Что показывает таблица истинности и временная диаграмма

Электростанции

Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть картинку Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Картинка про Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма

Навигация

Меню раздела

Временные диаграммы

Временные диаграммы, также называемые импульсными диаграммами, являются вспомогательным средством для лучшего понимания работы триггера и всей схемы в целом.
Входные сигналы временных диаграмм заданы заранее или могут выбираться любыми. Выходные сигналы зависят от входных сигналов.
Поясним сказанное на простом примере. На рис. 7.88 изображен не тактируемый ^S’-триггер, так называемый ЛУ-триггер хранения с таблицей истинности и временными диаграммами. Таблица истинности действительна для момента времени t.

Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть картинку Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Картинка про Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма

Рис. 7.88. RS-триггер хранения с таблицей истинности для момента времени tm и временной диаграммой

Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть картинку Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Картинка про Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма

Рис. 7.89. Тактируемый RS-триггер с доминирующим R-входом, таблицей истинности и временной диаграммой

Так как тактирующий сигнал не включен, то эти сигналы не оказывают влияния на триггер. Только в точке t6 они действуют на триггер. Теперь триггер должен был бы сброситься. Однако он уже сброшен и, следовательно, состояние выходов не изменяется.
В точке t7 триггер устанавливается. В точке t% происходит сброс, так как несмотря на единичные состояния S и R входов, 7?-вход имеет приоритет. Состояние выхода Q2 находится всегда в противофазе к состоянию выхода Qv Какая временная диаграмма, соответствует Ql и Qv если бы RS-трттор с доминирующим jR-входом управлялся по переднему фронту синхроимпульса? Соответствующая временная диаграмма представлена на рис. 7.90. Триггер можно переключать только в моменты времени tv tv ty В точке tx триггер будет установлен, так как S = 1. В точке t2 триггер сбрасывается, так как S = R = 1. В точке t3 триггер снова устанавливается (S = 1). Для Qx и Q2 получается совершенно другая диаграмма, чем на рис. 7.89.

Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть картинку Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Картинка про Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма

Для управляемого по одному фронту /ЙГ-триггера на рис. 7.91 получается следующая временная диаграмма. Триггер может переключаться только в моменты времени tv t2, t3, t4, ts и t6. Только в эти моменты времени подаются задние фронты С-сигнала.
В точке tx триггер установится, так как /= 1. В точке tx триггер сбросится, так как К — 1. В момент времени t3 триггер должен был бы сброситься, однако так как он уже сброшен, то состояния выходов Qx и Q2 не изменяются.
В точке t4 /= 1 и К= 1. Триггер переключается. Так как перед моментом времени Qx был равен 0, то после t4 Qx = 1. В точках ts и t6 триггер переключается в противоположное состояние. Состояние выхода Q2 всегда находится в противофазе к состоянию выхода Qx.
В качестве следующего примера рассмотрим временные диаграммы управляемого по двум фронтам /А’-триггера (рис. 7.92). В точке tx входной сигнал / = 1 поступает в ведущий триггер. И только в момент времени t2 (с обратным фронтом синхроимпульса) на выходах появляются сигналы, соответствующие режиму установки Qx — 1 и Q2 = 0.
В момент времени Г3 / = 0 и К = 0. Это режим хранения. Поэтому в точке /4 состояния выходов не меняются.
В точке t5 входной сигнал К= 1 поступает в ведущий триггер. Но лишь в момент времени t6 на выходах появляются сигналы, соответствующие режиму сброса Qx = 0 и Q2= 1.
В момент времени t7 J = 1 и К = 1. При такой комбинации входных сигналов триггер переключит выходы в состояния, противоположные текущим, но только в момент времени tr
В точке t9 AT становится равным 1. Сброс выходных сигналов происходит в точке tl0.

Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть картинку Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Картинка про Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма

Рис. 7.92. Управляемый по двум фронтам JK-триггер (MS-триггер) с таблицей истинности и временной диаграммой

Источник

Логические элементы И, ИЛИ, НЕ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ и их таблицы истинности

Электрическая схема, предназначенная для выполнения какой-либо логической операции с входными данными, называется логическим элементом. Входные данные представляются здесь в виде напряжений различных уровней, и результат логической операции на выходе — также получается в виде напряжения определенного уровня.

