Двухтактный ( двухступенчатый) D-триггер
D — триггер можно выполнить двухступенчатым.
Первая ступень представляет собой одноступенчатый D-триггер, а вторая — синхронный RS-триггер.
На схемах двухтактный D- триггер обозначается следующим образом.
Рис. 0.21
Принцип действия двухтактного D- триггера основан на принципе действия RS триггера с динамическими входами. Т.е. первая ступень переключается по переднему фронту тактового импульса, вторая по его срезу.
Схема двухтактного D- триггера имеет следующий вид.
Рис. 0.22
Работа двухтактного D- триггера наглядно отражена в описании его принципа работы
Так же как и в одноступенчатом D-триггере в 2-х ступенчатой схеме возможно реализовать функцию valve. В результате получим универсальный 2-х ступенчатый DV-триггер.
Рис. 0.23
Условное обозначение такого триггера имеет следующий вид:
Рис. 0.24
Двухступенчатый D-триггер получил широкое применение из-за его универсальности. Так, например, если соединить с D входом, то с каждым синхроимпульсом будет меняться потенциал на входе D и, следовательно, состояние триггера. Таким образом, получается счетный Т-триггер.
Рис. 0.25
Кроме того, на базе таких триггеров можно реализовать и другие виды триггеров.
Развитие универсальных триггеров происходит в связи с необходимостью экономии средств при проектировании и изготовлении радиоэлектронной аппаратуры.
Реальные микросхемы функционально являющиеся D -триггерами обозначаются следующим образом: ТМ. Так, например, микросхема 155ТМ2 является D-триггером.
Итак D-триггеры, цифровые устройства со счётным запуском, и не имеющие запрещённых комбинаций сигналов, подаваемых на их информационные входы.
JK-триггеры.
JK-триггер –это триггер с двумя сигнальными и одним синхронным входами.
Такие триггеры часто называются универсальными, так как на их основе можно получить RS- и T-триггеры.
Название выводов у таких триггеров пошло от английских слов jerh -резкий толчок, kill — убить
Назначение- JK-триггеров универсальное.
Выполняется JK-триггер по двухступенчатой схеме с использованием основного и вспомогательного RS-триггера соединённых последовательно и имеющих обратную связь..
JK-триггеры получили следующее условное обозначение:
Рис. 0.26
Микросхемы JK-триггеров имеют обозначение ТВ. Например JK-триггер исполненный в комплекте микросхем 555 серии имеет обозначение — 555ТВ9.
Информационные входы J и K аналогичны входам S и R тактируемого RSC- триггера.
Принцип действия JK-триггеров аналогичен RSC триггеру, но JK-триггеры не имеют запрещающей комбинации. Т.е. во время действия тактового импульса сигнал записывается в основной триггер, а в момент окончания сигнал считывается вспомогательным RS-триггером.
Схема JK-триггеров.
Рис. 0.27
На схеме, представленной выше, входы J, K являются информационными входами. Они аналогичны S и R входам тактируемого RSC-триггера (R эквивалентен K входу, S — J входу).
Работу (изменение состояний) JK — триггера при С=1 можно представить в виде следующей таблицы.
| Jn | Kn | Qn+1 |
| Qn |
При J=1, К=0 по срезу тактового импульса триггер устанавливается в единичное состояние, т.е. Q=1.
При J=0, К=1 — переключается в нулевое состояние, т.е. Q=0.
При J=0, К=0 — хранит раннее записанную информацию.
В данном триггере так же возможно осуществление счётного режима. Сказанное происходит при J=К=1. Триггер переключается каждым счетным импульсом приходящим на вход С..
Рассмотрим работу JK — триггера более подробно.
При J=K=0 на выходах DD1 и DD2 устанавливаются 1, которые для триггеров с инверсными входами являются пассивными сигналами. Следовательно, триггер Т1 и JK — триггер в целом своего состояния не изменяет.
Чтобы на выходе DD1 появился 0, необходимо чтобы J=1, C=1, =1. Тогда триггер Т1 переходит в 1 состояние, а по срезу тактового импульса и триггер Т2 переходит в 1. Следовательно, Q2=1.
