Схемотехника вычислительных систем. Лекция 2. Триггерные устройства

1. Схемотехника вычислительных систем

Ким Валерий Львович
д.т.н., профессор ТПУ
Схемотехника вычислительных систем
Лекция 2
Триггерные устройства

2. Триггеры

Триггер – устройство с двумя состояниями на выходе, в которые оно
переходит под действием входных информационных сигналов
Триггеры относятся к последовательностным устройствам, т.е. к устройствам с
памятью. Выходные переменные таких устройств
определяются
входными информационными сигналами в данный момент времени и
состоянием в предшествующий момент времени. Характерной
особенностью таких узлов является наличие элементов памяти.
Классификация триггеров:
Асинхронные и синхронные, статические и динамические, одно- и
многоступенчатые. Асинхронный триггер изменяет свое состояние при
появлении соответствующих информационных сигналов, синхронный –
реагирует на информационные сигналы только при наличии
синхросигнала (тактового сигнала). В статических триггерах выходной
сигнал имеет два устойчивых состояния – лог. 0 или лог. 1, в
динамическом триггере выходной сигнал - это пачка импульсов. В
одноступенчатом триггере имеется только одна ступень запоминания
информации (запоминающая ячейка), в многоступенчатом триггере
имеется несколько запоминающих ячеек.
Основные параметры – быстродействие, потребляемая мощность.
2

3. Классификация триггеров

• Текущее значение выходов в таких
определяется функцией над значениями:
• текущих входов,
• предыдущего значения входов
и/или
• предыдущего значения выходов.
узлах
3

4. Классификация триггеров

• Триггер –содержит фиксатор состояния и схему
управления. На схему управления (входы)
поступают
сигналы
(информационные,
тактирующие, управляющие). Состояние триггера
определяется элементом памяти. Обычно триггер
имеет
прямой Q и
инверсный
выходы Q
соответственно).
4

5. Классификация триггеров

По признаку логического функционирования
• RS, D, T, DV, TV, JK, комбинированные и со сложной
логикой.
• RS-триггер имеет два входа раздельной установки в
нулевое и единичное состояние. Воздействие по входу S
(Set) переводит триггер в единичное состояние.
Воздействие по входу R (Reset) переводит триггер в
нулевое
состояние.
Одновременная
подача
управляющих сигналов (воздействий) запрещена.
• D-триггер принимает информацию по одному входу,
его состояние через некоторое время повторяет
выходной сигнал. Время задержки определяется
тактовым сигналом. Название триггера происходит от
английского слова Delay – задержка. Delay flip-flop (dff)
5

6. Классификация триггеров

• T-триггер называют триггер со счётным входом,
который изменяет состояние на противоположное
каждый раз, когда на входе триггера появляется
тактовый импульс. Триггер назван первой буквой
английского слова Toggle – переключать. Toggle flip-flop
(tff)
• DV и TV триггеры отличаются от своих прототипов
дополнительным входом V, который позволяет
переводить триггер в режим хранения при V=0, а при
V=1 работать также, как и обычные D и T триггеры
соответственно.
6

7. Классификация триггеров

• JK-триггер универсален. Также как и в RS-триггере
имеет раздельную установку единичного (Jump) и
нулевого (Kill) состояний. В отличии от RS-триггера
одновременная
подача
управляющих
сигналов
разрешена – она переводит триггер в счётный режим.
Jump Kill flip-flop (jkff)
•В
комбинированных
триггерах
совмещаются
несколько режимов, такие триггеры встречаются
наиболее часто. Например, триггеры T, D и JK с
асинхронными RS входами сброса и установки
единичного состояния.
7

8. Классификация триггеров

По способу записи информации
• асинхронные
и
синхронные
(тактируемые);
тактируемые делятся на динамические (по фронту) и
статические (по уровню); статические в свою очередь
на одноступенчатые и двухступенчатые.
• Асинхронные триггеры – триггеры осуществляющие
переход
в
новое
состояние
по
изменению
информационных сигналов.
8

9. Классификация триггеров

• В управляемых уровнем одноступенчатых триггерах
при появлении синхросигнала происходит полное
переключение состояния триггера.
• В двухступенчатых триггерах имеется входной и
выходной
каскады,
которые
переключаются
поочерёдно.
9

