Лабораторне заняття № 4 (2 год.)

ТЕМА: Дослідження роботи тригера

НАВЧАЛЬНА МЕТА: вивчення структури й алгоритми роботи асинхронних та синхронних тригерів; дослідження функцій переходів і збудження основних типів тригерів; вивчення принципів взаємозамінності тригерів різних типів.

ОБЛАДНАННЯ ТА ОСНАЩЕННЯ: ПЕОМ, програмний комплекс Electronics Workbench

ОСНОВНІ ТЕОРЕТИЧНІ ПОЛОЖЕННЯ:

Тригер - найпростіша цифрова схема послідовного типу. У тригерів стан виходу Y у любий момент часу визначається поточним станом входу Х та внутрішнім станом схеми Q:

Y=F(X,Q)

Іншими словами, цифровий автомат є не тільки перетворювачем, але й зберігає попередню й поточну інформацію (стани). Ця властивість забезпечується наявністю в схемах зворотних зв’язків.

Основою послідовностних схем є тригери. Тригер має два стійких стани Q=1 і Q=0, тому його іноді називають бістабільною схемою. В якому з цих станів опиниться тригер, залежить від сигналів на входах тригера і від його попереднього стану, тобто він має пам’ять. Можна сказати, що тригер є елементарною коміркою пам’яті.

Тип тригера визначається алгоритмом його роботи. В залежності від алгоритму роботи, тригер може мати настановні, інформаційні та керуючі входи. Настановні входи встановлюють стан тригера незалежно від стану інших входів. Входи керування дозволяють запис даних, які надходять на інформаційні входи. Найбільш розповсюдженими є тригери RS, JK, D і Т – типів.

Тригери типу RS

RS - тригер – найпростіший автомат з пам’яттю, який може знаходитись в двох станах. Тригер має два настановні входи: установки S (set - установка) і скиду R (reset - скид), на які подаються вхідні сигнали від зовнішніх джерел. При подачі на вхід настанови активного логічного рівня тригер установлюється в 1(Q=1, ¬Q=0), якщо подати активний рівень на вхід скиду тригер установлюється в 0 (Q=0, ¬Q=1). Якщо подати на обидва входи установки (збудження) пасивний рівень, то тригер буде зберігати попередній стан виходів: Q=0, ¬Q=1 або Q=1, ¬Q=0. Кожний стан стійкий і підтримується за рахунок дії зворотних зв’язків.

Для тригерів цього типу є недопустимим одночасна подача активного типу на обидва входи установки, так як тригер за визначенням не може одночасно бути встановленим в нуль та одиницю. На практиці подача активного рівня на настановні входи приводить до того, що  цей стан не може бути збереженим і неможливо визначити, в якому стані буде знаходитись тригер при наступній подачі сигналів пасивного рівня.

На рисунках 1 і 2 зображені два виду RS - тригерів, які виконані на елементах АБО-НЕ та І-НЕ.

Рисунок 1 - RS - тригер, виконаний на елементах І-НЕ

Рисунок 2 - RS-тригер, виконаний на елементах АБО-НЕ

Для схеми на рисунку 1 активним рівнем є рівень логічної одиниці, для схеми на рисунку 2 – рівень логічного нуля. Схема на рисунку 2 отримала назву RS-тригера з інверсними входами.

RS-тригер є основним вузлом для побудови послідовних схем. Назва схем такого типу “послідовні” означає, що стан виходу залежить від того, в якій послідовності на входи подаються вхідні набори і яким був попередній внутрішній стан. Так, якщо в RS-тригері (рисунок 1) на початку встановити комбінацію R=0, S=1 (скорочений запис - 01), а потім перейти до R=0, S=0 (00), то стан виходу Q=1. Якщо ж на початку установити комбінацію 10, а потім перейти до 00, то стан виходу буде інший - Q=0, незважаючи на однакові комбінації сигналів на входах. Таким чином, при одному і тому ж вхідному наборі 00 вихід тригера може знаходитися в різних станах.

Умови переходів тригерів із одного стану в інший (алгоритм роботи) можна описати табличним, аналітичним або графічним способами. Табличний опис роботи RS – тригера (рисунок 1) представлено в таблиці 1 (таблиця переходів) і таблиці 2 (таблиця функцій збудження).

В таблицях використані наступні позначення:

Q_t – попередній стан виходу;

Q_t+1 – новий стан, який установлюється після переходу (Q_t+1 = Q_t);

х – будь-яке значення сигналу: 0 або 1;

- - невизначений стан.