При К=1, С=1, Q=1 на выходе DD2 появляется 0, переводящая триггер Т1 в нулевое состояние, а по срезу триггер Т2 в 0 и, следовательно, JK — триггер в целом переходит в нулевое состояние (Q=0, =1).
В отличие от RSC — триггеров одновременное присутствие единицы на сигнальных входах JK не является запрещающей комбинацией. При этом JK — триггер работает в счетном режиме, т.е. переключается спадом каждого тактирующего импульса.
На базе JК — триггеров можно построить любой из ранее рассмотренных.
• Однотактные и двухтактные триггеры
Рис. Однотактный JK триггер и его словное обозначение
•Срабатывает в момент перехода строб сигнала С с 0 в 1(по его переднему фронту).
Таблица состояний однотактног jk -триггера
•Если соединить входы j,с и k, то получится Т-триггер.
•Если с = 0, то хранение при любых J и K.
•В jk триггере запрещенных состояний нет
| состояние | ||||
| Jn | Kn C | Qn+1 | Qn 1 | |
| Qn | Qn | хранение | ||
| 1 | 1 | запись 0 | ||
| 1 | 1 | запись 1 | ||
| 1 | 1 | Qn | Qn | Т–триггер |
Двухтактные (2х ступенчатые) триггеры
1)Двухтактный RS-триггер(MS-триггер)
При С = 1, информация принимается в М триггер, но не проходит в S-триггер.
При С = 0, информация из М-триггерапереписывается вS-триггер.
| М – master – | S – slave – |
| ведущий | ведомый |
| При любом С одна ступень | триггера“прозрачна”, другая |
“непрозрачна”, поэтому триггер в целом непрозрачен.
•ДвухтактныйJK-триггер
Это двухтактный RS-триггер,выходы Q которого заведены накрест на входные конъюнкторы тогда R и S входы называются J и К входами.
Если j = k = 0 тоС-сигналне может открыть триггер – хранение.
Если j = 1;k = 0 ,тоС-сигналоткроет конъюнктор &1, но только если до поступления С- сигнала было:Q = 0;
•В отличие от обычногоRS-триггера,вариантj = k = 1 не запрещён.
ТЕМА 2. Регистры.
Классификация регистров.
Параллельные и последовательные регистры.
Парафазные и однофазные регистры. Сдвигающие регистры.
Регистр – функциональный узел объединяющий несколько
однотипных триггеров
•Типы регистров:
•Регистры защелки – строятся на триггерах защелках (К155ТМ5; К155ТМ7),запись в которые ведется уровнем стробирующего сигнала.
•В триггере К155ТМ8 – запись ведется положительным фронтом стробирующего сигнала.
•Сдвигающие регистры – выполняют функцию только последовательного приема кода.
•Универсальные регистры – могут принимать информацию в параллельном и последовательном коде.
•Специальные регистры – К589ИР12 имеют дополнительные
•варианты использования.
•Сдвигающий регистр
•Это регистр, содержимое которого при подаче управляющего сигнала может сдвигаться в сторону старших или младших разрядов. Например, сдвиг влево приведен в таблице 9.
Таблица 9 Сдвиг кода влево
•Регистр с однофазной синхронизацией.
В регистр с однофазной синхронизацией в момент поступления стробирующего импульса происходит запись входного бита DS в триггерТТ0.В триггер ТТ1 переписывается информация имевшаяся ТТ0, в ТТ2 из ТТ1 и т.д.
• На вход DS поступает последовательный код.
•При подаче следующего бита DS и сигнала С происходит тот же процесс, в результате все биты имевшиеся на выходахQ0-Q3передвигаются на 1 разряд влево. Условное обозначение такого регистра приведено на рисунке
Условное обозначение
Сдвиговый регистр (условное обозначение)
•Двухфазный сдвиговый регистр
Вдвухфазном регистре по сигналу С1 происходит запись в однотактные триггеры Т00 и Т01, а по сигналуС2 информация переписывается в триггеры Т10 и Т11 и появляется на выходах Q0 и Q1. Сдвиговые регистры применяются для преобразования последовательного кода в параллельный.
Тема 3. Счетчики
Классификация счетчиков. Синтез счетчиков. Двоичные счетчики.
