Модуль 4. Триггерные устройства как элементарные автоматы Мура 1/18Теория автоматов. Модуль 4 Классификация триггерных структур.Классификация Асинхронные. - презентация

1 Модуль 4. Триггерные устройства как элементарные автоматы Мура 1/18Теория автоматов. Модуль 4 Классификация триггерных структур.Классификация Асинхронные триггеры. Триггер типа RSТриггер типа RS Другие типы асинхронных триггеров Другие типы Синхронные триггеры со статическим управлением RS -триггерRS -триггер D-триггер типа «защёлка»D-триггер Двухступенчатый JK-триггер типа MS (опущен) Триггеры с динамическим управлением: D-триггерыD-триггеры JK- триггер с внутренней задержкойJK- триггер

2 Классификация триггерных структур. 2/18Теория автоматов. Модуль 4 Триггер представляет собой устройство с двумя устойчивыми состояниями, одно из которых называют единичным (Q =1, =0), а другое - нулевым (Q=0, =1). Классификация триггеров может быть произведена по способу восприятия управляющей информации с информационных входов и принципу логического функционирования. Триггер Q Входные сигналы Синхро- низация Фронт Активная часть импульса синхронизации Срез (отрицательный фронт) 1. По способу восприятия информации различают асинхронные и синхронные триггеры. В асинхронных триггерах воздействие входных сигналов осуществляется непрерывно во времени. В синхронных триггерах воздействие входных сигналов происходит лишь в определенные отрезки времени синхросигнала. 2. По виду активных частей синхросигнала, во время которых происходит воздействие входных сигналов на триггер, различают: - триггеры, управляемые (тактируемые) импульсом синхронизации. В свою очередь они подразделяется на одноступенчатые и двухступенчатые (MS – триггеры); - триггеры с динамическим управлением записью информации, когда восприятие входных сигналов и переключение в новое состояние происходит во время фронта (среза) синхросигнала. 3. По виду логического функционирования различают триггеры типов RS, D, T, JK и др.

3 Асинхронный RS- триггера с инверсными входами 3/18Теория автоматов. Модуль 4 Схема RS- триггера с инверсными входами на элементах И-НЕ и его основные характеристики приведены на рисунках. S R T Q Хранен. Уст. 0 Уст. 1 Запрещ. Режим x(1) QQ t+1t x0 011x1 УГО Функциональная схема Таблица переключений Карта Карно для получения характеристического уравнения RS-триггера. Граф RS-триггера, как граф асинхронного автомата. * *00 Q t Q t+1 Триггерный словарь & & Q

4 Временные диаграммы работы RS-триггера с инверсными входами на элементах И-НЕ 4/18Теория автоматов. Модуль 4 & & Q Это единственный тип асинхронного триггера, имеющий три необходимых режима работы (уст.1, уст. 0, хранен. 0 или 1) и описывающийся графом асинхронного автомата.

5 Асинхронный D-триггер (Delay –задержка) 5/18Теория автоматов УГО Функциональная схема S R T Q 1 Таблица переключений tt+1 Режим DQQ 000 Уст Уст Триггерный словарь Характеристическое уравнение D-триггера Асинхронный D-триггер не имеет практического применения в виду отсутствия режима хранения установленного состояния. Триггер фактически выполняет только функцию задержки (Delay). Граф D-триггера как граф асинхронного автомата.

6 Асинхронный T-триггер (Toggle – переключатель) 6/18Теория автоматов. Модуль 4 УГО Функциональная схема Таблица переключений tt+1 Режим TQQ 000 Хранение Счётный режим 110 Триггерный словарь Характеристическое уравнение T-триггера Асинхронный Т-триггер не имеет практического применения, так как описывается графом синхронного автомата (при непрерывном воздействии входного сигнала Т, он превращается в генератор импульсов). Граф Т-триггера как граф синхронного автомата. T T Q Q S R T & &

7 Асинхронный JK-триггер 7/18Теория автоматов. Модуль 4 УГО Функциональная схема Таблица переключений Триггерный словарь Характеристическое уравнение JK-триггера Асинхронный JK-триггер не имеет практического применения, так как описывается графом синхронного автомата при J=K (при J=K, JK-триггер превращается в Т-триггер. Граф JK-триггера как граф синхронного автомата при J=K. J T Q K Q S R T $ $ Счётный режим Уст. 1 Уст. 0 Хранен. Режим QQ t+1t 0*11 1*01 *110 *000 Q t Q t+1

