Синхронный RS-триггер, тактируемый уровнем

В цифровых устройствах в основном применяются синхронные (тактируемые) триггерные устройства, в которых информация на входах воспринимается триггером только в определенные моменты времени, а именно в момент существования на синхровходе С разрешающего импульса, называемого синхронизирующим (тактовым). При отсутствии синхронизирующего импульса на входе С логические связи триггера с другими устройствами разрываются, тем самым исключается возможность появления ложных сигналов во время переходных процессов переключения элементов, повышается надежность работы устройств. На рис. 2.5,а приведены структурная схема синхронного RS-триггера на элементах И-НЕ и ее условное обозначение, на рис. 2.5,б – временные диаграммы изменения потенциалов на входах и выходах.

На диаграммах учтено время переключения (задержки) логических элементов .Форма импульсов идеализирована. Цифровые коды для первых трех интервалов проставлены на схеме. Символом С обозначен вход для синхронизирующих импульсов (синхровход). Выходным звеном этого триггера является конъюнктивная БЯ (вентили В3, В4) с инверсными входами , , функционирование которой описано ранее. Вентили В1, В2 образуют комбинационную схему управления, которая либо пропускает сигналы R, S с внешних входов на входы БЯ, либо не пропускает. При этом внешние сигналы R, S инвертируются вентилями В1, В2 и на входы БЯ поступают инверсные сигналы , . Таким образом, синхронный триггер на элементах И-НЕ управляется прямыми (неинверсными) внешними сигналами R, S. Переключение триггера в соответствии со значениями сигналов R, S происходит только при С = 1 (при наличии высокого уровня В). За все время существования синхросигнала на входе С (интервалы 2, 4 на временной диаграмме) сигналы с информационных входов R, S принимаются и записываются в триггер. Такие триггеры называют тактируемыми (синхронизируемыми) уровнем. За время действия синхросигнала С они могут переключаться несколько раз в соответствии с изменением входных сигналов S и R. Правила переключения при С = 1 соответствуют табл. 2.1, а при С = 0 информация на выходе не изменяется () при любых значениях S и R.

В процессе переключения синхронного RS-триггера происходит последовательное переключение трех вентилей. На рис. 2.5,б приведены временные диаграммы переключения триггера из исходного нулевого состояния (интервал 1) Q = 0 ( = 1). После прихода сигнала С = 1 (при наличии R = 0, S = 1) переключаются последовательно вентили В1, В3, В4, каждый в течение . Две единицы на входах вентиля В1 (C = 1, S = 1) дают нуль на его выходе и на входе . Этот нуль переключает вентиль В3, и на его выходе появляется единица (Q = 1). Две единицы на входах вентиля В4 ( = 1, Q = 1) переключают его в нулевое состояние ( = 0). Состояние вентиля В2 не меняется, т.к. на одном его входе сохраняется нуль (R = = 0). На этом заканчивается переходный процесс переключения из нулевого состояния в единичное продолжительностью в 3 . Переключение из единичного состояния в нулевое (на интервале 4) происходит при подаче двух единиц на входы C и R (C = 1, R = 1). При этом последовательно переключаются вентили В2, В4, В3. Состояние вентиля В1 не меняется, т.к. на одном из его входов сохраняется нуль (S = 0).Общее время переключения равно 3 . Поэтому длительность входного импульса должна быть не менее 3 . Максимальная частота переключения:

2.6. Синхронный RS-триггер, тактируемый фронтом

Структурная схема такого триггера и временные диаграммы ее работы приведены на рис. 2.9,а,б. Ее можно представить схемой, включающей в себя два синхронных RS-триггера, тактируемых уровнем: основной (управляющий) триггер М (вентили В1 – В4) и вспомогательный (управляемый) триггер S(вентили В5 –В8). Выходы , триггера М через управляющую схему (В5, В6) подключены к входам , триггера S. Выходы Q, триггера S являются внешними. На схеме приведены цифровые коды состояний входов и выходов для трех временных интервалов С (по диаграмме входа). За исходное принято состояние Q = 0 ( = 1).

