Опорный конспект по дисциплине «Схемотехника» (стр. 6 )

Цифровой компаратор. Предназначен для сравнения двух n-разрядных двоичных чисел А и В и выдачи на выходы сигналов о ре­зультатах этого сравнения. Для решения этой задачи сначала сравнива­ют каждый разряд чисел А и В. Логическим элементом, выполняющим эту операцию, является сумматор по модулю два, для которого справед­ливо равенство

показывающее, что выходной сигнал Y имеет низкий уровень только при А=В. На втором этапе выясняют, все ли выходные сиг­налы сумматоров по модулю два имеют низкий уровень. Эту опе­рацию выполняет многовходовый элемент И для входных сигналов низкого уровня, для которого выходной сигнал Q равен:

Таким образом, цифровой компаратор на n разрядов (рис. 24) состоит из n элементов, выполняющих операцию сложения по мо­дулю два, и одного n-входового элемента И но инверсным сигна­лам.

Триггеры. Графическое изображение триггеров

Асинхронный RS - триггер. Он является простейшим триггером, на базе которого практически строятся все триггера. Он имеет два входа S и R и два симметричных выхода Q и (рис.37). Вход S триггера называется установочным (от англ. set - установить), вход R - входом сброса в нулевое состояние (от англ. reset - сбросить). Выход Q условно называется прямым, а выход - инверсным.

Рис.37. Графическое обозначение RS -триггера

Асинхронный RS -триггер может быть выполнен в эле­ментном базисе ИЛИ-НЕ (рис.3 8а).

Рис.38. Схема RS -триггера на элементах ИЛИ-НЕ (а) и его временные диаграммы (б)

Элементы охвачены цепями обратных связей, для чего вы­ход каждого элемента подключен к одному из входов другого эле­мента. При S =1 и R = 0 на выходах будет:

= 0

Q = = 1

а при S = 0 и R = 1 имеем:

= 1

Q = = 0

При S = R=0 сохраняется выходной сигнал, равный 1 или 0, в зависимости от того, на каком из входов (соответственно S или R) была перед этим единица.

Все сказанное можно проследить и на временных диаграм­мах, поясняющих работу RS -триггера (рис. 386). Из них следует, что RS -триггер управляется сигналами R и S. В тех случаях, ко­гда длительности управляющих сигналов не синхронизированы, триггер может находиться в неопределенном состоянии (интервалы времени t4, t5).

Описание работы RS -триггера мы проводили аналитиче­ским и графическим способами, однако это можно сделать и при помощи таблицы переключений.

Входы	Выходы	Режим работы
ИЛИ-НЕ	И-НЕ
S	R	S	R	Q	Q
0	0	1	1	1	0	Хранение
0	1	1	0	1	0	Запись1
1	0	0	1	0	1	Запись 0
1	1	0	0	Х	X	Запрещенный (Q=)

Из таблицы видно, что при подаче на вход R логической 1 триггер принимает состояние логического 0 (режим записи 0), а при подаче управляющего сигнала 1 на вход S - состояние 1 (режим записи 1). Если на обоих входах триггера имеются уровни ло­гического 0 - это состояние соответствует режиму хранения и триг­гер сохраняет предыдущее состояние. Следует отметить также, что если до подачи управляющего сигнала, например, на вход R(S), триггер находился в состоянии логического 0(1), его состояние не изменится и после подачи сигнала 1 на вход R(S). При подаче на входы R и S одновременно уровня логической 1 триггер будет находиться в неопределенном состоянии, поэтому такое сочетание сигналов и соответственно режим работы триггера называется за­прещенным.

Синхронный RS-триггер. Имеет дополнительный вход для синхронизирующего сигнала С. Условное изображение триг­гера на функциональных схемах, его реализация на элементах И-НЕ приведены на рис. 40.

Входные сигналы S и R являются информационными, а на входе С - синхронизирующими, по ним происходит переклю­чение триггера. Следует отметить, что для надежной работы триг­гера необходимо, чтобы длительность переключающего сигнала (синхронизирующего сигнала) на входе С была не меньше време­ни переключения триггера. Временем переключения триггера на­зывается время, которое проходит от момента изменения входных сигналов до соответствующего изменения состояния выходов и оп­ределяющееся задержками сигналов на логических элементах, вхо­дящих в состав триггер

D-триггер. Его еще называют информационным триггером или триггером задержки от англ. Delay - задержка. D - триггер бывает только синхронным. Он может переключаться как уровнем тактирующего импульса, так и его фронтом. Условное обозначение, реализация и временные диаграммы работы D - триггера приведены на рис.43.

Рис.43. Условное обозначение (а), реализация (б) и временные диаграммы (в) работы D-триггера

Вход D является информационным, вход, С - синхронизи­рующим. При С = 0 реализуется режим хранения, при С = 1- ре­жим записи. Таким образом, считывание может производиться в любой момент времени, а запись только при С = 1. Триггер задер­живает выходной сигнал до окончания того такта, в который он был записан. Так, входной сигнал D = 1 кончается между вторым и третьим синхроимпульсами, а состояние Q = 1 сохраняется до конца третьего такта. Знак \ на входе С означает, что фиксация происходит по спаду сигнала.

Рассмотренный выше D — триггер синтезирован на базе синхронного RS -триггера. Его можно синтезировать и на базе двухступенчатого асинхронного RS -триггера. На рис.44 показаны схема двухступенчатого D-триггера и его условное обозначение.

Рис.44. Двухступенчатый D - триггер (а) и его обозначение (б)

JK-триггеры. Среди триггеров особое место занимают JK — триггеры, имеющие более широкие функциональные воз­можности. Упрощенная таблица состояний JK - триггера содер­жит четыре строки.

J	K	Q
0	0	Q
0	1	0
1	0	1
1	1

На рис.45 приведен JK - триггер (а) и его обозначение (б).

Рис.45. JK - триггер (а) и его условное обозначение (б)

Из таблицы видно, что для первых трех комбинаций вход­ных сигналов входы J и К играют роль входов S и R RS -триггера. Однако, для четвертого набора переменных, когда J = К = 1 состояние триггера сильно отличается от состояния RS -триггера. Для RS — триггера - это запрещенная комбинация входных переменных, а в JK — триггере состояние триггера меняется на противоположное.

Работу триггера можно описать функцией:

Q = Q + K

Двухступенчатый JK - триггер и его условное обозначение показаны на рис.46.

Рис. 46. Двухступенчатый JK — триггер (а) и его обозначение (б)

Перезапись происходит по спаду импульса на входе синхронизации. Если вход С сделать инверсным, информация будет записываться по фронту.

Схема реального JK — триггера на элементах И-НЕ приве­дена на рис.47.

Здесь элементы 1, 2, 3, 4 образуют первую ступень, эле­менты 5, 6, 7, 8 - вторую ступень триггера. Элементы 1, 2 являются элементами схемы управления первой ступени, элементы 5,6 -второй ступени. Условное обозначение такого триггера приведено на рис.48. Входы R и S позволяют использовать элемент в каче­стве RS -триггера.

Рис. 47. Схема двухступенчатого JK - триггера на элементах И-НЕ