Триггеры




Основу последовательностных цифровых структур составляют триггеры различных типов, которые могут использоваться самостоятельно или в составе счетчиков, регистров и т. д.

Триггеры ТТЛ-микросхем различаются по своим возможностям. Так называемые JK- и D-триггеры ТМ2 могут работать в счетном режиме, то есть менять свое состояние на противоположное на каждый импульс, приходящий на счетный вход триггера. Триггеры других микросхем могут работать только в режиме хранения информации, записываемой в них в момент подачи тактовых импульсов. На рис. 16 приведены графические обозначения описываемых далее триггеров.

Триггер К155ТВ1 имеет девять входов: R - установки в 0, S - установки в 1, С - тактовых импульсов, J и К - управляющие (по три входа, объединенных по схеме И), а также прямой и инверсный (обозначен кружком) выходы. При подаче лог. 0 на вход R триггер

устанавливается в нулевое состояние, при котором на прямом выходе лог. 0, на инверсном - лог. 1. При подаче лог. 0 на вход S триггер устанавливается в единичное состояние. При подаче лог. 0 одновременно на оба входа (R и S) триггера на обоих выходах появляется лог. 1. Состояние триггера после снятия лог. 0 со входов R и S определяется тем, с какого из входов лог. 0 снят последним. Аналогично управляются по входам R и S все описываемые далее триггеры ТТЛ.

Сложнее происходит работа триггера при подаче сигналов на входы С, J и К. Наиболее простой режим - при лог. 1 на входах J и К. В этом случае JK-триггер работает, как обычный триггер со счетным входом: по спаду каждого положительного импульса на тактовом входе С состояние триггера меняется на противоположное. Если хотя бы на одном входе J и на одном входе К одновременно лог. 0, состояние триггера при подаче импульсов по тактовому входу С не меняется.

1-3-11.jpg

Если на всех входах J лог. 1, хотя бы на одном входе К - лог. 0, по спаду положительного импульса на входе С триггер устанавливается в единичное состояние независимо от своего предыдущего. Если хотя бы на одном входе J лог. 0, на всех входах К - 1, по спаду импульса на входе С триггер устанавливается в нулевое состояние.

Изменение сигналов на J- и К-входах при лог. 0 на входе С не влияет на состояние JK-триггера. Если же на входе С лог. 1, изменение сигналов на J- и К-входах само по себе не влияет на состояние выходов, но запоминается. Если триггер находится в нулевом состоянии и во время действия положительного тактового импульса на всех входах J была кратковременно лог. 1, по спаду импульса положительной полярности триггер перейдет в единичное состояние независимо от состояния входов J и К на момент спада. Аналогично, если триггер находится в единичном состоянии и во время действия тактового импульса на всех входах К была кратковременно лог. 1, по спаду тактового импульса триггер перейдет в нулевое состояние независимо от состояния входов J и К.

Предельная частота работы триггера К155ТВ1 10 МГц.

Микросхема ТВ6 (рис. 16) - сдвоенный JK-триггер. Каждый триггер имеет вход для подачи тактовых импульсов С, входы для подачи информации J и К, вход сброса R. Приоритетом пользуется вход R -при подаче на него лог. 0 триггер устанавливается в нулевое состояние, при котором на прямом выходе триггера - лог. 0, на инверсном -лог. 1. При лог. 1 на входе R возможна запись информации со входов J и К. Переключение триггера происходит по спаду импульсов положительной полярности на входе С. Если перед спадом сигнала на входе С на входе J лог. 1, на входе К лог. 0, триггер установится в единичное состояние, если на входе J лог. 0, на входе К лог. 1 - в нулевое. Если на входах J и К лог. 0, переключение по спаду импульса на входе С не произойдет; если на обоих входах лог. 1, триггер по спаду на входе С переключится в противоположное состояние. Для переключения триггера важна информация на входах J и К непосредственно перед переходом на входе С уровня лог. 1 в лог. 0, поэтому информация на входах J и К может меняться как при лог. 0, так и при лог. 1 на входе С. Предельная частота работы триггеров микросхем К555ТВ6 и КР1533ТВ6 - 30 МГц.

Микросхема ТВ9 (рис. 16) - также два JK-триггера, имеющих дополнительно ко входам триггеров К555ТВ6 еще входы установки в единичное состояние S при подаче лог. 0 на вход S. В остальном логика работы этих триггеров аналогична логике работы триггера ТВ6.

Предельная частота работы триггеров микросхем К555ТВ9 и КР1533ТВ9 - 30 МГц.