10. Сводная таблица функционирования триггеров

Вход
Выход
Переход
R
S
D
T
J
K
Q(t) Q(t+1)
X
0
0
0
0
X
0
0
0→0
0
X
1
0
X
0
1
1
1→1
0
1
1
1
1
X
0
1
0→1
1
0
0
1
X
1
1
0
1→0
Режимы триггеров:
RS – хранение, установка в 0, установка в 1, запрещённый;
D – хранение, установка в 1, установка в 0;
T – хранение, счётный режим 0→1, счётный режим 1→0;
JK – хранение, установка в 0, установка в 1, счётный режим
0→1, счётный режим 1→0.
10

11. Асинхронный RS-триггер

• Асинхронный RS-триггер (Basic SR Flip-Flop) имеет
симметричную структуру и состоит из двух ЛЭ ИЛИНЕ
или
И-НЕ,
охваченных
перекрестной
положительной обратной связью. Этот триггер обладает
двумя
устойчивыми
состояниями,
которые
обеспечиваются за счет связи выхода каждого элемента
с одним из входов другого. Свободные входы служат
для управления и называются информационными или
логическими.
11

12. Асинхронный RS-триггер на ЛЭ ИЛИ-НЕ

t
t+1
Q(t 1) R(t ) Q (t )
Q (t 1) S (t ) Q (t )
12

13. Применение асинхронного RS-триггер

13

14. Синхронный RS-триггер

• Синхронный статический RS-триггер (Gated SR FlipFlop) при наличии активного уровня синхросигнала
C=1 (EN=1) работает аналогично асинхронному RSтриггеру. Если на синхровходе пассивный уровень
сигнала C=0 (EN=0) – асинхронный RS-триггер
принудительно переводиться в режим хранения.
14

15. Синхронный RS-триггер на ЛЭ И-НЕ

t
t+1
t+2
Q(t 2) S1 (t 1) Q (t 1)
Q(t 2) R1 (t 1) Q(t 1)
S1 (t 1) S (t ) C (t )
R1 (t 1) R(t ) C (t )
15

16. D-триггер («защёлка» latch)

t
t+1
t+2
S1 (t 1) D(t ) C (t )
Q(t 2) S1 (t 1) Q (t 1)
Q(t 2) R1 (t 1) Q(t 1)
R1 (t 1) S1 (t ) C (t 1)
16

17. Т-триггер (счётный триггер)

t
t+1
t+2
Q(t 2) S1 (t 1) Q (t 1)
Q(t 2) R1 (t 1) Q(t 1)
S1 (t 1) Q(t ) C (t )
R1 (t 1) Q (t ) C (t )
17

18. JK-триггер (универсальный триггер)

t
t+1
t+2
Q(t 2) S1 (t 1) Q (t 1)
Q(t 2) R1 (t 1) Q(t 1)
S1 (t 1) J (t ) Q(t ) C (t )
R1 (t 1) K (t ) Q (t ) C (t )
18

19. JK-триггер

K
DD5
Т
1
Q
J
Q
K
J
Q n+ 1
1
0
0
Qn
1
0
1
1
1
1
0
1
1
0
1
Q
С
С
0
Qn
Q
J
D
С
K
DD6
Т
K
Т
DD7
Т
Q
J
С
Q
Qn
19

20. Триггеры на основе JK-триггера

Т-триггер
D-триггер
JK-триггер
20

21. Триггеры

R
DD1
Т
Q
R
DD2
Т
Q
S
Q
S
R
S
Q n+1
0
0
Qn
0
1
1
1
0
0
1
1
хранение
установка
сброс
запрет
Q
С
С
R
S
Q n+1
1
0
0
Qn
1
0
1
1
1
1
0
0
1
1
1
0
DD3
Т
D
хранение
установка
сброс
запрет
Qn
DD4
Т
Q
Q
T
С
C
0
Q
D n Q n+1
Q
T
Q n+1
0
0
0
Qn
1
1
1
Qn
Qn
21

22.

Спасибо за внимание!
[email protected]