Astro-nn.ru

Стройка и ремонт
15 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

D триггер принцип работы

Логические микросхемы. Часть 8. D — триггер

В статье приводится описание D — триггера, его работа в различных режимах, простая и наглядная методика изучения принципа действия.

В предыдущей части статьи было начато изучение триггеров. Самым простым в этом семействе считается RS триггер, о котором и было рассказано в седьмой части статьи. Более широкое применение в устройствах электроники получили D и JK триггеры. По смыслу действия они, как и RS триггер, также являются устройствами с двумя устойчивыми состояниями на выходе, но имеют более сложную логику работы входных сигналов.

Следует отметить, что все сказанное будет справедливо не только для микросхем серии К155, а и для других серий логических микросхем, например, К561 и К176. И не только то, что касается триггеров, в точности также работают все микросхемы логики, отличие лишь в электрических параметрах сигналов – уровнях напряжения и рабочих частотах, мощности потребления и нагрузочной способности.

D триггер

В серии микросхем К155 имеется несколько модификаций D-триггеров, однако наиболее распространена микросхема К155ТМ2. В одном 14-выводном корпусе размещены два независимых D-триггера. Единственное, что их объединяет это общая цепь питания. Каждый триггер имеет четыре входных сигнала логического уровня и, соответственно, два выхода. Это прямой выход и инверсный, с которыми мы уже знакомы по рассказу об RS-триггере. Здесь они выполняют ту же самую функцию. На рисунке 1 представлен D-триггер.

Также имеются микросхемы, содержащие в одном корпусе по четыре D – триггера: это такие микросхемы как К155ТМ5 и К155ТМ7. Иногда в литературе их называют четырехразрядными регистрами.

Рисунок 1. Микросхема К155ТМ2.

На рисунке 1а показана вся микросхема в том виде, как ее обычно изображают в справочниках. На самом деле на схемах каждый триггер, находящийся в корпусе, может быть изображен вдалеке от своего «напарника», при этом на чертеже могут не показываться выводы, которые в данной схеме просто не используются, хотя на самом деле они есть. Пример такого начертания D-триггера показан на рисунке 1б.

Рассмотрим более подробно входные сигналы. Это будет сделано на примере триггера с выводами 1…6. Соответственно, все сказанное будет справедливо и в отношении другого триггера (с номерами выводов 8…13).

Сигналы R и S выполняют ту же функцию, что и аналогичные сигналы RS триггера: при подаче на вход S уровня логического нуля триггер установится в единичное состояние. Это означает, что на прямом выходе (вывод 5) появится логическая единица. Если же теперь подать логический нуль на R-вход, то триггер сбросится. Это значит, что на прямом выходе (вывод 5) появится уровень логического нуля, а на инверсном (вывод 6) будет присутствовать логическая единица.

Вообще, когда говорят о состоянии триггера, имеется в виду состояние его прямого выхода: если триггер установлен, то на его прямом выходе высокий уровень (логическая единица). Соответственно, подразумевается, что на инверсном выходе все с точностью до наоборот, поэтому инверсный выход часто при рассмотрении работы схемы просто не упоминают.

Логическую единицу на входы R и S можно подавать сколько угодно: состояние триггера не изменится. Это говорит о том, что для входов R и S рабочим является низкий уровень. Именно поэтому входы RS начинаются с маленького кружочка, который обозначает, что рабочий уровень сигнала низкий или, что то же самое, инверсный. Такой маленький кружочек у входных сигналов можно встретить не только у триггеров, а и в изображении некоторых других микросхем, например, дешифраторов или мультиплексоров, что также говорит о том, что рабочим уровнем данного сигнала является низкий уровень. Это общее правило для всех условных графических обозначений микросхем.

Кроме RS входов D-триггер имеет еще вход данных D, от английского Data (данные), и вход синхронизации C от английского же Clock (импульс, строб). Используя эти входы можно заставить триггер работать либо как элемент памяти, либо как счетный триггер. Для того, чтобы разобраться в работе D-триггера лучше собрать небольшую схему и провести несложные опыты.