Микросхема ТВ10 (рис. 16) - два JK-триггера, функционирующих аналогично триггерам микросхем ТВ9, но отличающихся наличием лишь одного установочного входа. Этот вход можно считать входом установки в состояние 1 (вход S), можно считать входом сброса (вход R), в этом случае входы J и К и прямой и инверсный выходы меняются местами. Оба варианта графического обозначения триггера приведены на рис. 16.

Микросхема ТВ11 (рис. 16) - два аналогичных JK-триггера со входами установки и сброса, входы сброса и тактовые входы этих триггеров соответственно объединены.

Предельная частота работоспособности триггеров КР1533ТВ10 и КР1533ТВ11- 30 МГц, триггеров КР531ТВ9- КР531ТВ11 -80 МГц. Входные токи триггеров серии КР531 по некоторым входам увеличены - для выводов S всех триггеров - 7 мА, R для КР531ТВ11 - 14 мА, С для КР531ТВ9 и КР531ТВ10- 4 мА, для КР531ТВ11-8 мА.

Микросхема ТВ15 - сдвоенный JK-триггер (рис. 16), каждый из которых имеет входы: R и S - для установки в 0 и 1 при подаче лог. 0 на соответствующий вход, С - для подачи тактовых импульсов и J и К-информационные. Особенность микросхемы в том, что входы К - инверсные. В отличие от описанных выше JK-триггеров переключение происходит по спаду импульсов отрицательной полярности на входе С.

Счетный режим переключения триггера на каждый импульс осуществляется при подаче на вxoд J лог. 1, на вход К - лог. 0. Если на входы J и К подать лог. 1, по спаду импульса отрицательной полярности произойдет установка триггера в 1, если на эти входы подать лог. 0 - в 0. Объединение входов J и К превращает триггеры микросхемы в D-триггеры, аналогичные триггерам микросхем ТМ2, описываемых ниже. При J = 0, К = 1 происходит блокировка переключения, и триггеры микросхемы ТВ15 на импульсы на входе С не реагируют. Сигналы на входах J и К можно изменять как при лог. 0, так и при лог. 1 на входе С - для переключения триггера играют роль сигналы на этих входах лишь непосредственно перед переходом напряжения на входе С с лог. 0 на лог. 1.

Предельная частота функционирования триггеров К155ТВ15 -25 МГц, КР1533ТВ15 - 34 МГц.

Микросхема ТМ2 (рис. 16) содержит два D-триггера. Триггер D-типа имеет вместо входов J и К один вход D. По входам R и S

D-триггер работает так же, как и JK-триггер. Если на входе D лог. 0, по спаду импульса отрицательной полярности на входе С триггер устанавливается в нулевое состояние, при лог. 1 на входе D по спаду импульса отрицательной полярности на входе С триггер устанавливается в единичное состояние.

Для получения режима счетного триггера вход D соединяют с инверсным выходом триггера, в этом случае триггер меняет свое состояние на противоположное по спадам входных импульсов отрицательной полярности.

Предельная частота функционирования триггеров К155ТМ2 -15 МГц, К555ТМ2 - 25 МГц, КР1533ТМ2 - 40 МГц, КР531ТМ2 -80 МГц. Входные токи микросхемы КР531ТМ2 в состоянии лог. 0 составляют 4 мА по входам С и S, 6 мА по входу R, 2 мА по входу D.

На основе JK- и D-триггеров ТМ2 строятся счетчики и делители частоты.

Для построения двоичных счетчиков счетные входы JK-триггеров К155ТВ1, ТВ6, ТВ9 - ТВ 11 соединяют с прямыми выходами предыдущих триггеров, а D-триггеров ТМ2 и JK-триггеров ТВ 15 с инверсными (рис. 17). Отличие в подключении входов связано с тем, что триггеры микросхем ТМ2 и ТВ 15 срабатывают по спаду импульсов отрицательной полярности, а остальные - по спаду импульсов положительной полярности.

Состояние счетчика (число поступивших на его вход импульсов после установки в 0) однозначно определяется состоянием его триггеров. В частности, для четырехразрядных счетчиков состояние может быть определено по формуле

1-3-12.jpg

где Yi= 0 или 1 - состояние 1-го триггера (i = 1 - 4, начиная со входа счетчика); Рj= 2^i - 1 - вес i-го разряда счетчика. О таких счетчиках

1-3-13.jpg

говорят, что они работают в весовом коде 1-2-4-8. Счетчик может быть построен так, что его весовой код будет отличаться от рассмотренного. Так, для четырехразрядных счетчиков получили распространение коды 1-2-4-6, 1-2-2-4 и др. Существуют такие структуры счетчиков, состояние которых не может быть выражено приведенной выше формулой. О таких счетчиках говорят, что они работают в невесовом коде. Их состояния определяют по временным диаграммам или таблицам переходов. Сказанное о четырехразрядных счетчиках распространяется на счетчики любой разрядности.

