Электроника в вопросах и ответах

Рис. 12.19. Схема триггера Т, состоящего из четырех элементов И — НЕ (а), и условное графическое обозначение (б)

Рис. 12.20. Триггер Т, созданный на базе триггера D

Что такое триггер JK ?

Триггер JK имеет два программирующих входа: J и К, один тактирующий вход, а также выходы, позволяющие предварительную установку триггера (R и S). Возможны различные практические реализации с разным составом логических элементов. Графическое изображение триггера JK показана на рис. 12.21.

Рис. 12.21. Условное графическое обозначение триггера JK

Таблица состояний триггера (табл. 12.7), включающая состояние выхода как перед подачей (Q₀) тактового импульса на тактирующий вход, так и после его подачи (Q₁), имеет следующий вид:

Из табл. 12.7 видно, что состояние, в котором устанавливается триггер, зависит не только от состояний, существующих в данный момент ка входах J и K, но и от состояния, в котором триггер находился перед этим. Если J = 1 и К = 1, то появление тактового импульса вызывает изменение состояний выходов, так же как для триггера Т при Т = 1. Если J = 0 (или К =0, или J = К = 0), то триггер JK работает так же, как триггер RS, и состояние на другом программирующем входе не имеет значения.

На рис. 12.22 приведены временные диаграммы, иллюстрирующие работу триггера JK.

Рис. 12.22. Временная диаграмма для триггера JK

Что такое триггер «ведущий — ведомый»?

Определение «ведущий — ведомый» происходит от англ. master-slave (или «хозяин — слуга» или «главный — вспомогательный») и относится к методу и схеме запуска тактирующего входа триггера, например типа JK. При запуске тактового входа, например фронтом импульса, существует сильная зависимость работы триггера от крутизны этого фронта и часто также от длительности импульса, т. е. в целом от его формы и искажений. Для устранения этих нежелательных влияний часто осуществляют двухступенчатый запуск с использованием, например, двух статических триггеров, главного и вспомогательного, включенных каскадно. Характерной чертой такого решения является отделение фазы записи информации на триггер от фазы передачи этой информации на его выход. Это означает также, что вход одного каскада блокируется на время записи информации на другой каскад, что увеличивает надежность работы триггера и значительно уменьшает влияние формы сигнала и искажений.

Триггер JK «ведомый — ведущий» сокращенно обозначается JK — MS.

Каковы возможности применения триггеров?

Возможности применения триггеров RS, D, JK и др. в цифровой технике весьма велики. Одним из типичных применений являются запоминающие регистры и регистры сдвига. Регистры сдвига используются для преобразования последовательной информации в виде последовательности импульсов в информацию, закодированную параллельно (или наоборот), а также для сдвига или задержки последовательной информации. Пример регистра такого типа, собранного из триггеров D, представлен на рис. 12.33. а, б с временными диаграммами.

Рис. 12.23. Схема (а) и временные диаграммы (б) регистра сдвига на триггерах D

На вход Т подается тактовый сигнал. Запись и сдвиг информации слева направо происходят в моменты изменения с Т = 0 на Т = 1 и основываются на том, что в триггер А записывается входной сигнал х, представляющий, например, последовательные биты двоичного числа, а в каждый последующий триггер Б, В… записывается состояние предыдущего триггера. Иначе говоря, после каждого тактового импульса происходит сдвиг информации на одно место вправо. Выходы А, Б, В дают информацию, закодированную параллельно, а выход всего регистра — информацию, называемую последовательной задержанной.

Существуют также регистры с соединенными входом и выходом, называемые кольцевыми регистрами, в которых записанная информация может циркулировать.

Другим важным примером применения триггеров являются счетчики.

Как работает двоичный счетчик?

Свойство триггеров, основанное на том, что они могут находиться в определенном устойчивом состоянии, изменяющемся только при подаче тактового импульса, используется также для создания счетчиков. Эти счетчики используются для деления частоты и разных арифметических действий, в том числе для счета импульсов.

В гл. 10 обсуждалось применение триггеров в схемах делителей частоты. Теперь рассмотрим с точки зрения цифровой техники схему, используемую в качестве счетчика.

На рис. 12.24, а представлена схема двоичного счетчика, построенного из четырех триггеров Т или JK, соединенных последовательно.

Рас. 12.24. Схема двоичного счетчика, состоящего из четырех триггеров Т (а), и его временные диаграммы (б)

Предположим, что в начальном состоянии перед счетом все триггеры находятся в состоянии 0. Первый импульс, появляющийся на тактовом входе первого триггера А, вызывает своим отрицательным фронтом изменение состояния его выхода с 0 на 1. Состояние второго триггера Б в это время не подвергается изменению, поскольку, для того чтобы вызывать его изменение, необходимо появление на его тактовом входе отрицательного фронта. Триггеры С и D также остаются в состоянии 0. При втором импульсе на входе триггера А произойдет изменение состояния триггера А, а возникающий при этом отрицательный фронт изменит состояние триггера Б с 0 на 1. Триггеры В и Г пока остаются в состоянии 0. Изменения состояний триггеров при очередных импульсах на тактовом входе триггера А лучше всего можно проследить на временных диаграммах счетчика, представленных на рис. 12.24, б. Их также можно свести в следующую таблицу состоянии (табл. 12.8)

Можно легко заметить, что состояния триггеров, записанные в последовательности Г — В — Б — А, представляют число входных импульсов, записанных в двоичном коде 8-4-2-1. Временные зависимости для рассматриваемого счетчика представлены на рис. 12.24, б.

Обсуждаемая схема частот входит в качестве типовой в состав более крупных счетных систем. Применяются также и другие схемы счетчиков, в том числе с большим числом триггеров, считывающие импульсы в различных кодах. Для сигнализации о состоянии счетчика используются соответствующие дешифрирующие схемы (например, в виде матричной схемы), обеспечивающие сигналы, которые приводят в действие схемы индикаторов состояния счетчиков (например, на лампах тлеющего разряда или на электролюминесцентных диодах). Счетчики находят широкое применение, в частности, во многих электронных приборах, например в частотомерах.

Что такое сумматоры?

Это схемы, выполняющие операцию сложения двух чисел в двоичной системе. Поскольку другие арифметические операции можно также заменить сложением, например

35 — 25 = 35 + (— 25);

35·3 = 35 + 35 + 35,

то сумматоры используются для выполнения таких действий, как сложение, вычитание, деление, умножение. Сумматоры находят широкое применение в калькуляторах и цифровых электронных машинах. На практике сумматоры реализуются из простых логических элементов, таких как И — НЕ, ИЛИ — НЕ, и более сложных, например регистров сдвига, построенных из триггеров, которые в свою очередь выполняют из простых элементов чаще всего типа И — НЕ и ИЛИ — НЕ. Наиболее часто сумматоры собирают на интегральных микросхемах, изготовленных по технологии ТТЛ-схем.