8 Синхронные RS-триггер со статическим управлением (триггер, синхронизируемый импульсом) 8/18Теория автоматов. Модуль 4 УГО RS -триггера Функциональная схема RS -триггера Асинхронные или установочные входы & & Q & & При Clk=0 схема триггера блокируется от синхронных S- и R- входов и находится в режиме хранения предыдущего состояния. Независимо от значения сигналов на синхронных входах, асинхронные приказы имеют приоритет перед приказами по синхронным входам. Триггер выполняет приказы по синхронным входам только при пассивных (не активных) значениях сигналов на асинхронных входах: В этом случае, при значении синхросигнала Clk=1 синхронный триггер описывается как асинхронный RS - триггер с прямыми входами.

9 Таблица состояний (переходов) синхронного RS -триггера 9/18Теория автоматов. Модуль 4 СlkRtRt StSt QtQt Q t+1 Режим 0XХ1/0 Блок. от входов (хранение) 1001/0 Хранение 1101/00 Уст /01 Уст /0** Запр. реж. & & Q & & Асинхронные входы Функциональная схема RS -триггера

10 Синхронный D-триггер со статическим управлением 10/18Теория автоматов. Модуль 4 УГО D-триггера Функциональная схема D-триггера Асинхронные или установочные входы & & Q & & Сказанное выше относительно взаимодействия асинхронных и синхронных входов остаётся в силе и для данной схемы, впрочем как и для всех типов синхронных триггеров. На временных диаграммах ( ) показаны значения задержек переключения триггера по трактам: от входа С до выхода: и от входа D до выхода Хранен.«1»

11 Синхронный D-триггер со статическим управлением (продолжение) 11/18Теория автоматов. Модуль 4 Статический D-триггер прозрачен для входного D-сигнала при Clk =1 (Q t+1 = D t ) и переходит в режим хранения по срезу синхросигнала Clk. Хранен.«1» Таблица состояний (переходов) СDtDt QtQt Q t+1 Режим 0Х1/0 Хранен. 101/00Уст /01Уст. 1 D C Q Поскольку в режим хранения D - триггер переходит по срезу C- сигнала, важно исключить сбой в это время. Поэтому всякие изменения сигнала на D - входе должны прекратиться за некоторое время до среза C- сигнала, называемое временем установки t s (setup time) и могут снова возобновиться после среза C- сигнала спустя время выдержки t h (hold time). Ориентировочно: t s =(1...2), а t h =0,5...1 ( -задержка одного ЛЭ). Требование неизменности входного(ых) сигнала(ов) в момент перехода триггера в состояние хранения относится и к другим типам синхронных триггеров.

12 D-триггер с динамическим управлением записью информации 12/18Теория автоматов. Модуль 4 К особенности данного триггера (схема 3-х RS-триггеров (SN7474)) следует отнести его переключение по положительному фронту C- сигнала (что отражено указателем на C- входе в обозначении триггера), а к достоинствам – свойства непрозрачности и непроницаемости по D - входу при любом статическом уровне C- сигнала Анализ схемы при С=0. 1. При С=0 сигналы X 2 =X 3 =1 и выходной триггер Т 3 находится в режиме хранения. При этом из схемы следует, что (вентили & 1 и & 4 становятся инверторами): Это значит, что всегда в одном из 2-х вспомогательных триггеров (Т 1 или Т 2 ) оба выходных сигнала (в зависимости от значения на D- входе) являются единичными! Это неправильное состояние исчезает, когда синхросигнал принимает «1»-значение (С =1). Дальнейший анализ продолжим, введя таблицу функционирования триггера, отражающую его работу при различном значении входного сигнала D и синхросигнала C. УГО

13 Поведение D-триггера при положительном перепаде синхросигнала С «0 1». 13/18Теория автоматов. Модуль 4 Ранее установлено, что при С=0 X 2 =X 3 =1, CX 1, поэтому X 3 =nC, X 4 =nX 1 D=C=1 Т 1 «Хранение» 1 QtQt C=X 1 =1, T 2 «Хранение» DC, поэтому X 1 =nD, X 2 =nC 1 QtQt X4X4 X3X3 X2X2 X1X1 Q t+1 Триггер T 2 Триггер T 1 CDtDt Свойство RS- триггера при nS & nR 1 1/ nR 0/ Q nQnS t+1t Вывод. Изменение сигнала на входе С «0 1» приводит к реализации соотношения Q t+1 = D t которое и идентифицирует работу D- триггера.