Делители частоты (далее просто делители) отличаются от счетчиков тем, что в них используется только один выход - выход последнего триггера. Таким образом, n-разрядный двоичный счетчик всегда можно рассматривать как делитель на 2^n.

Часто необходимо осуществить деление частоты на некоторое целое число т, не являющееся степенью двойки, в таких случаях обычно используют n-разрядный двоичный счетчик (2^n >m) и вводом дополнительных логических связей обеспечивают пропуск 2^n - m состояний в процессе счета. Этого можно достигнуть, например, принудительной установкой счетчика в 0 при достижении состояния m или принудительной установкой счетчика в состояние 2^n - m при его переполнении.

Возможны и другие способы. Например, наиболее часто применяемая декада (счетчик с коэффициентом пересчета 10) нa JK-триггерах К155ТВ1 строится по схеме рис. 18 (а). При подаче импульсов с 1-го по 8-й декада работает как обычный двоичный счетчик импульсов. К моменту подачи восьмого импульса на двух входах J четвертого

1-3-14.jpg

триггера формируется уровень лог. 1, восьмым импульсом этот триггер переключается в единичное состояние и уровень лог. 0 с его инверсного выхода, подаваемый на вход J второго триггера, запрещает его переключение в единичное состояние под действием десятого импульса. Десятый импульс восстанавливает нулевое состояние четвертого триггера, и цикл работы делителя повторяется.

Декада на рис. 18 (а) работает в весовом коде 1-2-4-8. Временная диаграмма ее работы приведена на рис. 18 (б).

Декада на D-триггерах, схема которой приведена на рис. 19 (а), работает в невесовом коде. Временная диаграмма ее работы приведена на рис. 19 (б).

1-3-15.jpg

Построение счетчиков с коэффициентом пересчета 10 (декад) на триггерах ТВ6, ТВ9, ТВ10 отличается от построения на триггерах К155ТВ1, так как у триггеров указанных микросхем по одному входу J и К.

На рис. 20 приведена схема декады, работающей в весовом коде 1-2-4-8. Для увеличения числа входов J до необходимого использован один элемент микросхемы К555ЛИ1. На рис. 21 (а) приведена схема декады, выходной код которой не является весовым. Работа декады проиллюстрирована на диаграмме рис. 21 (б). Элемент DD3 не

1-3-16.jpg

1-3-17.jpg

является обязательным, он преобразует код работы декады в весовой код 1-2-4-8 (выходы А, В, С, Е), что может быть необходимым для подключения к декаде дешифратора или преобразователя кода для семисегментного индикатора.

Декада, схема которой приведена на рис. 22 (а), также работает в невесовом коде. Делитель на пять DD1.2, DD2.1, DD2.2 этой декады выполнен на основе сдвигающего регистра с перекрестными связями

1-3-18.jpg

1-3-19.jpg

так же, как и декады на D-триггерах рис. 19 (а). Коэффициент деления шесть такого регистра уменьшен до пяти за счет подключения входа R триггера DD2.2 к прямому выходу триггера DD2.1. Временная диаграмма работы приведена на рис. 22 (б).

Микросхема ТР2 (см. рис. 16) - четыре RS-триггера. Два триггера микросхемы

имеют по одному входу R и S, два других - по одному входу R и по два входа S. Сброс и установка триггеров в 1 происходят при подаче лог. 0 соответственно на входы R и S. Входы S тех триггеров, гдеих два, собраны как логический элемент ИЛИ для сигналов лог. 0, поэтому для установки триггеров в состояние 1 достаточно подать лог. 0 на один из входов S, состояние второго при этом не играет роли. Если на входы R и S триггера подать лог. 0, на выходе триггера - лог. 1. Состояние триггера после снятия сигналов лог. 0 со входов R и S будет определяться тем, с какого из входов лог. 0 будет снят последним.

Микросхему ТР2 можно использовать для подавления дребезга контактов (рис. 23) и в других случаях.

 





На главную










Радио для всех
©
Научно-популярный образовательный ресурс


Создать сайт бесплатно