Document

Report
Модуль 4. Триггерные устройства как
элементарные автоматы Мура
 Классификация триггерных структур.
 Асинхронные триггеры.
 Триггер типа RS
 Другие типы асинхронных триггеров
 Синхронные триггеры со статическим управлением
 RS -триггер
 D-триггер типа «защёлка»
 Двухступенчатый JK-триггер типа MS (опущен)
 Триггеры с динамическим управлением:
 D-триггеры
 JK- триггер с внутренней задержкой
Теория автоматов. Модуль 4
1/18
Классификация триггерных структур.
Триггер представляет собой устройство с двумя устойчивыми состояниями, одно из которых
называют единичным (Q =1, Q =0), а другое - нулевым (Q=0, Q =1). Классификация
триггеров может быть произведена по способу восприятия управляющей информации с
информационных входов и принципу логического функционирования.
Входные
сигналы
Синхронизация
Фронт
Q
Триггер
Q
1. По способу восприятия информации различают
асинхронные и синхронные триггеры. В асинхронных
триггерах воздействие входных сигналов осуществляется
непрерывно во времени. В синхронных триггерах воздействие
входных сигналов происходит лишь в определенные отрезки
времени синхросигнала.
Срез (отрицательный 2. По виду активных частей синхросигнала, во время
фронт)
которых происходит воздействие входных сигналов на триггер,
Активная
часть
импульса синхронизации
различают:
- триггеры, управляемые (тактируемые) импульсом
синхронизации. В свою очередь они подразделяется на
одноступенчатые и двухступенчатые (MS – триггеры);
- триггеры с динамическим управлением записью информации, когда
восприятие входных сигналов и переключение в новое состояние происходит во время
фронта (среза) синхросигнала.
3. По виду логического функционирования различают триггеры типов RS, D, T, JK и др.
Теория автоматов. Модуль 4
2/18
Асинхронный RS- триггера с инверсными входами
Схема RS- триггера с инверсными входами на элементах И-НЕ и его основные
характеристики приведены на рисунках.
Функциональная схема
УГО
S T Q
S
R
S
&
Q
R
&
Q
1 x 1 1 0
0 x 1 0 0
00 01 11 10
Q
Таблица переключений
S
R
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
Q
0
1
0
1
0
1
0
1
t+1
Режим
Q
x(1)
Запрещ.
x(1)
1
Уст. 1
1
0
Уст. 0
0
0
Хранен.
1
Q t +1
Qt
R
t
Карта Карно для получения характеристического
уравнения RS-триггера.
t
Q t +1 = {S ∨RQ } = S RQ
St Rt
Триггерный
словарь
Граф RS-триггера, как граф
асинхронного автомата.
QtQt+1
S = 0,R = 1
S =1
R =1
1
0
S = 1, R = 0
Теория автоматов. Модуль 4
0
0
1
1
0
1
0
1
R
*
1
0
1
t
S
t
1
0
1
*
3/18
Временные диаграммы работы RS-триггера с инверсными
входами на элементах И-НЕ
S
0 ,5U 1
S
R
0 ,1
t зд
.р
&
Q
0 ,5U 1
&
0
t 1,
зд . р
Q
R
Q
0 ,5U 1
Q
0 ,5U 1
Это единственный тип асинхронного триггера, имеющий три необходимых
режима работы (уст.1, уст. 0, хранен. 0 или 1) и описывающийся графом
асинхронного автомата.
Теория автоматов. Модуль 4
4/18
Асинхронный D-триггер
(Delay –задержка)
УГО
D
S
1
R
Таблица переключений
t
D
0
0
1
1
Q
0
1
0
1
t+1
Q
0
0
1
1
Характеристическое
уравнение D-триггера
Функциональная схема
Режим
Уст. 0
Уст. 1
S T
R
Q
Триггерный
словарь
Q t → Q t +1
0
0
1
1
0
1
0
1
Q t +1 = D t
Q
Граф D-триггера как граф
асинхронного автомата.
Dt
0
1
0
1
D
D
D
0
1
D
Асинхронный D-триггер не имеет практического применения в виду
отсутствия режима хранения установленного состояния. Триггер фактически
выполняет только функцию задержки (Delay).
Теория автоматов
5/18
Асинхронный T-триггер
(Toggle – переключатель)
Функциональная схема
УГО
T
T
T
Q
T
Q
&
S
&
R
Таблица переключений
t
T
0
0
1
1
Q
0
1
0
1
t+1
Режим
Q
0
Хранение
1
1 Счётный
режим
0
S
Q
T
Q
R
t
t +1
0
0
1
1
0
1
0
1
T
t
Q t + 1 = (T Q + T Q ) = (T ⊕Q )
t
Граф Т-триггера как граф
синхронного автомата.