Счетчики с переменным модулем счета.
Суммирующие, вычитающие и реверсивные счетчики
•Классификация счетчиков
•Счетчик — функциональный узел предназначенный для счета
сигналов. По мере поступления входных сигналов счетчик последовательно перебирает свои состояния в определенном для данной схемы порядке. Например:
•Длина списка используемых состояний К называется модулем пересчета или емкостью счетчика.
•Наиболее часто используются двоичные счетчики, у которых порядок смены
состояний триггеров соответствует последовательности двоичных кодов.
•Применяются и другие виды кодирования, например одинарное, когда состояние счетчика определяется местоположением движущейся единицы.
•Унитарное кодирование – состояние
определяется числом единиц
studfiles.net
Виды D триггера
Умная розетка с wi fi управлением
Типовые решения с применением представленных логических элементов рассмотрены ниже. Допустимы другие комбинации для удвоения частоты и решения других задач.
D-триггер синхронный
Рассмотрим на упрощенном примере основы функционирования. Для этого уберем сервисные входы. Диаграммы демонстрируют изменение сигналов при разных комбинациях управления. В таблице показаны состояния для записи единиц и нулей, а также в режиме хранения.
D триггер: таблица истинности, схема, временные графики
Если подать на С единицу (ноль), изменение на D сопровождается появлением аналогичного сигнала на выходе Q
Следует обратить внимание на временные задержки. Пока синхронизация отсутствует, изделие не срабатывает, вне зависимости от состояния информационного входа
В соответствующих режимах:
- Запоминается предыдущее состояние на выходе;
- Обеспечивается «прозрачность» – практически мгновенное повторение входных значений;
- Фиксируется выходной сигнал («защелкивается»), когда сигнала С нет.
D-триггер двухступенчатый
В таких схемах объединяют последовательно два триггера. Первый – настраивают по увеличению входного сигнала. Второй – по спаду. Как видно на рисунке, состояние изменяется не одновременно с появлением новой информации, а с определенной временной задержкой, длительность которой равна одному полному рабочему циклу сигнала синхронизации.
Схема и временная диаграмма двухступенчатого триггера
Триггер RS типа
Одной из простейших в цифровой электронике является схема RS-триггера на транзисторах. Внешним воздействием на вход прибора можно установить его выход в нужное устойчивое состояние. Схема устройства представляет собой каскады, выполненные на транзисторах. Вход каждого из них подключается к выходу противоположного. Два состояния определяются присутствием на выходе напряжения, а переход между ними происходит с помощью управляющих сигналов.
Вам это будет интересно Индуктивность катушки, её назначение, характеристики, формулы
Работает схема следующим образом. Если в начальный момент времени VT2 будет закрыт, тогда через сопротивление R3 и коллектор будет течь ток, поддерживающий VT1 в режиме насыщения. Одновременно первый транзистор начнёт шунтировать базу VT2 и резистор R4. Режим отсечки VT2 соответствует значению логической единицы на выходе Q = 1, открытое состояние VT1 нулю, Q = 0. Амплитуда сигнала на коллекторе закрытого ключа определяется выражением: Uз = U * R3 / (R2+R3).
Для инверсии сигнала необходимо на вход R или S подать импульс. При этом если S = 1, то и Q = 1, а если R=1, то на выходе будет ноль. При значениях R1 = R2 и R3 = R4 триггер называется симметричным. Особенностью работы устройства является способность удерживать установленное состояние между импульсами R и S, что и используется для создания на нём элементов памяти.
На схемах RS-триггер обозначается в виде прямоугольника с подписанными входами S и R, а также возможными состояниями выхода. Прямой подписывается символом Q, а инверсный – Q. Информация может поступать на входы непрерывным потоком или только при появлении синхроимпульса. В первом случае устройство называют асинхронным, а во втором – синхронным (трактируемым).
Работа устройства наглядно описывается с помощью таблицы истинности.
Она наглядно показывает всевозможные комбинации, которые могут возникнуть на выходе прибора. Такая таблица составляется отдельно для триггера с прямыми входами и инверсными. В первом случае действующий сигнал равен единице, а во втором — нулю.
