Элементы цифровых систем, страница 5

6.5. Синхронизнруемые триггеры

Схема синхронизируемого RS-триггера показана на рис. 6.14,а. Обычно на вход синхронизации поступает логический нуль, поэтому на выходах левых элементов И–НЕ, соединенных с входами обведенного пунктиром RS-триггера, наблюдаются логические единицы и RS-триггер сохраняет свое состояние независимо от того, какие сигналы на входах R и S и изменяются ли они. Переключение триггера (или подтверждение предыдущего состояния) происходит в момент появления на С-входе логической единицы. Обычно сигнал «логическая 1» подается на С-вход на небольшой промежуток времени в виде так называемого С-импульса. Таблица переходов RS-триггера (рис. 6.14,в) составляется по таблице переходов RS-триггера. В нее заносятся состояния триггера после С-импульса: при S = R = 0 триггер сохраняет свое предыдущее состояние; при S = 0, R = 1 – устанавливается в нуль; при S = 1, R = 0 – устанавливается в единицу; S = R = 1 – запрещенная комбинация. На практике в момент С-импульса последнее сочетание сигналов не должно иметь места.

На основе RS-триггера можно построить D-триггер (от англ. delay – задержка). D-вход такого триггера эквивалентен S-входу RS-триггера, а на второй вход (бывший R) тот же сигнал подается через инвертор (рис. 6.15,а). Отсюда легко определить свойства D-триггера: триггер запоминает и хранит на выходе Q сигнал, который был на входе D в момент спада импульса С.

6.6. Двухступенчатые триггеры

При обработке информации в вычислительных устройствах один и тот же сигнал синхронизации (С-импульс) нередко подается на С-входы нескольких триггеров. Состояния, в которые должны установиться эти триггеры, определяются уровнями на их информационных входах, причем некоторые из этих уровней могут поступать от триггеров, подлежащих переключению тем же импульсом синхронизации. Разброс параметров триггеров по быстродействию и другие причины не гарантируют при таком подходе точного выполнения необходимых переключений.

Для таких, а также для целого ряда иных применений разработаны триггеры с двухступенчатым запоминанием, в которых по фронту С-импульса происходит лишь внутреннее переключение, а уровни на выходах остаются неизменными. После окончания С-импульса, точнее, по его спаду, происходит необходимое изменение сигнала на выходах. Триггеры такого рода нередко называют МS-триггерами (от англ. mastег – хозяин, slave – раб).

Триггеры с двухступенчатым запоминанием имеют такие же, как и у одноступенчатых триггеров, обозначения входов и выходов, а таблицы переходов однотипных двух- и одноступенчатых триггеров полностью совпадают.

В качестве примера рассмотрим D-триггер с двухступенчатым запоминанием (рис. 6.16,а). Информация с D-входа заносится в такой триггер в два этапа. Сначала по фронту С-импульса первый D-триггер устанавливается в положение, соответствующее уровню на входе D. Переключение второго D-триггера в это время невозможно, так как его С-вход соединен через инвертор с С-входом первого триггера и разрешение на срабатывание первого триггера эквивалентно запрещению срабатывания второго. Когда С-импульс заканчивается, появляется разрешение на переключение второго триггера, и он устанавливается в то же положение, в которое фронтом С-импульса установился первый триггер. Аналогичным образом организуется двухступенчатый RS-триггер (рис. 6.17).

6.7. Триггеры с Т-входом, JК-триггеры

Каждый импульс на Т-входе или, что то же самое, счетном входе переключает триггер в противоположное состояние. Так как переключение триггера с двухступенчатым запоминанием происходит после окончания С-импульса, то уровни на собственных выходах триггера могут служить в качестве управляющих сигналов для его переключения. Подключение инверсного выхода двухступенчатого D-триггера к его же информационному входу преобразует С-вход в Т-вход, потому что после каждого С-импульса этот триггер должен установиться в положение , т. е. переключиться в противоположное состояние (рис. 6.18,а). В двухступенчатом RS-триггере та же цель достигается введением двух дополнительных обратных связей: между  и S, а также между Q и R (рис. 6.18,б).

Из рис. 6.19,а нетрудно уяснить свойства наиболее универсального – JК-триггера (от англ. jump – скачок, kеер – держать) с двухступенчатым запоминанием (рис. 6.19,б). Если J = К = 1, то он полностью эквивалентен RS-триггеру с обратными связями на рис. 6.18,б, т. е. его С-вход эквивалентен Т-входу и по каждому С-импульсу он изменяет свое состояние на противоположное. При J = К = 0 триггер после С-импульса сохраняет предыдущее состояние,  при J = 1, К = 0 переходит в «1»,  а при J = 0, К = 1 – в «0». Все эти свойства представимы при помощи полной (рис. 6.19,в) и эквивалентной ей по содержанию сокращенной (рис. 6.19, г) таблицы переходов.

6.8. Регистры

В общем случае регистр представляет собой группу триггеров, работающих согласованно и выполняющих некоторую общую функцию. Наиболее распространенные функции регистров: хранение (запоминание) и сдвиг. Счетные регистры рассматриваются отдельно и называются счетчиками.

На самом деле все регистры наряду с какими-то  другими функциями выполняют функции запоминания. Запоминающим регистром называют любой регистр, не выполняющий никаких других функций. Такой подход позволяет выделить некоторые общие свойства регистров.

Запоминающий регистр можно считать состоящим из нескольких синхронизируемых триггеров, синхронизирующие входы которых соединены вместе. Таким образом, переключение состояний всех триггеров синхронизируется импульсами по одной общей линии.

Во многих случаях входные сигналы триггеров, образующих регистр, логически зависят от выходных сигналов триггеров этого же и других регистров. Для того, чтобы обеспечить правильную синхронную работу, в этих случаях используют двухступенчатые триггеры. Когда такая логическая зависимость отсутствует, в регистрах можно использовать простые синхронные фиксаторы.