Триггерный
словарь
Q → Q
Характеристическое
уравнение T-триггера
t
T
T
T
0
1
1
0
0
1
T
Асинхронный Т-триггер не имеет практического применения, так как
описывается графом синхронного автомата (при непрерывном воздействии входного
сигнала Т, он превращается в генератор импульсов).
Теория автоматов. Модуль 4
6/18
Асинхронный JK-триггер
Функциональная схема
УГО
J
J T
Q
J
Q
K
K
K
Таблица переключений
t
J
K
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
t+1
Режим
Q Q
0
0
Хранен.
1
1
0
0
Уст. 0
1
0
0
1
Уст. 1
1
1
0
1 Счётный
режим
1
0
$
S
$
R
Характеристическое
уравнение JK-триггера
Q
S T
Q
R
Триггерный
словарь
QtQt+1
0
0
1
1
0
1
0
1
Q t = (J Q ∨K Q )
J
t
t
Граф JK-триггера как граф
синхронного автомата при J=K.
Kt
J
0
1
*
*
*
*
1
0
K
J
0
1
K
Асинхронный JK-триггер не имеет практического
применения, так как описывается графом
синхронного автомата при J=K (при J=K, JK-триггер
превращается в Т-триггер.
Теория автоматов. Модуль 4
7/18
Синхронные RS-триггер со статическим управлением
(триггер, синхронизируемый импульсом)
Функциональная схема RS -триггера
УГО RS -триггера
S
S
Синхронные
входы
S
Clk
R
R
Q
S
T
S
&
S
C
Q
R
&
Q
Clk
R
Q
R
&
Асинхронные или
установочные входы
&
R
При Clk=0 схема триггера блокируется от синхронных S- и R- входов и находится
в режиме хранения предыдущего состояния. Независимо от значения сигналов на
синхронных входах, асинхронные приказы
Уст . " 1"
(S
= 0 , R = 1) , Уст . " 0"
(S
= 1, R = 0 ) .
имеют приоритет перед приказами по синхронным входам.
Триггер выполняет приказы по синхронным входам только при пассивных (не
активных) значениях сигналов на асинхронных входах:
S = 1, R = 1
В этом случае, при значении синхросигнала Clk=1 синхронный триггер
описывается как асинхронный RS - триггер с прямыми входами.
Теория автоматов. Модуль 4
8/18
Таблица состояний (переходов) синхронного RS -триггера
Функциональная схема
RS -триггера
Асинхронные входы S = 1, R = 1
S
S
&
&
Q
Clk
S
Q
&
&
R
Сlk
Rt
St
Qt
Qt+1
Режим
0
X
Х
1/0
1/0
Блок. от входов
(хранение)
1
0
0
1/0
1/0
Хранение
1
1
0
1/0
0
Уст. “0”
1
0
1
1/0
1
Уст. “1”
1
1
1
1/0
**
Запр. реж.
Теория автоматов. Модуль 4
9/18
Синхронный D-триггер со статическим управлением
УГО D-триггера
S
S
D
Синхронные
входы
R
Clk
Функциональная схема D-триггера
Q
S
D
T
&
D
&
Q
&
Q
Clk
C
Q
R
&
Асинхронные или
установочные входы
R
Сказанное выше относительно взаимодействия асинхронных и синхронных входов
остаётся в силе и для данной схемы, впрочем как и для всех типов синхронных триггеров.
S = 1, R = 1 уст . " 1" уст . " 0" уст . " 1" Хранен.«1» уст . " 0"
0 ,5U 1 ( S = 1, R = 1 ) показаны
D
Clk
0 ,1
t зад
.CQ
Q
На временных диаграммах
0 ,1
t зад
. DQ
0 ,5U 1
значения задержек
переключения триггера по
трактам:
от входа С до выхода:
0 ,1
t зад
.CQ
0 ,5U 1
и от входа D до выхода
0 ,1
t зад
. DQ
Теория автоматов. Модуль 4
10/18
Синхронный D-триггер со статическим управлением (продолжение)
Статический D-триггер прозрачен для входного D-сигнала при Clk =1 (Q t+1= D t) и переходит
в режим хранения по срезу синхросигнала Clk.