Обратите внимание на изображение входа C: правый по рисунку конец этого вывода заканчивается небольшой наклонной чертой в направлении слева – вверх – направо. Эта черта говорит о том, что переключение триггера по входу C происходит в момент перехода входного сигнала из нуля в единицу. На рисунке 3 показана возможная форма импульсов на входе С.

Для того, чтобы более подробно разобраться с работой D – триггера лучше всего собрать схему, как показано на рисунке 2.

Рисунок 2. Схема для изучения работы D – триггера.

Рисунок 3. Варианты импульсов на входе С.

Для наглядности работы триггера подключим к его выходам (выводы 5 и 6) светодиодные индикаторы. Такой же индикатор подключим на вход С. Вход D через резистор сопротивлением 1 КОм подключается к шине источника питания +5 В, и, как показано на схеме, кнопка SB1. После того, как схема собрана, проверим качество монтажа, и после этого можно включать питание.

Работа D триггера по RS входам

При включении один из светодиодов HL2 или HL3 должен обязательно зажечься. Предположим, что это будет HL3, следовательно, при включении триггер установился в единицу, хотя может установиться и в нуль. Входные сигналы низкого уровня на входы RS будем подавать с помощью отрезка гибкого проводника соединенного с общим проводом.

Сначала попробуем подать низкий уровень на вход S, просто замыкая вывод 4 на общий провод. Что при этом произойдет? На выходах триггера сигналы останутся в том же состоянии, что и были при включении. Почему? Все очень просто: триггер уже находится в единичном состоянии или установлен, и подача управляющего сигнала на вход S просто подтверждает это состояние триггера, изменение состояния не происходит. Такой режим работы для триггера нисколько не вреден и достаточно часто встречается в работе реальных схем.

Теперь с помощью той же проволочки подадим низкий уровень на вход R. Результат не заставит себя ожидать: триггер перейдет в состоянии низкого уровня, или как еще говорят, сбросится. Повторная и последующая подача низкого уровня на вход R также просто подтвердит состояние, на этот раз нулевое, в точности так же, как это было описано чуть выше, для входа S. Из этого состояния его может вывести либо подача низкого уровня на вход S, либо комбинация сигналов на входах C и D.

Следует отметить, что иногда D – триггер может применяться просто как RS – триггер, то есть входы C и D не используются. В этом случае для повышения помехоустойчивости их следует через резисторы сопротивлением 1 КОм подключить к шине +5 В, либо соединить с общим проводом.

Работа триггера по входам C и D

Предположим, что в данный момент триггер установлен, поэтому зажжен светодиод HL3. Что произойдет, если нажать на кнопку SB1? Ровным счетом ничего, состояние выходных сигналов триггера не изменится. Если теперь по входу R сбросить триггер, то будет светить светодиод HL2, а HL3 погаснет. Нажатие на кнопку SB1 и в этом случае состояния триггера не изменит. Это говорит о том, что на входе С нет тактирующих импульсов.

Теперь попробуем на вход C подать тактирующие импульсы. Проще всего это сделать, собрав генератор прямоугольных импульсов, уже знакомый нам по предыдущим частям статьи. Его схема приведена на рисунке 4.

Рисунок 4. Генератор тактовых импульсов.

Чтобы наблюдать за работой схемы визуально, частота генератора должна быть невелика, при указанных на схеме деталях составляет около 1 Гц, то есть 1 колебание (импульс) в секунду. Частоту генератора можно изменять подбором конденсатора С1. Состояние входа С индицирует светодиод HL1: светодиод зажжен – на входе С высокий уровень, если погашен, то уровень низкий. В момент зажигания светодиода HL1 на входе С происходит формирование положительного перепада напряжения (из низкого уровня в высокий). Именно этот переход заставляет срабатывать D – триггер по входу С, а не наличие на этом входе высокого или низкого уровня напряжения. Это следует запомнить, и следить за поведением триггера именно в момент формирования фронта импульса.