Операнды в данном случае подаются в двоичной системе счисления — на вход логического элемента поступают сигналы в форме напряжения высокого или низкого уровня, которые и служат по сути входными данными. Так, напряжение высокого уровня — это логическая единица 1 — обозначает истинное значение операнда, а напряжение низкого уровня 0 — значение ложное. 1 — ИСТИНА, 0 — ЛОЖЬ.

Логический элемент — элемент, осуществляющий определенные логические зависимость между входными и выходными сигналами. Логические элементы обычно используются для построения логических схем вычислительных машин, дискретных схем автоматического контроля и управления. Для всех видов логических элементов, независимо от их физической природы, характерны дискретные значения входных и выходных сигналов.

Логические элементы имеют один или несколько входов и один или два (обычно инверсных друг другу) выхода. Значения «нулей» и «единиц» выходных сигналов логических элементов определяются логической функцией, которую выполняет элемент, и значениями «нулей» и «единиц» входных сигналов, играющих роль независимых переменных. Существуют элементарные логические функции, из которых можно составить любую сложную логическую функцию.

Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть картинку Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Картинка про Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма

В зависимости от устройства схемы элемента, от ее электрических параметров, логические уровни (высокие и низкие уровни напряжения) входа и выхода имеют одинаковые значения для высокого и низкого (истинного и ложного) состояний.

Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть картинку Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Картинка про Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма

Традиционно логические элементы выпускаются в виде специальных радиодеталей — интегральных микросхем. Логические операции, такие как конъюнкция, дизъюнкция, отрицание и сложение по модулю (И, ИЛИ, НЕ, исключающее ИЛИ) — являются основными операциями, выполняемыми на логических элементах основных типов. Далее рассмотрим каждый из этих типов логических элементов более внимательно.

Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть картинку Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Картинка про Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма

Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть картинку Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Картинка про Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма

Таблица истинности для элемента 2И показывает, что на выходе элемента будет логическая единица лишь в том случае, если логические единицы будут одновременно на первом входе И на втором входе. В остальных трех возможных случаях на выходе будет ноль.

На западных схемах значок элемента «И» имеет прямую черту на входе и закругление на выходе. На отечественных схемах — прямоугольник с символом «&».

Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть картинку Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Картинка про Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма

Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть картинку Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Картинка про Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма

Таблица истинности для элемента «2ИЛИ» показывает, что для появления на выходе логической единицы, достаточно чтобы логическая единица была на первом входе ИЛИ на втором входе. Если логические единицы будут сразу на двух входах, на выходе также будет единица.

На западных схемах значок элемента «ИЛИ» имеет закругление на входе и закругление с заострением на выходе. На отечественных схемах — прямоугольник с символом «1».

Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть картинку Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Картинка про Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма

Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть картинку Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Картинка про Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма

Таблица истинности для инвертора показывает, что высокий потенциал на входе даёт низкий потенциал на выходе и наоборот.

На западных схемах значок элемента «НЕ» имеет форму треугольника с кружочком на выходе. На отечественных схемах — прямоугольник с символом «1», с кружком на выходе.

Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть картинку Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Картинка про Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма

Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть картинку Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Картинка про Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма

Таблица истинности для элемента «И-НЕ» противоположна таблице для элемента «И». Вместо трех нулей и единицы — три единицы и ноль. Элемент «И-НЕ» называют еще «элемент Шеффера» в честь математика Генри Мориса Шеффера, впервые отметившего значимость этой логической операции в 1913 году. Обозначается как «И», только с кружочком на выходе.

Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть картинку Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Картинка про Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма

Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть картинку Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Картинка про Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма

Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть картинку Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Картинка про Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма

Изображение в западных схемах — как у «ИЛИ» с дополнительной изогнутой полоской на стороне входа, в отечественной — как «ИЛИ», только вместо «1» будет написано «=1».

Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть картинку Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Картинка про Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма

Этот логический элемент еще называют «неравнозначность». Высокий уровень напряжения будет на выходе лишь тогда, когда сигналы на входе не равны (на одном единица, на другом ноль или на одном ноль, а на другом единица) если даже на входе будут одновременно две единицы, на выходе будет ноль — в этом отличие от «ИЛИ». Данные элементы логики широко применяются в сумматорах.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Триггеры

Триггеры — это устройства с двумя состояниями. Они предназначены для запоминания двоичной информации. Использование триггеров позволяет реализовывать устройства оперативной памяти (то есть памяти, информация в которой хранится только на время вычислений). Однако это не единственная их область применения. Триггеры широко используются для построения цифровых устройств с памятью, таких как счётчики, преобразователи последовательного кода в параллельный, последовательные порты или цифровые линии задержки, применяемые в составе цифровых фильтров.

Следует отметить, что выпускникам ВУЗов, не знающим принципы работы триггеров, достаточно сложно найти работу. Поэтому изучению данного материала следует уделить особое внимание. Простейшая схема триггера, позволяющая запоминать двоичную информацию, может быть построена на двух логических инверторах, охваченных положительной обратной связью. Она приведена на рисунке 1.

Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть картинку Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Картинка про Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма
Рисунок 1. Схема простейшего триггера, построенного на инверторах

В схеме любого триггера может быть только два состояния — на выходе Q присутствует логическая единица и на выходе Q присутствует логический ноль. Если логическая единица присутствует на выходе Q, то на инверсном выходе триггера будет присутствовать логический ноль, который после очередного инвертирования подтверждает уровень логической единицы на выходе Q. И наоборот, если на выходе триггера Q присутствует логический ноль, то на инверсном выходе будет присутствовать логическая единица.

Описанная ситуация на выводах триггера будет сохраняться до тех пор пока включено питание. Но вот вопрос — а как записывать в простейший триггер необходимую нам информацию? Для этого в схеме потребуются входы записи нуля и записи единицы.

RS-триггеры

RS-триггер получил название по названию своих входов. Вход S (Set — установить англ.) позволяет устанавливать выход Q в единичное состояние. (Устанавливать означает записывать логическую единицу). Вход R (Reset — сбросить англ.) позволяет сбрасывать выход Q (Quit — выход англ.) в нулевое состояние.

Для реализации RS-триггера воспользуемся логическими элементами «2И-НЕ». Его принципиальная схема, реализованная на логических элементах «2И-НЕ», приведена на рисунке 2.

Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть картинку Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Картинка про Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма
Рисунок 2. Схема RS-триггера на логических элементах «2И-НЕ». Входы R и S инверсные (активный уровень’0′)

Рассмотрим работу изображенной на рисунке 2 схемы триггера подробнее. Пусть на входы R и S подаются единичные потенциалы. Если на выходе верхнего логического элемента «2И-НЕ» Q присутствует логический ноль, то на выходе нижнего логического элемента «2И-НЕ» появится логическая единица. Эта единица подтвердит логический ноль на выходе триггера Q. Если на выходе верхнего логического элемента «2И-НЕ» Q первоначально присутствует логическая единица, то на выходе нижнего логического элемента «2И-НЕ» появится логический ноль. Этот ноль подтвердит логическую единицу на выходе Q. То есть, при единичных уровнях на входах R и S, схема RS-триггера работает точно так же, как и схема триггера на инверторах.

Подадим на вход S триггера нулевой потенциал. Согласно таблице истинности логического элемента «2И-НЕ» на выходе Q появится единичный потенциал. Это приведёт к появлению на инверсном выходе триггера нулевого потенциала. Теперь, даже если снять нулевой потенциал с входа S, на выходе триггера останется единичный потенциал. То есть мы записали в триггер логическую единицу.

Точно так же можно записать в триггер и логический ноль. Для этого следует воспользоваться входом R. Так как активный уровень на входах триггера оказался нулевым, то эти входы — инверсные. Составим таблицу истинности RS-триггера. Входы R и S в этой таблице будем использовать прямые, то есть запись нуля, и запись единицы будут осуществляться единичными потенциалами (таблица 1).

Таблица 1. Таблица истинности RS-триггера.

