какая комбинация входных сигналов rs триггера считается запрещенной
Какая комбинация входных сигналов rs триггера считается запрещенной
Триггер – это электронное устройство, которое предназначается для записи и хранения информации. Обычно он имеет два выхода: прямой и инверсный; и некоторое количество входов, в зависимости от выполняемой задачи. Под действием входных сигналов, изменяется состояние выходов. Напряжение на выходах изменяется резко – скачкообразно. Для изготовления триггеров обычно используются биполярные, униполярные транзисторы (полупроводниковые приборы).
RS-триггер именуется так из-за названия его входов:
| R – reset (сбросить); |
| S– set (установить). |
Он оснащен двумя входами, как говорилось, и двумя выходами:
| Q – прямой выход; |
 – инверсный. |
Вторая схема собрана с помощью двух логических элементов И-НЕ. Разница между ними заключается в том, что управление в прошлой схеме осуществлялось положительным сигналом (единицей), а в текущей активный уровень – ноль. Работают обе схемы идентично, поэтому описание принципа действия здесь не требуется.
Работу выше описанных устройств иллюстрирует временная диаграмма:
Рисунок 3 – Временная диаграмма RS-триггера
На схемах RS-триггер показывается как отдельное устройство, а не совокупность логических элементов, и имеет свое условное обозначение:
Какая комбинация входных сигналов rs триггера считается запрещенной
Общие сведения о триггерах. Логика работы RS-, D— и T-триггеров
Общие сведения о триггерах
Триггером называют логическую схему с положительной обратной связью, имеющую два устойчивых состояния – единичное и нулевое, которые обозначаются соответственно 1 и 0 (рис. 1, а). В основе любого триггера находится кольцо из двух инверторов (рис. 1, б, в). Триггер является элементом памяти последовательностных логических устройств, на схемах он обозначается буквой Т.
При подаче питания в результате переходных процессов произвольно один из инверторов устанавливается в единичное состояние, а другой – в нулевое. В дальнейшем состояние логических элементов (ЛЭ) сохраняется, так как сигнал с выхода одного ЛЭ поддерживает состояние другого ЛЭ. Общепринято такую схему называть элементом памяти или защелкой.
Входы триггера разделяют на информационные и управляющие (вспомогательные). Это разделение в значительной степени условно.
Информационные входы используются для управления состоянием триггера. Управляющие входы обычно используются для предварительной установки триггера в некоторое состояние и для синхронизации. Как правило, триггеры имеют 2 выхода: прямой и инверсный.
Рис. 1 Структурная схема триггера
Триггеры классифицируют по способу приема информации, принципу построения и функциональным возможностям.
По способу приема информации различают асинхронные и синхронные триггеры. Асинхронный триггер изменяет свое состояние непосредственно в момент появления соответствующего информационного сигнала.
Синхронные триггеры реагируют на информационные сигналы только при наличии соответствующего сигнала на так называемом входе синхронизации С (от англ. clock). Этот вход также обозначают терминами «строб», «такт».
Синхронные триггеры в свою очередь подразделяют на триггеры со статическим (статические) и динамическим (динамические) управлением по входу синхронизации С.
Статические триггеры воспринимают информационные сигналы при подаче на вход С логической единицы (прямой вход) или логического нуля (инверсный вход).
Динамические триггеры воспринимают информационные сигналы при изменении (перепаде) сигнала на входе С от 0 к 1 (прямой динамический С-вход) или от 1 к 0 (инверсный динамический С-вход).
По способу построения различают одно- и двухступенчатые триггеры. В одноступенчатом триггере имеется одна ступень запоминания информации, а в двухступенчатом – две такие ступени. Вначале информация записывается в первую ступень, а затем переписывается во вторую и появляется на выходе. Двухступенчатый триггер обозначают ТТ.
По функциональным возможностям триггеры разделяют на следующие классы:
— с раздельной установкой состояния 0 и 1 (RS-триггеры);
— с приемом информации по одному входу D (D-триггеры, или триггеры задержки);
— со счетным входом Т (Т-триггеры).
RS -триггер
Условное графическое обозначение асинхронного RS-триггера и таблица его переходов приведены на рис. 2.
Рис. 2 Условное графическое обозначение асинхронного RS-триггера и таблица его переходов
Триггер имеет два информационных входа: S (от англ. set) и R (от англ. reset). Закон функционирования триггеров удобно описывать таблицей переходов, которую иногда также называют таблицей истинности (рис. 2). Через St, Rt, Qt обозначены соответствующие логические сигналы, имеющие место в некоторый момент времени t, а через Qt+1 выходной сигнал в следующий момент времени t+1.