Если на вход С подключить генератор импульсов и включить питание, то первым же импульсом триггер установится в единицу, последующие импульсы состояния триггера не изменят. Все сказанное справедливо для случая, когда переключатель SB1 находится в положении, указанном на рисунке.

Теперь давайте переключим SB1 в нижнее по схеме положение, тем самым подав на вход D низкий уровень. Первый же импульс пришедший с генератора переведет триггер в состояние логического нуля или триггер будет сброшен. Об этом нам подскажет светящийся светодиод HL2. Последующие импульсы на входе С также не меняют состояния триггера.

На рисунке 2б показана временная диаграмма работы триггера по CD входам. Предполагается, что состояние входа D меняется как показано на рисунке, а на вход С поступают периодические тактирующие импульсы.

Первый импульс на входе С устанавливает триггер в единичное состояние (вывод 5), а второй импульс состояния триггера не меняет, поскольку на входе С до сих пор уровень остается высоким.

Состояние входа D между вторым и третьим тактирующими импульсами изменяется с высокого уровня на низкий, это видно на рисунке 2. Но переключение триггера в нулевое состояние происходит лишь по началу третьего тактирующего импульса. Четвертый и пятый импульсы на входе С состояния триггера не изменяют.

Следует обратить внимание на тот факт, что сигнал на входе D изменил свое значение с низкого уровня на высокий во время тактирующего импульса на входе С. Однако, изменение состояния триггера не произошло, так как положительный фронт тактирующего импульса был раньше, чем произошло изменение уровня на входе D.

В единичное состояние триггер будет переключен лишь шестым импульсом, точнее его фронтом. Седьмой импульс сбросит триггер, так как во время его положительного фронта на входе D уже установился высокий уровень. Следующие импульсы работают точно также, поэтому читатели могут разобраться с ними самостоятельно.

Читать еще:  Как крепить мауэрлат без армопояса

Еще одна временная диаграмма приведена на рисунке 5.

Рисунок 5. Полная временная диаграмма работы D триггера.

На рисунке видно, что триггер может работать в трех режимах, два из которых уже были рассмотрены выше. На рисунке это асинхронный и синхронный режимы. Наибольший интерес на временной диаграмме представляет превалирующий режим: тут видно, что во время низкого уровня на входе R изменения состояния триггера по входам С и D не происходит, что говорит о том, что входы RS являются приоритетными. Также на рисунке 5 приведена таблица истинности для D – триггера.

Из всего сказанного можно сделать следующие выводы: каждый положительный перепад импульса на входе С устанавливает триггер в состояние, которое в этот момент было на входе D, или просто переносит его состояние на прямой выход триггера Q. Отрицательный перепад на импульса на входе С никакого влияния на состояние триггера не оказывает.

На рисунке 3 показаны возможные формы импульсов на С входе: это меандр (3а), короткие импульсы высокого уровня, или положительные (3б), короткие импульсы низкого уровня (отрицательные) (3в). В любом случае срабатывание триггера происходит по положительному перепаду.

В одних случаях это будет фронт импульса, а в других его спад. Это обстоятельство следует учитывать при разработке и анализе схем на D – триггерах. Работа D – триггера в счетном режиме Одним из основных назначений D – триггера является его использование в счетном режиме. Для того, чтобы заставить работать его в качестве счетчика импульсов, достаточно на вход D подать сигнал с его собственного инверсного выхода. Такое соединение показано на рисунке 6.

Рисунок 6. Работа D – триггера в счетном режиме.

В таком режиме по приходу каждого импульса на вход С, триггер будет менять свое состояние на противоположное, как показано на временной диаграмме. И объяснение этому самое простое и логичное: состояние на входе D всегда противоположно, инверсно, по отношению к прямому выходу. Поэтому, в свете предыдущего рассмотрения работы триггера, на прямой выход переносится его инверсное состояние. Один триггер, хоть и в счетном режиме, много не насчитает, всего лишь до двух: 0..1 и снова 0..1, и так далее.