RSQ(t)Q(t+1)Пояснения
0000Режим хранения информации (триггером) R=S=0
0011
0101Режим установки триггера в единичное состояние S=1
0111
1000Режим записи нуля в триггер R=1
1010
110*R=S=1 запрещенная комбинация
111*

RS-триггер можно построить и на логических элементах «2ИЛИ-НЕ». Схема RS-триггера, построенного на логических элементах «2ИЛИ-НЕ» приведена на рисунке 3. Единственное отличие в работе этой схемы триггера будет заключаться в том, что его сброс и установка будет производиться единичными логическими уровнями. Эти особенности реализации схемы триггера связаны с принципами работы инверсной логики, которые рассматривались ранее.

Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть картинку Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Картинка про Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма
Рисунок 3. Схема простейшего RS триггера на логических элементах «2ИЛИ-НЕ». Входы R и S прямые (активный уровень ‘1’)

Так как RS-триггер при построении его на логических элементах «2И-НЕ» и «2ИЛИ-НЕ» работает одинаково, то его условно-графическое изображение на принципиальных схемах тоже одинаково. Условно-графическое изображение RS-триггера на принципиальных схемах приведено на рисунке 4.

Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть картинку Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Картинка про Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма
Рисунок 4. Условно-графическое обозначение RS-триггера

Для измерения логических уровней на выходе триггера чаще всего применяются логические пробники, в качестве которых в простейшем случае можно использовать светодиод с токоограничивающим резистором. В качестве источника логического сигнала можно применить механические тумблеры.

Синхронные RS-триггеры

Схема RS-триггера позволяет запоминать состояние логической схемы, но так как в начальный момент времени может возникать переходный процесс (в цифровых схемах этот процесс называется «опасные гонки»), то запоминать состояния логической схемы в триггерах нужно только в определённые моменты времени, когда все переходные процессы закончены.

Это означает, что большинство цифровых схем требуют сигнала синхронизации (тактового сигнала). Все переходные процессы в комбинационной логической схеме должны закончиться за время периода синхросигнала, подаваемого на входы триггеров. Триггеры, запоминающие входные сигналы только в момент времени, определяемый сигналом синхронизации, называются синхронными триггерами. Для того чтобы отличать от них рассмотренные ранее варианты триггеров (RS-триггер и триггер Шмитта) эти триггеры получили название асинхронных.

Формировать синхронизирующие сигналы с различной частотой и скважностью при помощи генераторов и одновибраторов мы уже научились в предыдущих главах. Теперь научимся записывать в триггеры входные логические сигналы только при наличии разрешающего сигнала.

Для этого нам потребуется схема, пропускающая входные сигналы только при наличии синхронизирующего сигнала. Такую схему мы уже использовали при построении схем мультиплексоров и демультиплексоров. Это логический элемент «И». Принципиальная схема синхронного RS-триггера приведена на рисунке 5.

Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть картинку Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Картинка про Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма
Рисунок 5. Схема синхронного RS-триггера, построенного на элементах «И»

В таблице 2 приведена таблица истинности синхронного RS-триггера. В этой таблице символ x означает, что значения логических уровней на данном входе не важны. Они не влияют на работу триггера.

Таблица 2. Таблица истинности синхронного RS-триггера.

СRSQ(t)Q(t+1)Пояснения
0xx00Режим хранения информации
0xx11
10000Режим хранения информации
10011
10101Режим установки единицы S=1
10111
11000Режим записи нуля R=1
11010
1110*R=S=1 запрещенная комбинация
1111*

Как мы уже показали выше, RS-триггеры могут быть реализованы на различных логических элементах. При этом принцип их работы не изменяется. В то же самое время триггеры часто выпускаются в виде готовых микросхем (или реализуются внутри БИС в виде готовых модулей), поэтому на принципиальных схемах синхронные триггеры обычно изображаются в виде условно-графических обозначений. Условно-графическое обозначение синхронного RS-триггера приведено на рисунке 6.

Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть картинку Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Картинка про Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма
Рисунок 6. Условно-графическое обозначение синхронного RS-триггера

Статические D-триггеры

В RS-триггерах для записи логического нуля и логической единицы требуются разные входы, что не всегда удобно. При записи и хранении данных один бит может принимать значение, как нуля, так и единицы. Для его передачи достаточно одного провода. Как мы уже видели ранее, сигналы установки и сброса триггера не могут появляться одновременно, поэтому можно объединить эти входы при помощи инвертора, как показано на рисунке 7.

Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть картинку Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Картинка про Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма
Рисунок 7. Принципиальная схема D триггера (защелки)

Такой триггер получил название D триггер. Название происходит от английского слова delay — задержка. Конкретное значение задержки определяется частотой следования импульсов синхронизации. Условно-графическое обозначение статического D триггера на принципиальных схемах приведено на рисунке 8.

Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть картинку Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Картинка про Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма
Рисунок 8. Условно-графическое обозначение D триггера (защелки)

Таблица истинности D триггера достаточно проста, она приведена в таблице 3. Как видно из этой таблицы, данный триггер способен запоминать двоичный сигнал по синхросигналу и хранить один бит двоичной информации.

Таблица 3. Таблица истинности D триггера

СDQ(t)Q(t+1)Пояснения
0x00Режим хранения информации
0x11
10x0Режим записи информации
11x1

Нужно отметить, что отдельный инвертор при реализации триггера на ТТЛ элементах не нужен, так как самый распространённый логический элемент ТТЛ микросхем — это «2И-НЕ». Принципиальная схема D триггера на элементах 2И-НЕ приведена на рисунке 9.

Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть картинку Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Картинка про Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма
Рисунок 9. Схема D триггера, реализованная на ТТЛ элементах

Ещё проще реализуется D триггер на КМОП логических элементах. В КМОП микросхемах вместо логических элементов «И» используются обычные транзисторные ключи. Схема D триггера приведена на рисунке 10.

Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть картинку Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Картинка про Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма
Рисунок 10. Схема D триггера, реализованная на КМОП элементах

При подаче высокого уровня синхросигнала C транзистор VT1 открывается и обеспечивает передачу сигнала с входа D на инверсный выход Q через инвертор D1. Транзистор VT2 при этом закрыт и отключает второй инвертор, собранный на транзисторах VT2 и VT3. При подаче низкого потенциала на вход C включается второй инвертор, который вместе с инвертором D1 и образует триггер.

Во всех рассмотренных ранее схемах синхронных триггеров синхросигнал работает по уровню, поэтому триггеры называются триггерами, работающими по уровню, или статическими триггерами. Ещё одно название таких триггеров, пришедшее из иностранной литературы — триггеры-защёлки. Легче всего объяснить происхождение этого названия по временной диаграмме сигналов, приведенной на рисунке 11.

Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть картинку Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Картинка про Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма
Рисунок 11. Временная диаграмма D триггера (защелки)

По этой временной диаграмме видно, что триггер-защелка хранит данные на выходе только при нулевом уровне на входе синхронизации. Если же на вход синхронизации подать активный высокий уровень, то напряжение на выходе триггера будет повторять напряжение, подаваемое на его вход.

Входное напряжение запоминается только в момент изменения уровня напряжения на входе синхронизации C с высокого уровня на низкий уровень. Входные данные как бы «защелкиваются» в этот момент, отсюда и название — триггер-защелка.

Принципиально в этой схеме входной переходной процесс может беспрепятственно проходить на выход триггера. Поэтому там, где это важно, необходимо сокращать длительность импульса синхронизации до минимума. Чтобы преодолеть такое ограничение были разработаны триггеры, работающие по фронту.

Явление метастабильности.

До сих пор мы предполагали, что сигнал на входе триггера может принимать только два состояния: логический ноль и логическая единица. Однако синхроимпульс может прийти в любой момент времени, в том числе и в момент смены состояния сигнала на входе триггера.

Если синхросигнал попадёт точно на момент перехода входным сигналом порогового уровня, то триггер на некоторое время может попасть в неустойчивое метастабильное состояние, при котором напряжение на его выходе будет находиться между уровнем логического нуля и логической единицы. Это может привести к нарушению правильной работы цифрового устройства.

Состояние метастабильности триггера подобно неустойчивому состоянию шарика, находящегося на вершине конического холма. Такая ситуация иллюстрируется рисунком 1. Обычно триггер не может долго находиться в состоянии метастабильности и быстро возвращается в одно из стабильных состояний. Время нахождения в метастабильном состоянии зависит от уровня шумов схемы и использованной технологии изготовления микросхем.

Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть картинку Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Картинка про Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма
Рисунок 12. Иллюстрация явления метастабильности

Временные параметры триггера в момент возникновения состояния метастабильности и выхода из этого состояния приведены на рисунке 2. Время tSU (register setup time or tSU) на этом рисунке это минимальное время перед синхроимпульсом, в течение которого логический уровень сигнала должен оставаться стабильным для того, чтобы избежать метастабильности выхода триггера. Время tH (register hold time or tH) это минимально необходимое время удержания стабильного сигнала на входе триггера для того, чтобы избежать метастабильности его выхода. Время состояния метатастабильности случайно и зависит от многих параметров. На рисунке 2 оно обозначено tMET.

Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть картинку Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Картинка про Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма
Рисунок 13. Временные параметры триггера при проявлении метастабильности

Вероятность того, что время метастабильности превысит заданную величину, экспоненциально уменьшается с ростом времени, в течение которого выход триггера находится в метастабильном состояние.

Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть картинку Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Картинка про Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма

где t — это коэффициент обратно пропорциональный коэффициенту усиления и полосе пропускания элементов, входящих в состав триггера.

Склонность триггеров к метастабильности обычно оценивается величиной, обратной скорости отказов. Это значение выражается как интервал времени между отказами. Его можно определить по формуле:

Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть картинку Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Картинка про Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма

Таблица 3. Сравнительные характеристики КМОП и Bi-КМОП триггеров

Условия измеренияSN74ACTSN74ABT
fc = 33МГц, fd = 8МГц8400 лет8.1×10 9 лет
fc = 40МГц, fd = 10МГц92 дня1400 лет
fc = 50МГц, fd = 12МГц2 часа

Метастабильное состояние не всегда приводит к неправильной работе цифрового устройства. Если время ожидания устройства после прихода импульса синхронизации достаточно велико, то триггер может успеть перейти в устойчивое состояние, и мы даже ничего не заметим. То есть если мы будем учитывать время метастабильности tmet то метастабильность никак не скажется на работе остальной цифровой схемы.

Если же это время будет неприемлемым для работы схемы, то можно поставить два триггера последовательно, как это показано на рисунке 3. Это снизит вероятность возникновения метастабильного состояния.

Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть картинку Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Картинка про Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма
Рисунок 14. Схема снижения вероятности возникновения метастабильного состояния на выходе триггера

Таблица 4. Сравнительные характеристики КМОП и Bi-КМОП триггеров

Условия измеренияSN74ACTSN74ABT
fc = 33МГц, fd = 8МГц2.62×10 28 лет4.77×10 47 лет
fc = 40МГц, fd = 10МГц3,56×10 19 дня2.18×10 34 лет
fc = 50МГц, fd = 12МГц4.9×10 101×10 21 лет
fc = 67МГц, fd = 16МГц417 лет1.28×10 9 лет
fc = 80МГц, fd = 20МГц2900 лет

D триггеры, работающие по фронту.

Фронт сигнала синхронизации, в отличие от высокого (или низкого) потенциала, не может длиться продолжительное время. В идеале длительность фронта равна нулю. Поэтому в триггере, запоминающем входную информацию по фронту не нужно предъявлять требования к длительности тактового сигнала.

Триггер, запоминающий входную информацию по фронту, может быть построен из двух триггеров, работающих по потенциалу. Сигнал синхронизации будем подавать на эти триггеры в противофазе. Схема такого триггера приведена на рисунке 15.

Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть картинку Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Картинка про Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма
Рисунок 15. Схема D-триггера, работающего по фронту

Рассмотрим работу схемы динамического триггера, приведенной на рисунке 15 подробнее. Для этого воспользуемся временными диаграммами, показанными на рисунке 13. На этих временных диаграммах обозначение Q΄ соответствует сигналу на выходе первого триггера. Так как на вход синхронизации второго триггера тактовый сигнал поступает через инвертор, то когда первый триггер находится в режиме хранения, второй триггер пропускает сигнал на выход схемы. И наоборот, когда первый триггер пропускает сигнал с входа схемы на свой выход, второй триггер находится в режиме хранения.

Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть картинку Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Картинка про Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма
Рисунок 16. Временные диаграммы D-триггера

Обратите внимание, что сигнал на выходе всей схемы в целом не зависит от сигнала на входе «D» схемы. Если первый триггер пропускает сигнал данных со своего входа на выход, то второй триггер в это время находится в режиме хранения и поддерживает на выходе предыдущее значение сигнала, то есть сигнал на выходе схемы тоже не может измениться.

В результате проведённого анализа временных диаграмм мы определили, что сигнал в схеме, приведенной на рисунке 15 запоминается только в момент изменения сигнала на синхронизирующем входе «C» с единичного потенциала на нулевой.

Динамические D триггеры выпускаются в виде готовых микросхем или входят в виде готовых блоков в составе больших интегральных схем, таких как базовый матричный кристалл (БМК) или программируемых логических интегральных схем (ПЛИС).

Условно-графическое обозначение D триггера, запоминающего информацию по фронту тактового сигнала, приведено на рисунке 12.

Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть картинку Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Картинка про Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма
Рисунок 17. Условно-графическое обозначение D-триггера

То, что триггер запоминает входной сигнал по фронту, отображается на условно-графическом обозначении треугольником, изображённым на выводе входа синхронизации. То, что внутри этого триггера находится два триггера, отображается в среднем поле условно-графического изображения двойной буквой T.

Иногда при изображении динамического входа указывают, по какому фронту триггер (или триггеры) изменяет своё состояние. В этом случае используется обозначение входа, как это показано на рисунке 18.

Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть картинку Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Картинка про Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма

Рисунок 18. Обозначение динамических входов
На рисунке 18 а обозначен динамический вход, работающий по переднему (нарастающему) фронту сигнала. На рисунке 18 б обозначен динамический вход, работающий по заднему (спадающему) фронту сигнала.

Промышленностью выпускаются готовые микросхемы, содержащие динамические триггеры. В качестве примера можно назвать микросхему 1533ТМ2. В этой микросхеме содержится сразу два динамических триггера. Они изменяют своё состояние по переднему фронту сигнала синхронизации.

Дата последнего обновления файла 09.03.2020

Понравился материал? Поделись с друзьями!

Вместе со статьей «Триггеры» читают:

RS-триггер Рассмотрим принцип работы RS триггера, выполненный по изображенной на рисунке 2 схеме подробнее.
https://digteh.ru/digital/RS_trigg.php

D-триггеры, работающие по потенциалу D-триггеры предназначены для хранения двоичной информации, они используются в составе оперативных запоминающих устройств (ОЗУ).
https://digteh.ru/digital/Latch/

D триггеры, работающие по фронту Эти триггеры применяются в основном для создания счетчиков и регистров, позволяющих реализовать преобразование параллельного двоичного кода в последовательный.
https://digteh.ru/digital/D_trigg.php

T-триггеры T-триггер — это счетный триггер. У T-триггера имеется только один вход. После поступления на этот вход.
https://digteh.ru/digital/T_trigg.php

JK-триггер Этот триггер является универсальным триггером, способным работать в качестве RS-триггеров, D-триггеров или T-триггеров в зависимости от схемы включения. Для реализации JK-триггера.
https://digteh.ru/digital/JK_trigg.php

Предыдущие версии сайта:
http://neic.nsk.su/

Об авторе:
к.т.н., доц., Александр Владимирович Микушин

Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Смотреть картинку Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Картинка про Что показывает таблица истинности и временная диаграмма. Фото Что показывает таблица истинности и временная диаграмма

Кандидат технических наук, доцент кафедры САПР СибГУТИ. Выпускник факультета радиосвязи и радиовещания (1982) Новосибирского электротехнического института связи (НЭИС).

А.В.Микушин длительное время проработал ведущим инженером в научно исследовательском секторе НЭИС, конструкторско технологическом центре «Сигнал», Научно производственной фирме «Булат». В процессе этой деятельности он внёс вклад в разработку систем радионавигации, радиосвязи и транкинговой связи.

Научные исследования внедрены в аппаратуре радинавигационной системы Loran-C, комплексов мобильной и транкинговой связи «Сигнал-201», авиационной системы передачи данных «Орлан-СТД», отечественном развитии системы SmarTrunkII и радиостанций специального назначения.

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *