Перелік питань для вивчення.

Тема 8. Послідовні цифрові пристрої.

Мета: розглянути призначення та принципи роботи послідовних цифрових пристроїв.

Перелік питань для вивчення.

1. Визначення та призначення тригерів.

2. Класифікація тригерів.

3. Асинхронний RS-тригер (найпростіша комірка пам’яті).

4. Асинхронні та синхронні тригери. D-тригер.

5. Регістри.

6. T-тригер.

7. JK-тригер.

1. Визначення та призначення тригерів.

Тригер – це запам'ятовуючий елемент з двома стійкими станами, зміна яких відбувається під дією вхідних сигналів.

Як елемент комп'ютера, тригер призначений для зберігання одного біта інформації. Схема тригера забезпечує запис, читання, стирання та індикацію збереженої двійкової інформації. На основі тригерів будують типові функціональні вузли комп'ютерів – регістри, лічильники, накопи-чувальні суматори, а також мікропрограмні автомати.

Усі різновиди тригерів являють собою елементарний автомат, який складається з елемента пам'яті (ЕП) та схеми керування (СхК), яка утворює вхідну логіку (рис. 8.1).

   

Рис. 8.1. Структура тригера у вигляді ЕП і СхК.

Стан тригера визначається сигналами на прямому Q та інверсному виходах.

Зміна стану тригера (його перемикання) забезпечується зовнішніми сигналами й сигналами зворотного зв’язку на виході тригера, які поступають на входи СхК. Звичайно зовнішні сигнали, як і входи тригера, позначають латинськими буквами R, S, Т, С, V та іншими. В найпростіших схемах тригерів окрема СхК може бути відсутньою. Оскільки функціональні властивості тригерів визначаються їхньою СхК, то назви основних входів переносяться на всю схему тригера.

1. Класифікація тригерів.

За законами функціонування тригери поділяються на 4 основні типи:

1. RS;

2. D;

3. T;

4. JK.

За способом синхронізації тригери поділяються на 2 типи:

- асинхронні;

- синхронні.

1. Асинхронний RS-тригер (найпростіша комірка пам’яті).

Розглянемо схему з двох елементів «АБО-НЕ» зі зворотнім зв’язком (рис. 8.2).

Один з входів встановлює тригер в стан 1. Його називають S (від англ. set - встановити). Другий вхід скидає тригер в стан 0, його називають входом R (від англ. reset — скинути). Такий тригер називають RS-тригером.

Виконаємо аналіз функціонування RS-тригера за допомогою таблиці істинності (рис. 8.3).

Пояснимо роботу RS-тригера на базі елементів АБО-НЕ за допомогою діаграми (рис 8.4). Після надходження сигналу 1 на вхід S тригер перемикається в стан 1, якщо він був у стані 0, або зберігає 1 на виході Q, якщо він вже знаходився в цьому стані. Відповідно під дією сигналу 1 на вході R тригер перемикається в 0 або зберігає цей стан. Початковий стан тригера (відразу після включення та за відсутності сигналів 1 на входах S і R не визначений, він є випадковою величиною.

Рис. 8.2. RS-тригер на базі елементів «АБО-НЕ».

 

R	S	Qt	Qt+1	Стан
				Save
				Set
				Reset
			*	Заборонена комбінація
			*

Рис. 8.3. Таблиця істинності RS-тригера.

 

Рис. 8.4. Діаграма сигналів RS-тригера.

1. Асинхронні та синхронні тригери. D-тригер.

За способом запису інформації розрізняють асинхронні і синхронні тригери. Стан асинхрон-ного тригера може змінитися в будь-який момент — тоді, коли прийде вхідний сигнал. У синхрон-ному тригері стан може мінятися тільки в певні моменти часу — тоді, коли поступає додатковий синхронізуючий сигнал. RS-тригep є асинхронним. На його базі може бути побудований синхрон-ний D-тригер (рис. 8.5).

 

Рис. 8.5. Синхронний D-тригер.

