Триггеры с синхронным управлением

Предварительно рассмотрим принципиальную схему так называемого Т-триггера (toggle — переключатель), выполняющего лишь одну функцию: он может делить частоту тактовой, последовательности, подаваемой на вход С в 2 раза. Принципиальная схема Т-триггера, содержащего два инвертора DD1.1 и DD1.2 популярной в 50—60 годы резистивно-емкостной логики (РЕТЛ), показана на рис. 2.28, а.

Схему тактового запуска здесь образуют два резисторно-диодных логических элемента И без инверсии (DD1.3 и DD1.4). Функциональная схема этого Т-триггера показана на рис. 2.28, б. Для начала анализа работы Т-триггера положим, что в интервале времени от 0 до t₁ (рис. 2.28, в) транзистор VT1 насыщен, его база получает избыточный ток от положительного полюса U_и.п через резисторы R_б1 и R_к2; транзистор VT2 разомкнут. Тогда на выходе Q напряжение низкого уровня не должно превышать 0,3 В. На выходе будет напряжение высокого уровня . Следовательно, диод VD2 надежно закрыт, поскольку на его катоде присутствует большой положительный потенциал. Диод VD1 не закрыт. Обратим внимание также на то, что форсирующий конденсатор С_ф1 заряжён до напряжения, существенно превышающего напряжение на втором таком же конденсаторе С_ф2.

Рисунок 2.28 - Триггер-делитель на два (Т-триггер)

Таким образом, зная эти начальные условия, ждем прихода первого отрицательного перепада тактового импульса С в момент t₁. Вызванный им отрицательный перепад тока выведет транзистор VT1 из состояния насыщения, поскольку скачок отрицательного (закрывающего) базового тока пройдет через незакрытый диод VD1 и конденсатор С1. Отметим, что через закрытый диод VD2 скачок входного напряжения не может изменить состояние транзистора VT2. Поскольку скачок закрывающего базового тока транзистору VT1 был дан, должен уменьшиться и его коллекторный ток, что вызовет положительный перепад напряжения на коллекторе, т. е. на выходе Q. Далее, уже без влияния цепи запуска в RS-защелке происходит регенеративный процесс переброса, т. е. смены состояний транзисторов. Этот процесс идет однонаправленно и не останавливается с окончанием отрицательного перепада входного запускающего импульса С, что гарантируется неравенством начальных зарядов конденсаторов С_ф1 и С_ф2. Эти заряды мгновенно измениться не могут, поэтому конденсаторы С_ф1 и С_ф2 выполняют роль памяти предыдущего состояния. Но, как показал опыт, емкость форсирующих конденсаторов не должна превышать 30...50 пФ, чтобы процесс не гасился избыточным током запуска.

Таким образом, по окончании регенерации в RS-защелке на выходе Q напряжение будет высоким, а на — низким (отрезок времени от t₁ до t₂). В этот период изменилось состояние диодов, распределяющих тактовые перепады: VD1 теперь заперт, a VD2 открыт, т. е. именно он готов передать RS-защелке очередной отрицательный перепад тактовой последовательности импульсов С. После прихода в момент t₂ второго отрицательного перепада состояния выходов Q и вновь изменятся и закроется диод VD2, третий отрицательный перепад тактовой последовательности пройдет через диод VD1. Цикл работы Т-триггера на этом закончится.

Сигналы на выходах Q и имеют частоту повторения, в 2 раза меньшую, чем исходная тактовая последовательность С (сравните частоты повторения отрицательных фронтов на графиках U_c, U_q и (рис. 2.28, в). Таким образом, Т-триггер делит частоту входного сигнала в 2 раза, переключается отрицательным перепадом тактового импульса. Запуск отрицательным перепадом отмечен знаком инверсии С, при котором выход триггера (счетчика) принимает инверсное первоначальному.

Рисунок 2.29 - RST-триггер на элементах РТЛ

Заменим в схеме (рис. 2.28, а) элементы И (DD1.3 и DD1.4) на двух-входовые инверторы. Получается принципиальная схема RST-триггера на элементах РТЛ (рис. 2.29, а). Функциональная схема его приведена на рис. 2.29, б, а таблица состояний на рис. 2.29, в. При напряжении высокого уровня на входе (на входах R и S могут быть любые уровни) в промежуточных точках R' и S' появляются напряжения низкого уровня, поскольку насыщаются транзисторы VT6 и VT7. На RS-защелку (элементы DD1.3 и DD1.4) прохождение управляющих сигналов R и S запрещено. В защелке хранится предыдущее ее состояние.