При отсутствии информации на входах, т.е. при S = 0, R = 0, С = 0 (первый интервал), единичные сигналы с выхода вентилей В1, В2 разрешают прохождение сигналов , через вентили В5, В6 на входы , триггера S и устанавливаются Q = , = . Так, наличие трех единиц на входе В6 обусловливает логический нуль на инверсном входе вентиля В8. В то же время = 0 обусловливает сигнал 1 на входе вентиля В7. Сигнал = 0 устанавливает = 1, = 0 (инверсное управление асинхронным RS-триггером на элементах И-НЕ). При отсутствии синхросигнала (С = 0) триггеры S и Мсоединены и состояние триггера S такое же, как триггера M (Q = , = ). При поступлении синхросигнала С (С = 1, второй интервал) разрешается проход сигналов со входов R, S (через вентили B1, B2). При С = 1, R = 0 вентиль B2остается закрытым. При С = 1, S = 1 вентиль В1 открывается, на его выходе появляется логический нуль (с задержкой на ), который переключает триггер М (с задержкой на 2 ) в противоположное исходному состояние = 1 ( = 0). Но логический нуль с выхода вентиля В1 закрывает вентили В5, В6на все время t _и действия импульса С (вступает в действие запрещающая связь между М и S), и информация с выходов , триггера М не может пройти на входы , триггера S. На это время t _и триггеры М и S разделены и каждый работает независимо от другого. При исчезновении импульса С (момент t ₂, отрицательный фронт) на выходах вентилей В1, B2 устанавливаются единицы с задержкой на (интервал 3), что разрешает прохождение сигналов , через вентили В5, В6 на входы , (прекращается действие запрещающей связи между М и S) и только после этого происходит переключение триггера S в противоположное предшествующему состояние Q = 1 ( = 0) с задержкой на 3 после исчезновения импульса С.

Таким образом, прежняя информация на выходе Q () сохраняется в течение всего времени t _и (С = 1), что и позволяет производить считывание и запись информации в одном такте.

Синхровход С на рис. 2.9,в статический прямой, на рис. 2.9,г,д синхровходы динамические инверсные.

На рис. 2.10 приведена структурная схема другой разновидности RS-триггера – схема М-S с инвертором. Эта схема работает точно так же, как рассмотрено выше, только запрещающие связи на входы вентилей В5, В6 заменены на выходной сигнал инвертора (В9), который выполняет точно такую же роль. Общее время переключения этих схем составляет 6 . Минимальная длительность такта Т _min не должна быть меньше 6 , а максимальная частота переключения триггера

.

Схема М-S с коммутирующими транзисторами приведена на рис. 2.15. УГО рассмотренных триггеров, тактируемых фронтом, в соответствии с ГОСТ 2.743-91 приведены на рис. 2.9,в,г,д. Триггеры по системе М-S относятся к двухступенчатым, для которых предусмотрено специальное обозначение «ТТ» в основном поле УГО (см. рис. 2.9,в).

С другой стороны, входы, по фронту которых происходит переключение триггера, называются динамическими и снабжаются специальными метками, как показано на рис. 2.9,г (для инверсного динамического входа). Триггер при этом может быть не двухступенчатым, а, например, по схеме трех триггеров. Однако и у двухступенчатого триггера (по схеме М-S) синхровход С тоже является динамическим. Поэтому УГО на рис. 2.9,д, хотя в нем и имеется избыточная информация, не противоречит ГОСТу.

Таблица состояний RS-триггеров, тактируемых фронтом, такая же, как всех других RS-триггеров (см. табл. 2.1, 2.2), но синхросигнал С – динамический. Особенность таблицы состояний для триггеров с динамическим управлением рассмотрена далее (табл. 2.8 и 2.9).

Дата добавления: 2015-07-25