Электротехника и электроника (стр. 22 )

Сказанное иллюстрируют диаграммы, представленные на рисунке 1. Где U1 и U0 напряжение логической «единицы» и логического «нуля» соответственно, и - задержка переключения выхода логического элемента с «единицы» на «нуль» и наоборот.

4. Помехоустойчивость оценивается максимально допустимым напряжением помехи Uпом действующей на входе, которое не вызывает ложного переключения элемента из состояния «единицы» в состояние «нуль» или наоборот.

В состав каждой серии входит набор функционально разных микросхем, таких как триггеры, счетчики импульсов и регистры, преобразователи кодов, шифраторы и дешифраторы, мультиплексоры и демультиплексоры, цифровые запоминающие устройства. Рассмотрим их поподробнее.

5.3.1 Триггеры

Триггерами называют большой класс электронных устройств, обладающих способностью длительно находится в одном из двух или более устойчивых состояний и чередовать их под воздействием внешних сигналов. Другими словами, триггеры – это логические устройства с памятью.

Рисунок 1. Временные диаграммы, иллюстрирующие понятие быстродействие

Входы триггера разделяют на информационные и управляющие. Информационные используются для управления состоянием триггера. Управляющие входы обычно используются для предварительной установки триггера в некоторое состояние и для синхронизации.

Триггеры могут иметь два выхода: прямой Q и инверсный . Различают синхронные и асинхронные 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.

По функциональным возможностям триггеры разделяют на следующие классы:

с раздельной установкой состояния логического «нуля» и логической «единицы» (SR-триггеры); универсальные (JK-триггеры); с приемом информации по одному входу (D-триггеры, или триггеры задержки); со счетным входом Т (Т-триггеры).

Рассмотрим каждый из них подробнее.

SR-триггер имеет два информационных входа S и R. Подача на вход S (set) сигнала логической «единицы», а на вход R (reset) сигнала логического «нуля» устанавливает на прямом выходе Q триггера сигнал логической «единицы» и наоборот. Функционирование SR-триггера определяется уравнением:

       .        (1)

Для SR-триггера комбинация S=1 и R=1 является запрещенной. После такой комбинации информационных сигналов состояние триггера будет неопределенно. Следует отметить, что в выражении (1) все операции выполняются в двоичной системе исчисления.

JK-триггер имеет также два информационных входа J и К. Подобно SR-триггеру, в JK-триггере J и К – это входы установки выхода Q триггера в состояние логической «единицы» или логического «нуля». Однако в отличии от SR-триггера, в JK-триггере наличие J = К = 1 приводит к переходу выхода Q в противоположное состояние. JK-триггеры синхронизируются только перепадом напряжения на входе С. Условие функционирования:

       .

D-триггер, или триггер задержки, при поступлении синхросигнала на вход С устанавливается в состояние, соответствующее потенциалу на входе D. Уравнение функционирования D-триггера имеет вид:

       .        (2)

Уравнение (2) показывает, что выходной сигнал Qn изменится не сразу после изменения входного сигнала D, а только с приходом синхросигнала, то есть задержка на один период импульсов синхронизации (D – delay (задержка)).

Т-триггер, или счетный триггер, изменяет состояние выхода по началу импульса на входе С. Кроме синхровхода С Т-триггер может иметь подготовительный вход Т. Сигнал на этом входе разрешает (Т=1) или запрещает (Т=0) срабатывание триггера от начал импульсов на входе С. Функционирование Т-триггера определяется уравнением:

       .

Условное графическое обозначение триггеров представлено на рис.2.      

       а)        б)        в)        г)

Рис. 2 Условное графическое обозначение триггеров а) асинхронный RS-триггер,
б) синхронный RS-триггер, в) JK-триггер, г) D-триггер

Промышленность выпускает большое количество интегральных микросхем триггеров. По функциональному назначению триггеры имеют следующие обозначения: ТР – SR-триггеры, ТВ – JK-триггеры, ТМ – D-триггеры, ТТ – Т-триггеры, ТП – прочие триггеры.

Параметры интегральных микросхем различных серий приведены в табл.2.

Таблица 2

Наименование триггера	Тип логики	Функциональное назначение	Uпит, В	Рпот, мВт	Uвх, В	t01, нс	fmax, МГц
555ТР2	ТТЛ	Четыре SR-триггера	5,0	35	2,5	22	25
155ТВ1	ТТЛ	JK-триггер	5,0	100	2,5	40	15
555ТМ2	ТТЛ	Два D-триггера	5,0	30	2,5	20	30
561ТР2	КМОП	Четыре SR-триггера	15,0	0,1	7,2	200	5
561ТВ1	КМОП	Два JK-триггера	15,0	0,1	7,2	150	5
561ТМ3	КМОП	Четыре D-триггера	15,0	0,1	7,2	150	5
500ТМ133	ЭСЛ	Четыре D-триггера	-5,2	350	-1,0	3,5	100

где Uвх напряжение логического «нуля», t01 – время переключения из состояния логического «нуля» в состояние логической «единицы».

5.3.2. Счетчики импульсов и регистры

Счетчиком называется цифровое устройство, предназначенное для подсчета числа импульсов. В процессе работы счетчик последовательно изменяет свое состояние в определенном порядке. Длина списка разрешенных состояний счетчика называется модулем счета Кc

Счетчики классифицируют:

1. По модулю счета: двоично-десятичные, двоичные, с произвольным постоянным модулем счета, с переменным модулем счета.

2. По направлению счета:

суммирующие (происходит прибавление к предыдущему числу); вычитающие (происходит вычитание из предыдущего числа); реверсивные (может происходить как прибавление, так и вычитание из предыдущего числа).

3. По способу формирования внутренних связей:

с последовательным переносом (счетчик, у которого состояния переключающихся разрядов изменяются последовательно друг за другом);

с параллельным переносом (счетчик, у которого состояние переключающихся разрядов изменяется одновременно); с комбинированным переносом (счетчик, у которого состояние переключающихся разрядом может изменяться последовательно и одновременно); кольцевые.

Регистром называется последовательное логическое устройство, используемое для хранения n – разрядных двоичных чисел и выполнения преобразований над ними.

Регистры классифицируются по следующим видам:

накопительные (регистры памяти, хранения); сдвигающие (происходит сдвиг числа).

В свою очередь сдвигающие регистры делятся:

по направлению передачи информации:

однонаправленные (для сдвига числа в сторону младшего разряда – правый сдвиг, в сторону старшего разряда – левый сдвиг); реверсивный (обеспечивает сдвиг в обе стороны).

по способу ввода-вывода информации регистры делятся на:

параллельные (ввод и вывод информации осуществляется одновременно во все или из всех разрядов); последовательные (ввод и вывод информации в разряды и из них осуществляется друг за другом. Пример: магазин у автомата); комбинированные (ввод чисел в разряды осуществляется в параллельной форме, а вывод в последовательной).

В наименовании микросхем счетчиков их функциональное назначение обозначается буквами ИЕ, а регистров – ИР.

Основные параметры интегральных микросхем счетчиков можно разделить на две группы: статические и динамические. К статическим параметрам относятся входное напряжение высокого и низкого уровней, ток потребления от источника питания, напряжение питания, коэффициент разветвления Краз и модуль счета Кс. К динамическим параметрам счетчиков относятся: время t01 переключения из состояния логического «нуля» в состояние логической «единицы», время переключения t10 из состояния логической «единицы» в состояние логического «нуля», а также максимальная частота счета fmax. Параметры интегральных микросхем счетчиков и регистров приведены в табл. 3 и 4.