Схема реализации d-триггера
В отличие от схем RS, данные устройства управляются с применением одного информационного входа. Это удобно, так как в двоичной системе один бит принимает только два значения (ноль или единицу). Кроме экономии проводников, такое решение помогает изменять задержку с применением регулировок частоты синхронизирующего сигнала.
Схема реализации триггера на транзисторах
Вместо рассмотренных выше ТТЛ элементов для создания аналогичного устройства можно применить типовые транзисторы, созданные с применением КМОП технологии. На картинке изображен d триггер, принцип работы которого представлен ниже:
- при отсутствии сигнала на входе C транзистор VT1 находится в закрытом состоянии, не пропускает ток через полупроводниковый затвор;
- в этом состоянии не имеет значения уровень сигнала на D;
- если подать на С единицу, переход откроется;
- инвертор D1 обеспечит передачу на выход Q сигнала;
- два транзистора VT2 и VT3 образуют второй инвертор, который обеспечивает функционирование схемы в режиме типичного D триггера.
Таким образом, как и при работе с элементарными логическими компонентами, здесь данные состояния сохраняются только при нулевом уровне синхронизирующего сигнала. При увеличении его до уровня открытия полупроводникового перехода информация на входе и выходе будет повторяться с минимальной задержкой.
Для объективного анализа схемотехники надо изучить переходные процессы. Дело в том, что базовые для логических уравнений значения (ноль и единица) не всегда способны физически соответствовать идеальным значениям. Допустим, что управляющий сигнал поступает одновременно со сменой информационного. В этом случае триггер переходит в нестабильное состояние.
Ошибки проявляются в сбоях, когда последующие логические элементы ошибочно воспринимают амплитуду входных сигналов. Подобные ошибки могут блокировать полностью работу вычислительных устройств и другой техники.
Паразитные импульсные помехи образуют шумы в радиочастотном диапазоне. Состояние неопределенности увеличивает временные задержки при прохождении сигналов. Чтобы минимизировать вредное влияние и правильно делать конструкторские расчеты, производители триггеров указывают в сопроводительной документации минимальные допустимые параметры:
- setup time – промежуток перед синхронизирующим импульсом;
- hold time – длительность информационного сигнала.
Оценочный параметр MTBF показывает величину, обратно пропорциональную скорости отказов. Им определяют способность триггеров поддерживать стабильность рабочих процессов.
Динамические и статические триггеры
Динамические устройства представляют собой систему, одно состояние которой (логическая единица) характеризуется наличием на выходе непрерывающейся последовательности импульсов, имеющих определённую частоту. При втором состоянии (логический ноль) отсутствуют выходные импульсы. Изменение состояний проводится с помощью подачи внешнего импульса. Динамический D-триггер из-за необходимости подачи энергии нашел довольно слабое распространение. Статистическими триггерами называют устройства, каждое состояние которых можно характеризовать неизменным уровнем выходного напряжения (можно в учебной литературе встретить фразу «выходными потенциалами»). Для высокого состояние оно будет близким к напряжению питания, для низкого будет сремиться к нулю. Благодаря такому способу представления выходных данных статистические триггеры часто называют потенциальными. Они делятся на две подгруппы, которые различаются по своему практическому значению для любителей электроники:
- Несимметрические.
- Симметрические.
Своим названием подгруппы обязаны способам организации электрических связей между составляющими элементами схемы. Так, в симметрических триггерах при рассмотрении схемы можно заметить симметрию расположения элементов. В несимметрических устройствах она не наблюдается.
Принцип работы
Устаревшие элементы учёта затраченной электроэнергии
Во всех схемах имеет значение длительность рабочих реакций, которая определяет время записи (стирания). Определенное значение имеет помехоустойчивость. В следующих разделах рабочие процессы рассмотрены подробно.
Элементы с управлением по уровню
В этом варианте изменение состояния происходит только при высоком уровне синхронизирующего сигнала. При соответствующем положении устройство копирует изменения на входе с небольшой технологической задержкой. Если на С – ноль, реакция на выходе отсутствует.