Сигнали, призначені для запису в тригер, поступають на інформаційний вхід D. Сигнали, що визначають момент запису, поступають на вхід С. Зміна стану статичного D-тригера можлива тільки протягом того часу, коли С = 1. Якщо ж на вхід С поступає сигнал 0, то зміна сигналу на виході тригера не відбувається, він зберігає попередній стан.

Оскільки такий тригер затримує вихідний сигнал до приходу чергового синхроімпульсу, він отримав назву «D-тригер» (від англ. delay — затримка).

1. Регістри.

Регістр є впорядкованою послідовністю (сукупністю) тригерів, число яких відповідає числу розрядів в слові. Регістр використовується для зберігання n -розрядного слова та виконання над ним логічних перетворень.

Оскільки регістр призначений для зберігання двійкового числа (слова), то його основу скла-дають запам'ятовуючі елементи — тригери. У кожному з них повинна зберігатися цифра розряду числа.

Залежно від способу введення та виведення розряду числа регістри бувають паралельні, послідовні та паралельно-послідовні.

У паралельному регістрі введення або виведення слова здійснюється в паралельній формі — одночасно для всіх розрядів, в послідовному регістрі розряди числа вводяться і виводяться послідов-но один за іншим, в паралельно-послідовному регістрі введення числа здійснюється в паралельній формі, а вивід — в послідовній, або навпаки.

На рис. 8.6 та 8.7 наведені функціональна схема та умовне позначення регістра.

Рис. 8.6. Функціональна схема паралельного регістра на RS-тригерах.

Рис. 8.7. Умовне позначення пара­лельного чоти­рирозрядного регістра.

1. T-тригер.

Т-тригер (від англійського toggle - перекидатися) має тільки тактовий вхід Т і змінює свій стан на протилежний по фронту або зрізу кожного нового тактового імпульсу (рис. 8.8).

На рисунку 8.8 показані способи виконання Т-тригера на базі D- або RS-тригера, а також умовне позначення та часові діаграми Т-тригера. Кожного разу по фронту сигналу Т змінюється рівень напруги на виході Q.

Частота зміни напруги на виході Q Т-тригера в два рази менше частоти імпульсів на його тактовому вході. Ця властивість Т-тригера використовується при побудові двійкових лічильників, а Т-тригер називають також лічильним тригером.

Рис. 8.8. Лічильний тригер і часові діаграми його роботи.

1. JK-тригер.

JK-тригер виконує найбільш універсальні функції (J – jerk - поштовх; K - kill - ліквідувати).

Він будується на базі RS-тригера з динамічним тактовим входом (рис. 8.9), але, на відміну від нього, в JK-тригері усунено заборонений стан при J = K = 1. При збігу логічних одиниць на інформаційних входах J і K він працює як лічильний (режим перемикання), тобто змінює свій стан на протилежний при кожному новому такті.

Логічна 1 на вході J встановлює тригер в стан одиниці (режим запису 1, установка), логічна 1 на вході K переводить тригер в стан логічного нуля (режим запису 0, скидання) за наявності тактового імпульсу.

За наявності логічних нулів на входах J і K тактовий імпульс не змінює стан тригера (режим зберігання).

 

Рис. 8.9. JK-тригер.

Контрольні запитання.

1. Дайте визначення призначення тригера.

2. Назвіть призначення тригера.

3. Які типові функціональні вузли комп'ютерів будують на основі тригерів?

4. Поясніть принцип роботи тригера за допомогою структурної схеми.

5. Яким чином визначається стан тригера?

6. Яким чином відбувається зміна стану тригера?

7. Яким чином класифікують тригери за законами функціонування?

8. Яким чином класифікують тригери за способом синхронізації?

9. Поясніть роботу асинхронного RS-тригера за допомогою функціональної схеми та таблиці істинності.

10. Поясніть роботу асинхронного RS-тригера за допомогою часової діаграми.

11. Поясніть принцип роботи асинхронного тригера.

12. Поясніть принцип роботи синхронного тригера.

13. Опишіть роботу D-тригера.

14. Дайте визначення регістра.

15. Які бувають регістри залежно від способу введення та виведення розряду числа?

16. Поясніть принцип роботи D-тригера.

17. Поясніть принцип роботи JK-тригера.

Дата добавления: 2015-07-20