Чтобы получить счетчик, способный считать по – настоящему потребуется соединить последовательно несколько триггеров, работающих в счетном режиме. Об этом будет рассказано несколько позже в отдельной статье. Кроме этого, следует обратить внимание на тот факт, что импульсы на выходе триггера имеют частоту ровно в два раза меньшую, чем входные на входе С. Это свойство используется в тех случаях, когда необходимо поделить частоту сигнала в число раз кратное двум: 2, 4, 8, 16, 32 и так далее.

Форма импульсов после деления триггером всегда есть меандр, даже в случае очень коротких входных импульсов на входе С. На этом рассказ о возможностях применения D триггера можно закончить. В следующей части статьи будет рассказано о применении триггеров типа JK

D триггер принцип работы

D-триггер получил название от английского слова «delay» — задержка , которая реализуется подачей сигналов на вход синхронизации. В раннее рассмотренном RS-триггере было два входных сигнала, но для передачи двоичного кода достаточно одного входа с разными уровнями напряжения: высокий (1) и низкий (0). На два входа нельзя было подавать единицу одновременно, поэтому в D триггере эти входы объединены с помощью инвертора (рисунок 1 а), что исключает возможность возникновения запрещенного состояния .

Рисунок 1 – а) усовершенствованная схема RS-триггера б) графическое изображение D-триггера

Триггер D может работать по уровню сигнала, он еще называется защелка. В таком устройстве нужно ограничивать длительность синхронизирующего сигнала, потому что пока синхросигнал подается — переходной процесс со входа поступает на выход.

Схема зещелки собранная на логических элементах 2ИЛИ-НЕ ( синий провод – логический ноль, красный – единица):

Временная диаграмма работы:

Триггер-защелка включается в работу только по синхросигналу. Когда на С логический ноль, то выход Q хранит прошлое записанное в него состояние, при этом уровень напряжения на входе D никак не может на него повлиять. Если подать «1» на вход синхронизации, то устройство будет работать в режиме «прозрачности» — выходной сигнал мгновенно повторяет сигнал входа. Но при отключении синхросигнала в памяти триггера останется последнее состояние входа и именно оно будет на Q. То есть получается «защелкнутый входной сигнал» .

Исходя из описанного принципа работы, составим таблицу истинности:

D-триггер, работающий по фронту, не требует контроля длительности синхронизирующего (тактового) сигнала , потому что фронт сигнала С проходит практически мгновенно (не может длиться продолжительное время). Триггер, который будет запоминать информацию лишь по фронту синхросигнала, можно построить из двух D-триггеров, тактовый сигнал на которые будет подаваться в противофазе:

Соответственно, схему на логических элементах можно сконструировать с помощью четырех ИЛИ-НЕ и одного инверсного блока:

На рисунке 2 (анимации) в правом верхнем углу для упрощения восприятия, на первом кадре написана цифра «1». Начиная рассматривать с этого кадра, будет проще проследить принцип работы (синий цвет – «0», красный – «1»).

Временная диаграмма Д-триггера, работающего по фронту

Рассмотрим принцип работы . Q’ – выход первого триггера, Q – второго. Так как тактовый сигнал на первый и второй вход подаются инверсировано, то когда один находится в режиме хранения, другой пропускает информацию со входа на выход. По диаграмме видно, что значение на выходе триггера Q изменится только по спадающему фронту синхронизирующего (тактового) сигнала С. То есть значение на Q будет соответствовать величине напряжения на входе D в момент изменения синхросигнала с 1 на 0.

Так как данное устройство состоит из двух более простых устройств, то условное его обозначение следующее:

Где ТТ означает наличие в строении двух простых триггеров, а «треугольник» около входа С – работу триггера по фронту сигнала.

ElectronicsBlog

Обучающие статьи по электронике

Триггеры. Принцип работы

Всем доброго времени суток! Сегодняшний мой пост посвящён цифровым микросхемам, которые имеют память. Подобно тому, как человек помнит события из своей жизни, так и эти микросхемы могут долго хранить заложенную в них информацию, а когда необходимо выдавать её.