Комбинацию входных сигналов St = 1, Rt = 1 часто называют запрещенной, так как после нее триггер оказывается в состоянии (1 или 0), предсказать которое заранее невозможно. Подобных ситуаций нужно избегать.
Рассматриваемый триггер может быть реализован на двух элементах ИЛИ-НЕ (рис. 3, а) или И-НЕ (рис.3, б).
Эти схемы функционируют в полном соответствии приведенной выше таблицей переходов, которая на рис. 2 приведена в сокращенном виде. Полная таблица истинности (таблица переходов) RS-триггера на элементах ИЛИ-НЕ имеет следующий вид (рис. 4).
Рис. 3 RS-триггер на элементах ИЛИ-НЕ (а) и И-НЕ (б)
Рис. 4 Таблица истинности RS-триггера на элементах ИЛИ-НЕ
В асинхронном RS-триггере на элементах И-НЕ переключение производится логическим «0», подаваемым на вход R или S, т. е. реализуется обратная рассмотренной ранее таблице переходов (рис. 4). Запрещенная комбинация соответствует логическим «0» на обоих входах.
Рассмотрим синхронный RS-триггер (рис. 5). Если на входе С – логический «0», то и на выходе верхнего входного элемента «И-НЕ», и на выходе нижнего будет логическая «1». А это, как отмечалось выше, обеспечивает хранение информации. Таким образом, если на входе С – логический «0», то воздействие на входы R, S не приводит к изменению состояния триггера. Если же на вход синхронизации С подана логическая единица, то схема реагирует на входные сигналы так же, как и рассмотренная ранее.
В рассмотренных выше RS-триггерах с обратными связями возможны неопределенности, обусловленные одновременным изменением информации на прямом и инверсном выходах, связанных с R и S входами. Для устранения этого эффекта применяются двухступенчатые триггеры.
При использовании двухступенчатого RS-триггера (рис. 6) допускается соединение его входов и выходов. Двухступенчатый триггер состоит из двух синхронных RS-триггеров и дополнительного элемента НЕ. При подаче входных управляющих сигналов и синхросигнала (рис. 7) производится запись информации в первый триггер (момент t1). При этом второй триггер не изменяет своего состояния, так как на его синхровход с инвертора подается логический ноль. Только по окончании записи в первый триггер при изменении синхросигнала с единицы на ноль производится запись во второй триггер двухступенчатой системы (t2).
Рис. 5. Синхронный RS-триггер
Рис. 6. Структурная схема двухступенчатого триггера
Рис. 7. Временная диаграмма работы двухступенчатого триггера
Таким образом, двухступенчатый триггер переключается по заднему фронту синхронизирующего импульса. Такая синхронизация называется динамической. Наличие динамической синхронизации отмечено наклонной чертой. Использование в триггере двух ступеней обозначается двумя буквами ТТ.
Входы R и S (выводы 2 и 13) – установочные входы (установки 1 и 0 соответственно) действуют независимо, подан синхроимпульс или нет.
Рис. 8. Синхронный RS-триггер К136ТР1: а – УГО, б – таблица истинности
В таблице (рис. 8, б) приняты следующие обозначения:
— любое состояние S, R-сигналов на выводах 2, 13 ИМС;
– произведение сигналов на выводах 9, 10, 11 ИМС;
– произведение сигналов на выводах 3, 4, 5 ИМС.
D-триггер
D-триггер (от англ. delay) запоминает входную информацию при поступлении синхроимпульса.
Хранение информации в D-триггерах обеспечивается за счет синхронизации, поэтому все реальные D-триггеры имеют два входа: информационный D и синхронизации С (рис. 9). В этом триггере сигнал на входе по сигналу синхронизации записывается и передается на выход.
Так как информация на выходе остается неизменной до прихода очередного импульса синхронизации, D-триггер называют также триггером с запоминанием информации или триггером-защелкой.
Условное графическое обозначение D-триггера показано на рис. 10.
Рис. 10 Условное графическое обозначение D-триггера
Рис. 11 ИМС К561ТМ2
При подаче на вход S логической 0 и на вход R – логической 1 триггер устанавливается в единичное состояние (Q = 1). При подаче на вход S логической 1 и на вход R – логического 0 триггер устанавливается в нулевое состояние. При S = R = 1 триггер работает как D-триггер, повторяя на выходе Q сигнал на входе D при воздействии положительного фронта на входе синхронизации.
Т-триггеры
Т-триггер изменяет свое логическое состояние на противоположное по каждому активному сигналу на информационном входе Т. Т-триггер часто называют счетным триггером. Условное графическое обозначение двухступенчатого Т-триггера приведено на рис. 12.
