Тема работы: Работа с D-триггером. Деление частоты тактовых импульсов на 2

 

4.2 Цель работы: Изучение принципов построения и работы триггеров на примере тактируемых D-триггеров.

 

4.3 Оборудование и программное обеспечение:

- персональный компьютер

- программа Electronics Workbench

 

4.4 Теоретическая часть работы

 

Триггеры и регистры являются простейшими представителями цифровых микросхем, имеющих внутреннюю память. Если выходные сигналы логических элементов и комбинационных микросхем однозначно определяются их текущими входными сигналами, то выходные сигналы микросхем с внутренней памятью зависят также еще и от того, какие входные сигналы и в какой последовательности поступали на них в прошлом, то есть они помнят предысторию поведения схемы. Именно поэтому их применение позволяет строить гораздо более сложные и интеллектуальные цифровые устройства, чем в случае простейших микросхем без памяти. Микросхемы с внутренней памятью называются еще последовательными или последовательностными, в отличие от комбинационных микросхем.

В основе любого триггера (англ. — "тrigger" или "flip-flop") лежит схема из двух логических элементов, которые охвачены положительными обратными связями (то есть сигналы с выходов подаются на входы). В результате подобного включения схема может находиться в одном из двух устойчивых состояний, причем находиться сколь угодно долго, пока на нее подано напряжение питания.

 

 

 

Рисунок 10 - Схема триггерной ячейки

 

Пример такой схемы (так называемой триггерной ячейки) на двух двухвходовых элементах И-НЕ представлен на рисунке 10 схемы есть два инверсных входа: –R — сброс (от английского Reset), и –S — установка (от английского Set), а также два выхода: прямой выход Q и инверсный выход –Q.

Для правильной работы схемы отрицательные импульсы должны поступать на ее входы не одновременно. Приход импульса на вход -R переводит выход -Q в состояние единицы, а так как сигнал -S при этом единичный, выход Q становится нулевым. Этот же сигнал Q поступает по цепи обратной связи на вход нижнего элемента. Поэтому даже после окончания импульса на входе -R состояние схемы не изменяется (на Q остается нуль, на -Q остается единица). Точно так же при приходе импульса на вход -S выход Q в единицу, а выход -Q — в нуль. Оба эти устойчивых состояния триггерной ячейки могут сохраняться сколь угодно долго, пока не придет очередной входной импульс, — иными словами, схема обладает памятью.

Если оба входных импульса придут строго одновременно, то в момент действия этих импульсов на обоих выходах будут единичные сигналы, а после окончания входных импульсов выходы случайным образом попадут в одно из двух устойчивых состояний. Точно так же случайным образом будет выбрано одно из двух устойчивых состояний триггерной ячейки при включении питания. Временная диаграмма работы триггерной ячейки показана на рисунке.

 

Таблица 6 - Таблица истинности триггерной ячейки

Входы	Выходы
-R	-S	Q	-Q
		Без изменения
		Не определено

 

В стандартные серии цифровых микросхем входит несколько типов микросхем триггеров, различающихся методами управления, а также входными и выходными сигналами. На схемах триггеры обозначаются буквой Т. В отечественных сериях микросхем триггеры имеют наименование ТВ, ТМ и ТР в зависимости от типа триггера. Наиболее распространены три типа:

RS-триггер (обозначается ТР) — самый простой триггер, но редко используемый. JK-триггер (обозначается ТВ) имеет самое сложное управление, также используется довольно редко. D-триггер (обозначается ТМ) — наиболее распространенный тип триггера.

 

Рисунок 11 - Триггеры трех основных типов

 

Самый распространенный D-триггер занимает промежуточное положение между RS-триггером и JK-триггером. Помимо общих для всех триггеров входов установки и сброса –S и –R, он имеет один информационный вход D (вход данных) и один тактовый вход C. Примером может служить показанная на рисунке 12 микросхема ТМ2, содержащая в одном корпусе два D-триггера с прямыми и инверсными выходами

 

Таблица 7 - Таблица истинности D-триггера ТМ2

 

Входы	Выходы
-S	-R	C	D	Q	-Q
		Х	Х
		Х	Х
		Х	Х	Не определено
		0→1
		0→1
			Х	Не меняется
			Х	Не меняется
		1→0	Х	Не меняется

 

 

Рисунок 12 - Временная диаграмма работы D-триггера ТМ2

 

Тактируется триггер (то есть меняет свое состояние) по положительному фронту сигнала С (по его переходу из нуля в единицу) в зависимости от состояния входа данных D. Если на входе D единичный сигнал, то по фронту сигнала С прямой выход триггера устанавливается в единицу (инверсный — в нуль). Если же на входе D — нулевой сигнал, то по фронту сигнала С прямой выход триггера устанавливается в нуль (инверсный — в единицу).