Если одновременно на входы R и S подать напряжение высокого уровня, то в точках S' и R' будет напряжение низкого уровня, и действие тактового входа будет запрещено. На выходах отобразится предыдущее состояние защелки. Когда на входах R и S зафиксировано напряжение низкого уровня и такое же напряжение поступит на вход , в точках S' и R' появятся одновременно два напряжения высокого уровня. Такую логическую информацию RS-защелка не примет (неопределенность). Присутствующие на входах R и S взаимно противоположные уровни позволяют после прихода тактового импульса низкого уровня установить на выходах Q и наперед заданную комбинацию уровней: Q=H, =B, и наоборот.

Наиболее универсален JK-триггер. В его таблице состояний устраняется строчка неопределенности.

Предварительно рассмотрим принцип действия Т-триггера, построенного на элементах не с динамическими, а с потенциальными входами. Для этого включим в режиме Т-триггера ранее изученный RST-триггер (рис. 2.29, б), но только с реализацией на ЛЭ типа И-НЕ.Схема такого включения показана на рис. 2.30, а. По сравнению со схемой Т-триггера (рис. 2.28, б) полярность связей выходов и входов здесь противоположная. Разделим схему Т-триггера на две части: RS-защелку (элементы DD1.3 и DD1.4 на рис. 2.30, б) и логику управления (элементы DD1.1 и DD1.2 на рис. 2.30, г).

Предположим, что схема (рис. 2.30, а) построена на ТТЛ элементах, активный включающий уровень для которых - низкий. Тогда согласно таблице состояний R'S'-защелки (рис. 2.30, в) входные уровни R' = S'= В не должны вызывать ее переброса. Для схемы управления на рис. 2.30, г напряжение высокого уровня, поданное на вход С, разрешает прохождение на выходы R' и S' сигналам Q и . При С=Н на выходах R' и S' установятся напряжения высокого уровня, которые не могут перебросить защелку (см. таблицу состояний на рис. 2.30, в).

В таблице состояний на рис. 2.30, д и на диаграмме сигналов рис. 2.30, е отмечены этапы работы Т-триггера.

Рисунок 2.30 - Т-триггер с обратными связями через инверторы

На первом, исходном этапе полагаем, что Q=B и =H. Подаем на тактовый вход С напряжения низкого уровня: С = Н. Отмечаем, что на первом этапе R'=B и S'=B. Такая комбинация сигналов не перебрасывает защелку. К началу второго этапа запишем прежние состояния выхода Q=B и =H. Подадим на вход С напряжение высокого уровня. Теперь сигналы управления станут R'=В и S'=Н, что вызовет перемену выходных состояний защелки, т. е. Q=H и =B. Эти состояния переносим в таблице на начало третьего этапа и даем на тактовый вход сигнал С=Н, который, как и на первом этапе, не вызовет переброса защелки. На начало четвертого этапа состояния Q=H и =B сохраняются, но положительный перепад тактового импульса перебросит триггер (как и на втором этапе). Триггер переключается с приходом каждого положительного перепада тактовой последовательности прямоугольных импульсов. На основании этих данных построена осциллограмма работы Т-триггера из элементов ТТЛ (рис. 2.30, е).

Для надежной и четкой работы триггерных ячеек в многоразрядных устройствах (регистрах, счетчиках) предназначены двухступенчатые триггеры, называемые master — slave, что лучше всего переводится как «мастер— помощник» (слово master имеет еще одно значение: хозяин). Структурная схема такого триггера, состоящего из двух RST-триггеров, показана на рис 2.31, а. Входы С обоих триггеров ТМ (мастера) и ТП (помощника) соединены между собой через инвертор DD1.1.

На рис. 2.31, б показано, что составным триггером ТМ—ТП управляет полный (с фронтом и срезом) тактовый импульс С. Действительно, если каждый из триггеров имеет установку положительным перепадом, входная RS-комбинация будет записана в ТМ в момент прихода положительного перепада тактового импульса С. В этот момент в ТП информация попасть не может. Когда придет отрицательный перепад входного импульса С, на выходе инвертора DD1.1 он появится как положительный. Следовательно, положительный перепад импульса С перепишет данные от выходов Q' и в ТП. Таблица состояний двухступенчатого RST-триггера показана на рис. 2.31, в.

Рисунок 2.31 - Двухступенчатый RS-триггер «мастер-помощник»

Дата добавления: 2014-11-18; Просмотров: 669; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!