Основы электроакустики
Триггером называют логическую схему с положительной обратной связью, имеющую два устойчивых состояния – единичное и нулевое, которые обозначаются соответственно 1 и 0 (рис.23.1, а). В основе любого триггера находится кольцо из двух инверторов (рис. 23.1, б, в). Триггер является элементом памяти последовательностных логических устройств, на схемах он обозначается буквой Т
При подаче питания в результате переходных процессов произвольно один из инверторов устанавливается в единичное состояние, а другой – в нулевое. В дальнейшем состояние логических элементов (ЛЭ) сохраняется, так как сигнал с выхода одного ЛЭ поддерживает состояние другого ЛЭ. Общепринято такую схему называть элементом памяти или защелкой.
Входы триггера разделяют на информационные и управляющие (вспомогательные). Это разделение в значительной степени условно.
Информационные входы используются для управления состоянием триггера. Управляющие входы обычно используются для предварительной установки триггера в некоторое состояние и для синхронизации. Как правило, триггеры имеют 2 выхода: прямой и инверсный.
Рис. 23.1. Структурная схема триггера
Триггеры классифицируют по способу приема информации, принципу построения и функциональным возможностям.
По способу приема информации различают асинхронные и синхронные триггеры. Асинхронный триггер изменяет свое состояние непосредственно в момент появления соответствующего информационного сигнала.
Синхронные триггеры реагируют на информационные сигналы только при наличии соответствующего сигнала на так называемом входе синхронизации С (от англ. clock). Этот вход также обозначают терминами «строб», «такт».
Синхронные триггеры в свою очередь подразделяют на триггеры со статическим (статические) и динамическим (динамические) управлением по входу синхронизации С.
Статические триггеры воспринимают информационные сигналы при подаче на вход С логической единицы (прямой вход) или логического нуля (инверсный вход).
Динамические триггеры воспринимают информационные сигналы при изменении (перепаде) сигнала на входе С от 0 к 1 (прямой динамический С-вход) или от 1 к 0 (инверсный динамический С-вход).
По способу построения различают одно- и двухступенчатые триггеры. В одноступенчатом триггере имеется одна ступень запоминания информации, а в двухступенчатом – две такие ступени. Вначале информация записывается в первую ступень, а затем переписывается во вторую и появляется на выходе. Двухступенчатый триггер обозначают ТТ.
По функциональным возможностям триггеры разделяют на следующие классы:
Входы триггеров обычно обозначают следующим образом:
Рассмотрим некоторые типы триггеров и их реализацию на логических элементах.
Условное графическое обозначение асинхронного RS-триггера и таблица его переходов приведены на рис. 23.2.
Триггер имеет два информационных входа: S (от англ. set) и R (от англ. reset). Закон функционирования триггеров удобно описывать таблицей переходов, которую иногда также называют таблицей истинности (рис. 23.2). Через St, Rt, Qt обозначены соответствующие логические сигналы, имеющие место в некоторый момент времени t, а через Qt+1 выходной сигнал в следующий момент времени t+1.
Комбинацию входных сигналов St = 1, Rt = 1 часто называют запрещенной, так как после нее триггер оказывается в состоянии (1 или 0), предсказать которое заранее невозможно. Подобных ситуаций нужно избегать.
Рассматриваемый триггер может быть реализован на двух элементах ИЛИ-НЕ (рис. 23.3,а) или И-НЕ (рис.23.3,б).
Эти схемы функционируют в полном соответствии приведенной выше таблицей переходов, которая на рис. 23.2 приведена в сокращенном виде. Полная таблица истинности (таблица переходов) RS-триггера на элементах ИЛИ-НЕ имеет следующий вид (рис. 23.4).
Рис. 23.3. RS-триггер на элементах ИЛИ-НЕ (а) и И-НЕ (б)
Рис. 23.4. Таблица истинности RS-триггера на элементах ИЛИ-НЕ
В асинхронном RS-триггере на элементах И-НЕ переключение производится логическим «0», подаваемым на вход R или S, т. е. реализуется обратная рассмотренной ранее таблице переходов (рис. 23.4). Запрещенная комбинация соответствует логическим «0» на обоих входах.
Микросхема К564ТР2 содержит 4 асинхронных RS-триггера и один управляющий вход (рис. 23.5). При подаче на вход V низкого уровня выходы триггеров отключаются от выводов микросхем и переходят в третье (высокоимпедансное) состояние. При подаче на вход V логического сигнала «1» триггеры работают в соответствии с вышеприведенной таблицей переходов.
Рис. 23.5. RS-триггер К564ТР2
Рассмотрим синхронный RS-триггер (рис. 23.6). Если на входе С – логический «0», то и на выходе верхнего входного элемента «И-НЕ», и на выходе нижнего будет логическая «1». А это, как отмечалось выше, обеспечивает хранение информации. Таким образом, если на входе С – логический «0», то воздействие на входы R, S не приводит к изменению состояния триггера. Если же на вход синхронизации С подана логическая единица, то схема реагирует на входные сигналы так же, как и рассмотренная ранее.
В рассмотренных выше RS-триггерах с обратными связями возможны неопределенности, обусловленные одновременным изменением информации на прямом и инверсном выходах, связанных с R и S входами. Для устранения этого эффекта применяются двухступенчатые триггеры.
При использовании двухступенчатого RS-триггера (рис.23.7) допускается соединение его входов и выходов. Двухступенчатый триггер состоит из двух синхронных RS-триггеров и дополнительного элемента НЕ. При подаче входных управляющих сигналов и синхросигнала (рис.23.8) производится запись информации в первый триггер (момент t1). При этом второй триггер не изменяет своего состояния, так как на его синхровход с инвертора подается логический ноль. Только по окончании записи в первый триггер при изменении синхросигнала с единицы на ноль производится запись во второй триггер двухступенчатой системы (t2).
Рис. 23.6. Синхронный RS-триггер
line-height:130%» align=»center»>Рис. 23.7. Структурная схема двухступенчатого триггера
line-height:130%» align=»center»>
line-height:130%» align=»center»>Рис. 23.8. Временная диаграмма работы двухступенчатого триггера
Таким образом, двухступенчатый триггер переключается по заднему фронту синхронизирующего импульса. Такая синхронизация называется динамической. Наличие динамической синхронизации отмечено наклонной чертой. Использование в триггере двух ступеней обозначается двумя буквами ТТ.
Входы R и S (выводы 2 и 13) – установочные входы (установки 1 и 0 соответственно) действуют независимо, подан синхроимпульс или нет.
Рис. 23.9. Синхронный RS-триггер К136ТР1: а – УГО, б – таблица истинности
В таблице (рис. 23.10, б) приняты следующие обозначения:
RS триггер
RS триггер получил название по названию своих входов. Вход S (Set — установить англ.) позволяет устанавливать выход триггера Q в единичное состояние (записывать единицу). Вход R (Reset — сбросить англ.) позволяет сбрасывать выход триггера Q (Quit — выход англ.) в нулевое состояние (записывать ноль).
В простейшем случае RS триггер это два логических элемента «2И-НЕ», соединенные последовательно друг с другом. Его принципиальная схема приведена на рисунке 1. Обратите внимание, что у триггера только один выход. Обозначим его Q. Тогда оставшийся вывод схемы будет инверсным выходом Q
Рисунок 1. Схема простейшего rs триггера на схемах «2И-НЕ». Входы R и S инверсные (активный уровень’0′)
Рассмотрим принцип работы RS триггера, выполненный по изображенной на рисунке 1 схеме подробнее. Пусть на входы R и S подаются единичные потенциалы. Если на выходе верхнего логического элемента «2И-НЕ» Q присутствует логический ноль, то на выходе нижнего логического элемента «2И-НЕ» появится логическая единица. Эта единица подтвердит логический ноль на выходе Q. Если на выходе верхнего логического элемента «2И-НЕ» Q первоначально присутствует логическая единица, то на выходе нижнего логического элемента «2И-НЕ» появится логический ноль. Этот ноль подтвердит логическую единицу на выходе Q. То есть при единичных входных уровнях схема RS триггера работает точно так же как и схема на инверторах.
Подадим на вход S нулевой потенциал. Согласно таблице истинности логического элемента «И-НЕ» на выходе Q появится единичный потенциал. Это приведёт к появлению на инверсном выходе триггера нулевого потенциала. Теперь, даже если снять нулевой потенциал с входа S, на выходе триггера останется единичный потенциал. То есть мы записали в триггер логическую единицу.
Точно так же можно записать в RS-триггер и логический ноль. Для этого следует воспользоваться входом R. Так как активный уровень на входах оказался нулевым, то эти входы — инверсные. Составим таблицу истинности RS триггера. Входы R и S в этой таблице будем использовать прямые, то есть и запись нуля, и запись единицы будут осуществляться единичными потенциалами (таблица 1).