Таблица состояний
(переходов)
уст . " 1" уст . " 0" уст . " 1" Хранен.«1» уст . " 0"
D
0 ,5U 1
Clk
0 ,1
0 ,1
t зад
t
.CQ зад . DQ
0 ,5U 1
Q
ts
th
D
0 ,5U 1
C
0 ,5U 1
Q
0 ,5U 1
0 ,5U 1
С
Dt
Qt Qt+1 Режим
0
Х
1/0 1/0 Хранен.
1
0
1/0
0
Уст. “0”
1
1
1/0
1
Уст. “1”
Поскольку в режим хранения D - триггер переходит по срезу Cсигнала, важно исключить сбой в это время. Поэтому всякие
изменения сигнала на D - входе должны прекратиться за
некоторое время до среза C- сигнала, называемое временем
установки ts (setup time) и могут снова возобновиться после
среза C- сигнала спустя время выдержки th (hold time).
Ориентировочно: ts =(1...2), а th =0,5...1 (-задержка одного
ЛЭ). Требование неизменности входного(ых) сигнала(ов) в
момент перехода триггера в состояние хранения относится и к
другим типам синхронных триггеров.
Теория автоматов. Модуль 4
11/18
D-триггер с динамическим управлением записью информации
К особенности данного триггера (схема 3-х RS-триггеров (SN7474)) следует отнести
его переключение по положительному фронту C- сигнала (что отражено указателем
на C- входе в обозначении триггера), а к достоинствам – свойства непрозрачности и
непроницаемости по D - входу при любом статическом уровне C- сигнала
S
X1
&4
T2
&3
C
T1
D
X4
S
&
X3
&2
X2
&1
X1
Q
X1 = D, a X 4 = X 1 = D
Это значит, что всегда в одном из 2-х
вспомогательных триггеров (Т1 или Т2) оба выходных
сигнала (в зависимости от значения на D- входе)
являются единичными! Это неправильное состояние
исчезает, когда синхросигнал принимает «1»-значение
(С =1).
Q
&
R
Анализ схемы при С=0 .
1. При С=0 сигналы X2=X3=1 и выходной триггер Т3
находится в режиме хранения. При этом из схемы
следует, что (вентили &1 и &4 становятся инверторами):
T3
R
S
S
D
УГО
Clk
R
Q
T
D
C
Q
Дальнейший анализ продолжим, введя таблицу
функционирования триггера, отражающую его
работу при различном значении входного сигнала
D и синхросигнала C.
R
Теория автоматов. Модуль 4
12/18
Поведение D-триггера при положительном перепаде
синхросигнала С «0→1».
S
X1
&4
T2
&3
C
T1
D
X4
Ранее установлено, что при С=0 X2=X3=1, X 1 = D , a X 4 = X 1 = D
S
X3
&2
X2
&1
X1
R
&
&
Q
Dt
Q
T3
Свойство RS- триггера при nS & nR ≠1
t+1
nR Q nQ
0 1 1
1 1 0
0 0 1
1 0/1 1/0
Триггер T2
X1
X3
X2
1
1
D≠C, поэтому
X1=nD, X2=nC
C=X1=1,
T2 → «Хранение» 0
1
1
0
1
D=C=1
C≠X1, поэтому
Т1→ «Хранение» X3=nC, X4=nX1
0
1
1
0
0
1
1
0
Qt
1
0
1
X4
Qt+1
0
0
R
t
nS
0
0
1
1
C
Триггер T1
0
1
1
Qt
1
Вывод. Изменение сигнала на входе С «0→1»
приводит к реализации соотношения Q t+1 = D t которое и
Q = ( R ) идентифицирует работу D- триггера.
Q = (S )
Теория автоматов. Модуль 4
13/18
Анализ схемы D-триггера (завершение)
S
X1
&4
T2
&3
C
T1
D
X4
S
X3
&2
X2
&1
X1
R
&
&
T3
R
ts = 2τ
th = τ ts = 2 τ
th = τ
D
C
Q
t0
t0
Q
Q
3. Анализ схемы при С=1 .
При С=1 триггер Т3 сохраняет своё состояние, так как
блокируется от воздействия сигнала по D-входу. Из
таблицы следует, что при С=1 выполняется условие:
X2≠X3.
а) Пусть X2=0, X3=1. Тогда действие D-входа
блокировано вентилем &1, а триггер Т3 будет находится
в «0».
б) Пусть X2=1, X3=0. В этом случае вентиль &1
разблокирован, но значение сигнала X3=0 сохраняет
значение X2=1 и блокирует действие D-входа по цепи &1
и &4. Триггер Т3 будет находится в «1».
4. При отрицательном перепаде синхросигнала
С «1→0» триггер Т3 незамедлительно переходит в
режим хранения, т.к. С=0 устанавливает X2=X3=1
(nR=nS =1).