Временная диаграмма для управления триггером по уровню
Элементы с управлением по фронту
В соответствии с названием, здесь реализована схема управления по фронту (переднему и заднему). С помощью временной диаграммы можно рассмотреть рабочие циклы внимательно.
Изменение состояния при разных информационных (управляющих) сигналах
Допустим, что для управления выбран передний фронт. При С=0 состояние триггера не изменяется, вне зависимости от информационных сигналов, – одновременно с прохождением переднего фронта записывается аналогичное уровню D. В данном примере – единица. Следующие изменения происходят по такому же алгоритму.
Чтобы расширить базовую функциональность, устройство дополняют представленными выше сервисными входами (R и S). С их помощью состояние устанавливают произвольным образом (1 или 0) в любой нужный момент. Разумеется, для выполнения таких действий понадобятся дополнительные элементы управления.
К сведению. В этом варианте не имеет значения длительность управляющего сигнала. Для функционирования схемы его можно подать с применением инвертора в противофазе на два триггера Д типа, соединенные последовательно. Такое решение будет сопровождаться изменением состояния по заднему фронту (спаду).
Схемы реализации D-триггера
Существуют разные варианты построения данного логического элемента. Ниже представлена схема одноступенчатого D-триггера с применением элементов И-НЕ. Входы у него прямые статические. Элементы, обозначенные DD1.1 и DD1.2, задействованы в схеме управления, а на остальных построен асинхронный RS-триггер.
Роль каждого элемента будет проще понять, изучив принцип работы Д-триггера. Из схемы видно, если C = 0, то логическая операция И создаст нулевое значение независимо от вторых входных значений на DD1.1 и DD1.2. Операция отрицания сформирует единицу на выходе обоих этих элементов.
На входе третьего элемента будет два значения: единица и отрицание Q. Операция И на выходе сформирует отрицание Q. Отрицание приведёт к тому, что на выходе будет значение Q, совпадающее с тем, которое здесь было раньше.
На четвертый элемент поступят единица и Q. Результатом применения И будет Q. После применения отрицания на выходе этого элемента будет отрицание Q. Следовательно, и в этом случае значение не изменится.
Теперь нужно рассмотреть ситуацию, когда на управляющем входе единичное значение. Если D = 0, то после применения И будет получен ноль, а в результате отрицания выходным значением DD.1 станет единица, которая будет передана на вход DD1.2.
В DD1.2 на входе имеется две единицы, значит операция И сформирует 1, а отрицание даст 0. Следовательно, на DD1.4 на выходе будет единица, что соответствует нулевому значению Q. По такому же принципу рассчитываются остальные варианты.
Схему D-триггера можно получить из синхронного RS-триггера за счет введения дополнительного элемента И-НЕ1, соединяющего оба инверсных входа в один информационный. Это позволяет исключить состояние неопределенности для S и R.
Существуют еще комбинированные D-триггеры. Они имеют входы S и R, предназначенные для асинхронной установки логического 0 и 1. С помощью этих входов устройству можно придать первоначальное определенное состояние.
На схеме видно, что из 6 элементов И-НЕ построен D-триггер, его принцип работы следующий: при наличии 1 на входе R и нуля на C, D, S будут оставаться закрытыми элементы с первого по пятый. Шестой элемент при этом будет открытым, то есть, Q = 1, а /Q = 0. Первый элемент откроется, если с входа S будет снят нулевой сигнал. Состояние остальных элементов не изменится.
Когда на вход С поступит единичный сигнал, на всех входах третьего элемента появится такой же сигнал, в результате чего он откроется. Шестой элемент при этом закроется и /Q = 1. Затем на входы пятого элемента также поступят единичные сигналы, и он примет открытое состояние, а Q = 0. В результате после переключения триггера на выходе Q появится сигнал идентичный тому сигналу, который был на входе D до переключения, то есть, Qn+1 = Dn = 0. Если же с входа С снимается единичный сигнал, состояние триггера не меняется.
Достаточно просто схема D-триггера реализовывается на КМОП микросхемах. В подобных устройствах функции логических элементов И выполняют обычные транзисторные ключи.