14 Анализ схемы D-триггера (завершение) 14/18Теория автоматов. Модуль 4 3. Анализ схемы при С=1. При С=1 триггер Т3 сохраняет своё состояние, так как блокируется от воздействия сигнала по D-входу. Из таблицы следует, что при С=1 выполняется условие: X2X3. а) Пусть X 2 =0, X 3 =1. Тогда действие D-входа блокировано вентилем & 1, а триггер Т3 будет находится в «0». б) Пусть X 2 =1, X 3 =0. В этом случае вентиль & 1 разблокирован, но значение сигнала X 3 =0 сохраняет значение X 2 =1 и блокирует действие D-входа по цепи & 1 и & 4. Триггер Т3 будет находится в «1». 4. При отрицательном перепаде синхросигнала С «1 0» триггер Т 3 незамедлительно переходит в режим хранения, т.к. С=0 устанавливает X 2 =X 3 =1 (nR=nS =1). Временные диаграммы работы динамического D- триггера ( ). Чтобы не допустить сбоя в процессе переключения, необходимо соблюдать требование неизменности информационного сигнала на D- входе в области фронта C- сигнала в границах от t 0 –2 до t 0 +, где - задержка одного логического элемента. Q

15 JK – триггер с внутренней задержкой и динамическим управлением 15/18Теория автоматов. Модуль 4 Схема JK– триггера c динамическим управлением, лишена недостатков JK– триггера типа MS. По этой схеме выполнены интегральные схемы триггеров 155ТВ6 (74xx107), 155ТВ9 (74xx112), 155ТВ11 (74xx114). Внутреннюю задержку в триггере, приблизительно равную трём последовательно включённым вентилям, выполняют входные конъюнкторы & 1. б) J C K R S Т а) &1&1 τ τ &1&1 & & 1 & & 1 Q J C K Для упрощения анализа схемы выделим последнюю ступень схемы (в), которая можно представить синхронным RS- триггером с инверсными входами (г) как для входных сигналов, так и для синхросигнала. Действительно, при С=0 схема вырождается в схему RS - триггера на элементах И-НЕ, а при С=1 схема находится в режиме хранения, так как входные сигналы и не влияют на состояние триггера (схема как бы блокируется от этих входов). & & 1 & & 1 Q & & τ τ В итоге схема JK –триггера может быть представлена рисунком д)

16 Анализ JK-триггера в зависимости от вида активных частей сигнала С 16/18Теория автоматов. Модуль 4 &1&1 &1&1 τ τ Статические режимы. а) С=0. RS- триггер воспринимает входные сигналы, но находится в режиме хранения, т.к. б) С=1. Входные вентили & 1 разблокированы, однако RS-триггер заблокирован по входу С, т.е. он не воспринимает выходные сигналы с вентилей. а) « » Состояние RS- триггера не изменится, так как при С=0 сигналы на выходах вентилей & 1 равны и, прежде чем они изменятся (вентили & 1 выполняют роль малой динамической памяти), RS- триггер успеет заблокироваться синхросигналом С=1. б) « » RS- триггер успеет отработать входные сигналы с входных вентилей & 1, прежде чем на их выходах сформируются сигналы, равные, что заставит выходную ступень перейти в состояние хранения. Статические режимы Динамические режимы «»«» «»«» Q1 Q t+1 =1 1Q1 0 Q t+1 = Хранение Q t+1 =Q t 110 Состояние RS-триггераJK (время t+1) С=1 (время t) «»«» Динамические режимы.

17 Временные диаграммы работы JK- триггера, тактируемого срезом 17/18Теория автоматов. Модуль 4 J K C Q

18 Контрольные вопросы 18/18Теория автоматов. Модуль 4 1. Изложите содержательный подход к классификации триггеров. 2. Приведите УГО асинхронных RS-, D-, T- и JK- триггеров. 3. Таблица переключений, триггерный словарь и граф RS- триггера с инверсными входами. 4. По каким причинам не находят применения асинхронные D-, T- и JK- триггеры. 5. Приведите УГО синхронных RS- и D- триггеров, тактируемых импульсом. 6. Нарисуйте функциональные схемы синхронных RS- и D- триггеров, тактируемых импульсом. 7. Как понимается вами свойство прозрачности статических синхронных триггеров для входных сигналов при синхросигнале С=1. 8. Как понимается вами приоритетность асинхронных (установочных) входов в синхронных триггерах? 9. Приведите временные диаграммы работы динамического D- триггера. 10. Приведите временные диаграммы работы динамического JK- триггера.