Такими цифровыми микросхемами являются триггеры (англ. – Trigger или Flip-Flop). В отличие от простых логических микросхем, которые называют комбинационными (НЕ, И-НЕ, ИЛИ и другие) и их сигналы на выходе чётко соответствуют сигналам на входе, то триггеры относятся к последовательным или последовательностным микросхемам, уровень выходного напряжения которых, зависит от того в какой последовательности поступали сигналы на вход триггера. С помощью триггеров строят более сложные цифровые микросхемы.

Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.

Сигналы, поступившие на вход триггера, могут храниться только до тех пор, пока на него подается напряжение питания. После каждого включения триггера на его выходах появляются случайные логические уровни напряжения. Триггеры обладают очень высоким быстродействием, сравнимым с задержками при переключении простейших логических элементов, однако объём хранимой информации мал. Один триггер может хранить только один сигнал или бит.

Внутреннее устройство триггера

Не вдаваясь в глубину схемотехники триггера, скажу сразу, что простейший триггер представляет собой схему из двух логических элементов, взаимодействуя между собой с помощью положительной обратной связи, которая обеспечивает нахождения выходов триггера в одном их двух логических состояний неограниченное время.


Схема триггерной ячейки на логических элементах (RS триггер).

Схема на рисунке выше представляет простейший триггер (или триггерная ячейка), который имеет два входа и два выхода. Входы триггера реагируют на низкий логический уровень: вход R – сброс (англ. Reset – сброс) и вход S – установка (англ. Set – установка), выходы: прямой Q (англ. Quit – выход) и инверсный –Q.

Как говорилось выше, входы триггера R и S реагируют на низкий логический уровень и сигналы на них должны поступать с некоторой разницей во времени. Опишем работу данной схемы. Когда на обоих входах триггера присутствует низкий логический уровень, то это никак не отразится на уровне напряжения на выходах. Когда на вход S поступит сигнал лог. 1, то на выходах Q будет лог. 0, а на –Q – лог. 1. Если теперь на вход R триггера поступит лог. 1, то выходные сигналы не изменятся. И наконец если изменить уровень сигнала на входе S с высокого на низкий уровень, то на выходе триггера Q будет лог. 1, а на –Q – лог. 0. Таким образом, для данной триггерной ячейки можно составить таблицу истинности.

Таблица истинности триггерной ячейки (RS триггер).

ВходыВыходы
RSQ-Q
Не определено
11
11Без изменений
11

Схемы с такой таблицей истинности называются RS триггерами. RS триггеры служат основой для многих динамических устройств: делители частоты, счётчики, регистры. Кроме вышеописанного RS триггера существует ещё несколько типов триггеров, которые отличаются методом управления, входными и выходными сигналами. Все современные триггеры объединены в серии цифровых микросхем:

  • RS триггеры – самый простой и редко используемый триггер, имеет обозначение ТР;
  • JK триггер – имеет сложное управление, обозначение ТВ;
  • D триггер – самый распространённый и имеет сложность среднюю, обозначение ТМ;

RS триггеры

Рассмотрим принцип работы RS триггера возьмём микросхему К555ТР2.


Обозначение RS триггера К555ТР2

Данная микросхема имеет 4 RS триггера, два из которых имеют по одному R входу и одному S входу, а два других – по одному R входу и по два S входа, объединенных по функции И. Все 4 RS триггера данной микросхемы имеют по одному прямому выходу. Принцип работы данных триггеров не отличатся от триггерной ячейки описанной выше. Импульс с низким уровнем на входе триггера R приводит состояние выхода к низкому уровню, а импульс с низким логическим уровнем на входе триггера S – состояние выхода в высоком логическом уровне. В случае появления одновременных сигналов на входах триггера переводит его выход в состояние лог. 1, а после окончания импульсов в одно из устойчивых состояний.

Читать еще:  Рецепт Шведской краски для деревянных заборов

JK триггер

Микросхема типа К555ТВ9, является представителем семейства JK триггеров, который имеет следующий принцип работы.


