4. Узлы последовательностного типа
Триггеры
Регистры
Счетчики
Вопросы и задания для самоконтроля
Цифровые функциональные узлы последовательностного типа относятся к автоматам. Значение выходных сигналов этих узлов зависит не только от текущего значения входных сигналов, но и от последовательности их изменений. Функциональные узлы этого типа входят практически во все цифровые и микропроцессорные устройства. Для реализации типовых узлов промышленностью выпускаются микросхемы соответствующего функционального назначения.
Цель главы – ознакомление с основными типовыми узлами последовательностного типа, особенностями их построения и применения.
ПОСЛЕ ИЗУЧЕНИЯ ГЛАВЫ НЕОБХОДИМО ЗНАТЬ:
назначение, принцип действия и особенности реализации триггеров различных типов;
устройство, назначение, принцип действия и особенности реализации регистров;
устройство, назначение, принцип действия и особенности реализации счетчиков.
Последовательностные устройства после завершения переходного процесса сохраняют новое состояния, что используется для хранения информации о состоянии устройств или задания режимов их работы. Для изменения состояния последовательностных устройств требуется использовать сигналы, изменяющиеся вор времени, что требует введения в рассмотрение времени как параметра, с которым связано изменение сигналов (входных, управляющих работой устройств, и выходных, описывающих их состояние).
Различают потенциальные и импульсные сигналы. Сигнал называется потенциальным, если интервалы времени между его соседними изменениями существенно превышают время реакции элементов, в которых он используется. Сигнал называется импульсным, если его длительность того же порядка, что и время реакции устройства. Импульсные сигналы должны заканчиваться сразу после окончания в устройстве переходного процесса. Такие сигналы порождаются изменениями потенциального сигнала с 1 на 0 и с 0 на 1. Они представляют фронт сигнала. Последовательностные схемы могут реагировать различным образом на импульсные и потенциальные сигналы.
4.1. Триггеры
Триггеры — это устройства, имеющие два устойчивых состояния и способные скачком переходить из одного устойчивого состояния в другое при поступлении управляющих сигналов. Одному состоянию условно приписывается значение 1, другому – 0.
Различают синхронные и асинхронные триггеры. Асинхронный триггер характеризуется тем, что его состояние начинает меняться сразу при поступлении сигналов управления (информационных сигналов). В синхронном триггере действие входных информационных сигналов разрешается только при поступлении специальных синхронизирующих сигналов (иначе их называют разрешающими, управляющими или стробирующими). Это позволяет обеспечить одновременную (синхронную) работу триггеров и устройств, выполненных на основе триггеров.
Название триггера образуется от названий его входов и особенностей его работы. Входы обозначаются большими буквами латинского алфавита, например:
S – раздельный вход установки триггера в единичное состояние;
R – раздельный вход установки триггера в нулевое состояние;
K – вход установки универсального триггера в нулевое состояние;
J – вход установки универсального триггера в единичное состояние:
D – вход установки триггера в состояние, соответствующее логическому уровню на этом входе;
T – счетный вход;
C – синхронизирующий (разрешающий, управляющий) вход.
Триггер имеет два совершенно
равноправных выхода, которые условно
обозначаются Q
и
.
Выход Q
называют прямым выходом, выход
– инверсным. Названия выходам присвоены
условно, их можно и поменять местами,
важно лишь то, что их состояния (логические
уровни на них) всегда должны быть
противоположны: если на прямом выходе
установится уровень логической единицы,
то на инверсном – нуля и наоборот.
Договоренность о том, какой выход
триггера считать прямым, а какой –
инверсным, позволяет более четко говорить
о его работе и применении.
Состояние триггера принято определять по состоянию его прямого выхода Q: если уровень выхода Q=1, то триггер находится в единичном состоянии, если Q=0, то состояние триггера нулевое.