова осуществляется в параллельной форме — одновременно всех разрядов. В последовательном разряды числа вводятся и выводятся последовательно. В параллельно-последовательном регистре ввод числа осуществляется в параллельной форме, а вывод — в последовательной, или наоборот.

В параллельных регистрах прием и выдача слов производится по всем разрядам одновременно В последовательных регистрах число вводится и выводится последовательно разряд за разрядом. Их называют сдвигающими, т. к. тактирующие сигналы при вводе и выводе слов перемещают их внутри регистра.

Разряды такого регистра соединены последовательно. Каждый разряд выдает информацию в следующий и одновременно принимает новую информацию из предыдущего.