После поступления синхросигнала высокого уровня на вход С транзистор №1 открывается, обеспечивая поступление сигнала с D на Q. При этом задействуется первый инвертор. В данной ситуации второй транзистор остается закрытым. Он отключает инвертор, построенный на транзисторах VT1 и VT3. Включается этот инвертор после поступления низкого потенциала на вход С.
D-триггеры входят в состав многих микросхем. Например, в микросхеме ТМ2 содержится два таких элемента, ТМ5, ТМ7, ТМ8 — четыре, ТМ9 — шесть.
Применение D-триггеров
Способность сохранять информацию позволяет применять D-триггеры для реализации устройств памяти. Эти работающие элементы способны сохранять нужный режим на выходе до тех пор, пока не будет подан управляющий сигнал для изменения. Триггер даёт возможность, как вносить двоичную информацию, так и хранить и считывать её.
Понимая, что такое Д-триггер, его можно применить для создания регистра-защёлки. Эти устройства важны в определённых ситуациях. Иногда сигнал длится на протяжении очень небольшого промежутка времени и микросхема может не успеть среагировать на него. В подобных случаях выгодно использовать ещё одну микросхему, на которой сохранятся необходимые значения на протяжении времени, достаточного для выполнения нужных действий.
Одно из основных назначений D-триггера — использование в счетном режиме. Чтобы заставить его работать в качестве счетчика импульсов, достаточно на вход D подать сигнал с его собственного инверторного выхода. В таком режиме по приходу каждого импульса на вход С триггер будет менять свое состояние на противоположное, как показано на временной диаграмме.
Делитель частоты — устройство, способное изменять частоту выходного сигнала относительно входного значения. Используя каскадное соединение нескольких элементов, можно построить делители частоты, обладающие различными коэффициентами деления. Два D-триггера, соединенных последовательно, обеспечивают получение выходного сигнала, частота которого в четыре раза меньше по сравнению с той, что была на входе. Три последовательно соединенных элемента будут делить ее на восемь, а четыре — на шестнадцать.
При создании цифровых схем, действие которых синхронизируется единым тактовым генератором, очень часть бывает необходимо добиться синхронизации действующей схемы и внешнего входного сигнала. То есть, асинхронный сигнал должен преобразоваться в синхронный для всей системы, в которую он поступает. Эту задачу можно решить путем установки D-триггера.
Триггер способен выполнять логическую функцию и при этом поддерживать обратную связь. Именно поэтому его используют при создании многих устройств, предназначенных для запоминания, хранения, передачи и преобразования информации. Найти эти элементы можно в самых разных приборах, включая и устройства цифровой микроэлектроники.
Расчёт триггера Шмитта
Исходные данные: амплитуда импульсов Um = 10 В, максимальный выходной ток триггера Im = 10 мА, напряжение срабатывания триггера U1 = 5 В, напряжение отпускания триггера U2 = 3 В, частота следования импульсов fm = 5 МГц, длительность фронта и среза импульсов tf = ts ≤ 10 нс.
- Определение напряжения источника питания
- Выбор транзистора. Транзистор должен соответствовать следующим условиям Данным параметрам соответствует транзистор КТ315Д со следующими характеристиками:
- Определяем сопротивление коллекторных резисторов R3 и R7 транзистора VT1 и VT2.
- Вычисляем сопротивление резистора R5 в эмиттерных цепях транзисторов.
- Находим сопротивления резисторов R4 и R6. Для этого введём коэффициент пропорциональности λ, между резисторами. Сопротивление резистора R4 вычислим по следующей формуле Тогда сопротивление резистора R6 будет равно
- Определяем сопротивление резисторов R2.
- Определяем сопротивление резистора R1.
- Вычисляем значение ёмкости ускоряющего конденсатора С1.
Выполненный расчёт является предварительным, так как из-за разброса параметров элементов схемы возможны некоторые отклонения от заданных условий схемы. После выбора номиналов элементов необходимо провести прямой проверочный расчёт пороговых уровней напряжения U1 и U2 по следующим формулам
Прямой проверочный расчёт важен, в случае если ширина петли гистерезиса (U2 – U1) находится в пределах нескольких долей вольта.
Теория это хорошо, но без практического применения это просто слова.Здесь можно всё сделать своими руками.
