Одноступенчатые триггерные схемы

Задание 9-12

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТРИГГЕРНЫХ СХЕМ

Цель работы.

Целью лабораторной работы является овладение навыками логического проектирования триггерных схем в различных функциональных базисах.

Теоретическая часть.

Одноступенчатые триггерные схемы.

Под триггером понимается элемент памяти с двумя устойчивыми состояниями "0" и "1". Триггер можно представить в виде запоминающей ячейки (ЗЯ) и схемы управления (СУ). Схема управления (рис.4.1) осуществляет логическое преобразование информации, поступающей на входы Е1,...,Еn в выходные сигналы f 1, f 2, поступающие на вход ЗЯ. В ряде случаев на вход СУ кроме управляющих сигналов подается сигнал с выхода ЗЯ.

Запоминающая ячейка представляет собой схему, имеющую два выхода, разрешенные сигналы на которых взаимно противоположны. Обычно ЗЯ состоит из двух логических элементов, которые взаимно охвачены обратной связью (рис.4.1). Соотношения между входными f 1, f 2 и выходными сигналами для запоминающих ячеек, реализованных на элементах "И-НЕ" и "ИЛИ-НЕ" иллюстрируют таблицы переходов, также представленные на рис.4.1.

Схема представления триггера (а), реализация запоминающих ячеек (б) и таблицы переходов (в)

а)

в)

б)

Рис. 4.1

Все триггеры можно разделить на асинхронные и синхронные, отличающиеся от асинхронных наличием у СУ еще одного специального входа "С" для синхронизирующих импульсов. Прием новой информации в такой триггер синхронизирован с моментом поступления сигнала на вход "С".

В зависимости от структуры СУ можно получить различные типы триггеров, основными из которых являются: RS, D, DV, JK, T, R, S, E. Условные обозначения перечисленных типов триггеров представлены на рис.4.2.

Обозначения основных типов триггерных схем

Рис. 4.2

RS-триггер имеет два логических входа: вход S - установка в "1" и вход R - установка в "0". При отсутствии сигнала логической единицы на обоих входах схемы, состояние триггера не изменяется. Комбинация сигналов S=1; R=1 для данного триггера является запрещенной. Однако, при синтезе различного рода автоматов иногда необходимо допустить появление на входе триггера запрещенной комбинации. В зависимости от состояния, в которое устанавливается триггер при действии на его входы запрещенной комбинации, различают E-триггер - состояние не изменяется, R-триггер - сбрасывается в нуль и S-триггер - устанавливается в единицу.

D-триггер имеет один логический вход D, состояние которого с каждым синхронизирующим импульсом передается на выход. Чтобы установить триггер в "1" необходимо при наличии единичного сигнала на входе D подать синхроимпульс. Поступление синхроимпульса при нулевом сигнале на входе D вызывает установку триггера в нуль.

DV-триггер работает аналогично D-триггеру и отличается от него наличием дополнительного входа V, служащего для запрета приема синхронизирующего импульса. Следовательно, при наличии на входе сигнала логической единицы, DV-триггер функционирует как D-триггер. При подаче на вход V логического нуля триггер перестает реагировать на поступление синхроимпульсов и изменение сигнала на входе D.

JK-триггер имеет два логических входа J и K (см. рис.4.2). Для установки триггера в "1" необходимо подать синхроимпульс при наличии на входе J сигнала логической "1", а на входе K - логического нуля. Поступление синхроимпульса при J=0, K=1 приводит к установке триггера в нулевое состояние. В случае наличия сигнала логической единицы на обоих входах триггера J=1, K=1 он изменяет свое состояние по каждому синхроимпульсу. Поступление синхроимпульсов при J=0 и K=0 не вызывает изменение состояния триггера.

Т-триггер имеет один вход и изменяет свое состояние при поступлении на вход Т каждого импульса.

При выбранном типе запоминающей ячейки синтез любого триггера заключается в определении функций f 1, f 2 возбуждения ЗЯ и минимизации этих функций в заданном базисе. Функции f 1, f 2 одновременно являются и функциями выхода схемы управления (см. рис.4.1), определяющими ее структуру.

Методику отыскания f 1, f 2 рассмотрим на примере синтеза асинхронного RS-триггера в базисе "И-НЕ". Схема управления данного триггера имеет два логических входа S и R. При синтезе данной схемы также необходимо предусмотреть возможность наличия обратной связи с выхода Q триггера на вход СУ. Синтез триггера начинается с составления таблицы (см. рис.4.3), отражающей значение каждой из искомых ФАЛ f 1, f 2 при любом возможном наборе аргументов S, R, Q данных функций. Значения f 1, f 2 для каждого набора аргументов определяют на основании таблицы переходов для соответствующего типа ЗЯ (см. рис.4.1) и алгоритма функционирования синтезируемого триггера. Выбор функций f 1, f 2 рассмотрим на примере трех наборов аргументов S, R, Q. При S=0, R=0 изменение состояния триггера происходить не должно. Поэтому на вход ЗЯ необходимо подать комбинацию f 1=1, f 2=0, устанавливающую ее в нуль или комбинацию f 1=1, f 2=1, не изменяющую состояния ячейки. Следовательно для набора S=0, R=0, Q=0 функция f 1 обязательно должна быть равна единице, а f 2 может принимать любое значение, что отмечено в таблице символом "Х".

Если до подачи на управляющие входы RS-триггера нулевого сигнала он находился в состоянии "1", то сохранить данное состояние можно при выборе комбинации f 1=0, f 2=1, устанавливающей ЗЯ в единицу, или комбинации f 1=1, f 2=1, не изменяющей состояния ячейки. Поэтому для набора S=0, R=0, Q=1 функцию f 2 необходимо положить равной единице, а функцию f 1 - принимающей любое значение.

Синтез RS-триггера

а)

б)

в)

г)

а) - используемая для синтеза схема представления RS-триггера;

б) - минимизация функций методом карт Карно;

в) - таблица задания функций f 1, f 2;

г) - схема синтезированного триггера.

Рис. 4.3

Значения функций f 1, f 2 для всех остальных наборов аргументов определяются аналогичным образом. В тех случаях, когда комбинация входных символов не согласуется с указанным в наборе состоянием триггера, выбирают сочетание f 1, f 2, приводящее к изменению сигналов на выходе ЗЯ. Например, подача на вход триггера комбинации S=1, R=0 должна приводить к установке его в единичное состояние. Следовательно, набору S=1, R=0, Q=0 должна соответствовать единственная комбинация функций f 1=1, f 2=0.

На основании составленной таблицы легко получить аналитические выражения для каждой из искомых ФАЛ, а, следовательно, и определить структуру СУ синтезируемого триггера. Для минимизации функций f 1, f 2 удобно использовать метод карт Карно (см. рис.4.3). Полученная логическая структура триггера представлена на рис. 4.3.