Таблица 1. Таблица истинности RS триггера.
| R | S | Q(t) | Q(t+1) | Пояснения |
|---|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | 0 | Режим хранения информации R=S=0 |
| 0 | 0 | 1 | 1 | |
| 0 | 1 | 0 | 1 | Режим установки единицы S=1 |
| 0 | 1 | 1 | 1 | |
| 1 | 0 | 0 | 0 | Режим записи нуля R=1 |
| 1 | 0 | 1 | 0 | |
| 1 | 1 | 0 | * | R=S=1 запрещенная комбинация |
| 1 | 1 | 1 | * |
RS триггер можно построить и на логических элементах «ИЛИ». Его схема приведена на рисунке 2. Принцип работы RS триггера, собранный на логических элементах «ИЛИ» будет точно таким же, как и рассмотренный ранее. Единственное отличие в работе этой схемы по сравнению с предыдущей схемой RS триггера будет заключаться в том, что сброс и установка триггера будет производиться единичными логическими уровнями. Эти особенности связаны с принципами работы инверсной логики, которые рассматривались ранее.
Рисунок 2. Схема простейшего RS триггера на логических элементах ИЛИ-НЕ. Входы R и S прямые (активный уровень ‘1’)
Так как RS триггер при реализации его на логических элементах «И» и «ИЛИ» работает одинаково (его принцип работы от схемы не зависит), то и условно-графическое изображение на принципиальных схемах тоже одинаково. Условно-графическое изображение RS триггера приведено на рисунке 3.
Рисунок 3. Условно-графическое обозначение RS триггера
Синхронный RS триггер
Схема RS триггера позволяет запоминать состояние логической схемы, но так как в начальный момент времени может возникать переходный процесс (в цифровых схемах этот процесс называется «опасные гонки»), то запоминать состояния логической схемы нужно только в определённые моменты времени, когда все переходные процессы закончены.
Это означает, что большинство цифровых схем требуют сигнала синхронизации (тактового сигнала). Все переходные процессы в комбинационной логической схеме должны закончиться за время периода синхросигнала, подаваемого на входы триггеров. Триггеры, запоминающие входные сигналы только в момент времени, определяемый сигналом синхронизации, называются синхронными. Для того чтобы отличать от них рассмотренные ранее варианты (RS триггер и триггер Шмитта) эти триггеры получили название асинхронных.
Формировать синхронизирующие сигналы с различной частотой и скважностью при помощи генераторов и одновибраторов мы уже научились в предыдущих главах. Теперь научимся записывать в триггеры входные логические сигналы только при наличии разрешающего сигнала.
Для этого нам потребуется схема, пропускающая входные сигналы только при наличии синхронизирующего сигнала. Такую схему мы уже использовали при построении схем мультиплексоров и демультиплексоров. Это логический элемент «2И». Триггеры, записывающие сигналы только при наличии синхронизирующего сигнала называются синхронными. Принципиальная схема синхронного RS-триггера приведена на рисунке 4.
Рисунок 4. Схема синхронного RS триггера, построенного на элементах «И-НЕ»
В таблице 2 приведена таблица истинности синхронного RS триггера. Принцип работы RS триггера не изменился, добавилось дополнительное условие: синхронизация момента срабатывания схемы. В этой таблице символ ‘x’ означает, что значения логических уровней на данном входе не важны. Они не влияют на работу триггера.
Таблица 2. Таблица истинности синхронного RS триггера.
| С | R | S | Q(t) | Q(t+1) | Пояснения |
|---|---|---|---|---|---|
| 0 | x | x | 0 | 0 | Режим хранения информации |
| 0 | x | x | 1 | 1 | |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | Режим хранения информации |
| 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | |
| 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | Режим установки единицы S=1 |
| 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | |
| 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | Режим записи нуля R=1 |
| 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | |
| 1 | 1 | 1 | 0 | * | R=S=1 запрещенная комбинация |
| 1 | 1 | 1 | 1 | * |
Как мы уже показали выше, RS триггеры могут быть реализованы на различных логических элементах. При этом их логика работы не изменяется. В то же самое время триггеры часто выпускаются в виде готовых микросхем (или реализуются внутри БИС в виде готовых модулей), поэтому на принципиальных схемах синхронные RS триггеры обычно изображаются в виде условно-графических обозначений. Условно-графическое обозначение синхронного RS триггера приведено на рисунке 5.
Рисунок 5. Условно-графическое обозначение синхронного RS триггера
В схемах, использующих синхронные RS триггеры, для передачи двоичной информации обычно применяются парафазные выходы (Q и инверсный Q). Это позволяет увеличить помехоустойчивость и быстродействие цифровых схем.
Дата последнего обновления файла 21.12.2008
Понравился материал? Поделись с друзьями!