Временные диаграммы работы динамического Dтриггера ( S = 1, R = 1 ).
Чтобы не допустить сбоя в процессе переключения,
необходимо соблюдать требование неизменности
информационного сигнала на D- входе в области фронта Cсигнала в границах от t0–2 до t0+, где  - задержка
одного логического элемента.
Теория автоматов. Модуль 4
14/18
JK – триггер с внутренней задержкой и динамическим управлением
Схема JK– триггера c динамическим управлением, лишена недостатков JK– триггера типа MS .
По этой схеме выполнены интегральные схемы триггеров 155ТВ6 (74xx107), 155ТВ9
(74xx112), 155ТВ11 (74xx114). Внутреннюю задержку в триггере, приблизительно равную
трём последовательно включённым вентилям, выполняют входные конъюнкторы &1.
а)
J
б)
τ
S
&1
C
τ
K
&1
& 1
&
Q
& 1
&
Q
S Т
J
C
K
R
R
R
в )
S
C
R
д)
г)
&1
&
& 1
&
Q
S
C
S
Q
T
Q
Q
R
&
C
C
R
J
Для упрощения анализа схемы выделим
последнюю ступень схемы (в), которая можно
представить синхронным RS- триггером с
инверсными входами (г) как для входных
сигналов, так и для синхросигнала.
Действительно, при С=0 схема вырождается
в схему RS - триггера на элементах И-НЕ, а
при С=1 схема находится в режиме хранения,
так как входные сигналы S и R не влияют на
состояние триггера (схема как бы блокируется
от этих входов).
K
&
S
τ
Q
S
C
τ
R
R
Теория автоматов. Модуль 4
T
Q
В итоге схема
JK –триггера
может быть
представлена
рисунком д)
15/18
Анализ JK-триггера в зависимости от вида активных частей сигнала С
J
C
&1 τ
K
τ
&1
S
Q
S
T
C
R
Q
R
Статические режимы.
а) С=0. RS- триггер воспринимает входные сигналы, но находится
в режиме хранения, т.к. R = S = 1
б) С=1. Входные вентили &1 разблокированы, однако RS-триггер
заблокирован по входу С, т.е. он не воспринимает выходные
сигналы с вентилей.
Динамические режимы.
а) « C = » Состояние RS- триггера не изменится, так как при С=0 сигналы на выходах
вентилей &1 равны R = S = 1 и, прежде чем они изменятся (вентили &1 выполняют роль малой
динамической памяти) , RS- триггер успеет заблокироваться синхросигналом С=1.
б) « C =
» RS- триггер успеет отработать входные сигналы с входных вентилей &1, прежде
чем на их выходах сформируются сигналы, равные R = S = 1
перейти в состояние хранения.
С=1 (время t)
Статические
режимы
C =1
«C
=
C =
»
=
» (время t+1)
S = JQ
R = KQ
Состояние RS-триггера
00
1
1
Хранение Qt+1=Qt
t
01
C = 0
«C
JK
C =1
Динамические
»
«
режимы
, что заставит выходную ступень
1
Q
хран. "0" , если Q = 0
t+1 t
уст - ка "0" , Q
если =0
Q =1
хран. "1" , если Q = 1
t
Qt+1Q
=1
уст - ка "1" , если
= 0
10
Q
1
11
Q
Q
Теория автоматов. Модуль 4
t
Q
t +1
= Q
t
16/18
Временные диаграммы работы JK- триггера,
тактируемого срезом
R = S =1
Уст. "1"
Хран. "1"
Уст. "0"
Счётный
режим
J
K
C
Q
Теория автоматов. Модуль 4
17/18
Контрольные вопросы
1. Изложите содержательный подход к классификации триггеров.
2. Приведите УГО асинхронных RS-, D-, T- и JK- триггеров.
3. Таблица переключений, триггерный словарь и граф RS- триггера с инверсными
входами.
4. По каким причинам не находят применения асинхронные D-, T- и JK- триггеры.
5. Приведите УГО синхронных RS- и D- триггеров, тактируемых импульсом.
6. Нарисуйте функциональные схемы синхронных RS- и D- триггеров, тактируемых
импульсом.
7. Как понимается вами свойство прозрачности статических синхронных триггеров для
входных сигналов при синхросигнале С=1.
8. Как понимается вами приоритетность асинхронных (установочных) входов в
синхронных триггерах?
9. Приведите временные диаграммы работы динамического D- триггера.
10. Приведите временные диаграммы работы динамического JK- триггера.
Теория автоматов. Модуль 4
18/18

similar documents