           

Таблиця 1          

Таблиця переходів
R	S	Qt+1
0 0 1 1	0 1 0 1	Qt 1 0 -

Таблиця 2

Таблиця функцій збудження
Qt	Qt+1	R	S
0 0 1 1	0 1 0 1	x 0 1 0	0 1 0 x

         

Залежність Q_t+1 і Q_t характеризує властивість запам’ятовування попереднього стану.

JK-тригер

Тригер JK–типу має більш складну, в порівнянні з RS – тригером, структуру і більш широкі функціональні можливості. Крім інформаційних входів J і K і прямого і інверсного виходів Q і ¬Q – тригер має вхід керування С (цей вхід також називають тактуючим або рахунковим), а також асинхронні настановні R і S – входи. Звичайно активними рівнями настановних сигналів є нулі, як на схемі на рис. 2. Настановні входи мають пріоритет над іншими. Активний рівень сигналу на вході S встановлює тригер в стан Q=1, а активний рівень сигналу на вході R – в стані Q=0, незалежно від сигналів на інших входах.

Якщо на входи установки одночасно подати пасивний рівень сигналу, то стан тригера буде мінятися по фронту імпульсу на рахунковому вході в залежності від стану входів J і K, як показано в таблицях переходів (таблиця 3) і функцій збудження (таблиця 4).

Таблиця 3

Таблиця переходів
J	K	Qt+1
0 0 1 1	0 1 0 1	Qt 1 0 Qt

Таблиця 4

Таблиця функцій збудження
Qt	Qt+1	J	K
0 0 1 1	0 1 0 1	x 0 1 0	0 1 0 x

Один із варіантів функціональної схеми JK-тригера з входами установки логічного нуля і його умовне графічне позначення (УГП) приведені на рисунку 3. Часові діаграми його роботи при R=S=1 приведені на рисунку 4.

а

б

Рисунок 3 - Функціональна схема JK-тригера: а) – внутрішня логічна схема, б) – умовне позначення)

Рисунок 4 - Часові діаграми роботи JK-тригера

D-тригер

D – тригер має один інформаційний вхід D (data - дані). Інформація зі входу D заноситься в тригер по позитивному перепаду імпульсу на лічильному вході С і зберігається до наступного позитивного перепаду на лічильному вході тригера. Крім лічильного С і інформаційного D входів, тригер постачений асинхронними настановними R і S входами. Настановні входи пріоритетні. Вони встановлюють тригер незалежно від сигналів на входах С i D. Функціонування D – тригера можна описати таблицею переходів (таблиця 5), таблицею функцій збудження (таблиця 6) і діаграмами вхідних і вихідних сигналів (рисунок 5).

Таблиця 5

Таблиця переходів
D	Qt+1
0  1	0  1

Таблиця 6

Таблиця функцій збудження
Qt	Qt+1	D
0 0 1 1	0 1 0 1	0 1 0 1

Рисунок 5 - Діаграми вхідних та вихідних сигналів D - тригера

         

Характеристичне рівняння D – тригера:

Q_t+1=D_t

Рівняння показує, який стан тригера на (t+1)-такті дорівнює сигналу в попередній момент перед перепадом тактового сигналу С. Позначення D - тригера представлено на рисунку 6.

Рисунок 6 - Функціональне позначення D - тригера

T-тригер (лічильний тригер)

На основі JK – тригера і D – тригера можна побудувати схеми, які здійснюють так званий лічильний режим. Такі схеми називають Т – тригерами або лічильними тригерами, пов’язуючи з цим спосіб їх функціонування. На рисунку 7 представлені схеми організації Т-тригера на основі JK і D–тригерів.

Рисунок 7 - Схеми організації Т – тригера

Лічильний режим ілюструється часовими діаграмами рисунку 8.

Рисунок 8 - Часові діаграми роботи Т-тригера

В JK–тригері з входами установки логічного нуля лічильний режим реалізується шляхом подачі констант J=K=1 і R=S=1 і вхідного сигналу Т на вході С. У відповідності з таблицею функціонування (таблиці 3 і 4) при кожному негативному перепаді вхідного сигналу Т стан тригера змінює своє значення на протилежне.

В D-тригері лічильний режим реалізується за допомогою зворотного зв’язку (на вхід D подається сигнал з інверсного виходу). Таким чином, завжди існує нерівність сигналу на вході D і сигналу на виході Q: якщо Q=1, D=0. Тому, при кожному позитивному перепаді сигналу на лічильному вході С, у відповідності з принципом дії D – тригера стан виходу буде змінюватися на протилежний.