Обозначение JK триггера К555ТВ9.

Микросхема К555ТВ9 содержит два JK триггера. Триггеры данного типа сложнее по устройству и по управлению по сравнению с RS триггером. В дополнение к стандартным входам R и S, которые работают аналогично с RS триггером, в JK триггере имеются информационные входа J и K, а также вход синхронизации С.

Таблица истинности JK триггера.

ВходыВыходы
-S-RCJKQ-Q
1ХХХ1
1ХХХ1
ХХХНе определено
111→011
111→011
111→0Не изменяется
111→011Меняется на
противоположное
111ХХНе изменяется
11ХХНе изменяется
110→1ХХНе изменяется

Принцип работы JK триггера следующий. Вход R триггера служит для перевода прямого выхода в лог.1, а вход S триггера – в состояние лог.0. Вход С (англ. Clock – часы)служит для тактирования JK триггера, то есть все изменения выходов происходят только когда на входе С сигнал изменяется с высокого уровня на низкий. Информационные входа J (англ. Jump – прыжок) и К (англ. Kill – убить) работают следующим образом: если на J лог.1 и на К лог.0, то по импульсу со входа С на Q будет лог.1 и на –Q будет лог.0. Для изменения уровня сигнала на выходах на противоположные необходимо на J подать лог.0, а на К лог.1, тогда по импульсу на входе С состояние выходов измениться.

D триггер

D триггер является самым используемым, а по управлению он занимает промежуточное положение между RS триггером и JK триггером. Представителем D триггеров является микросхема К555ТМ2.


Обозначение D триггера микросхемы К555ТМ2

В составе данной микросхемы содержится два D триггера, которые имеют два входа сброса и установки R и C, информационный вход D (англ. Dalay – задержка) триггера и один тактируемый вход С триггера, а также два выхода: прямой Q и инверсный –Q. Как и все триггеры, у которых имеется тактируемый вход С, принцип работы D триггера основан на переключении уровней напряжений на выходе триггера только стробированием по входу С. Таким образом можно составить таблицу истинности D триггера.

Таблица истинности D триггера

ВходыВыходы
-S-RCDQ-Q
1XX1
1XX1
XXНе определено
110→11
110→111
11ХНе меняется
111ХНе меняется
111→0ХНе меняется

D триггер является наиболее универсальным потому, что данным триггером можно заменить все остальные RS триггеры и JK триггеры. Для замены RS триггера необходимо просто не использовать входы D и C входы D триггера, а относительно JK триггера, то для большинства схем одной пары входов вполне достаточно. Ниже приведены схемы замены триггеров


Схема замены D триггером: RS триггера (слева) и JK триггера в счётном режиме (справа).

Теория это хорошо, но без практического применения это просто слова.Здесь можно всё сделать своими руками.

D триггер

Триггеры представляют собой электронные устройства, которые могут находиться в одном из двух состояний длительное время. При внешнем воздействии (подаче сигнала извне) они изменяют своё состояние. Благодаря этому свойству их называют логическими элементами с памятью.

Микросхема 4х д-триггер SO16

Выходные сигналы зависят не только от того, какие импульсы подаются на вход, но и от того, что в триггере хранилось перед этим.

Данные устройства используются в основном в микропроцессорной технике. Микросхемы, как правило, имеют в своём составе триггер или бистабильный элемент и управляющую систему.

Триггеры бывают двух типов: асинхронные, или нетактируемые, и синхронные, или тактируемые.

В асинхронном – переход из одного положения в другое выполняется фронтом или перепадом напряжения. То есть для того, чтобы осуществился переход, на управляющем входе должна быть смена 1 на 0 или 0 на 1.

Синхронный тип переключается в новое положение в том случае, когда на управляющий вход подаётся импульс.

Выпускаются нескольких типов:

  • RS-триггер;
  • D-триггер;
  • Т-триггер;
  • JS-триггер.

Устройство д триггера

В цифровой и вычислительной технике наиболее распространённым является d-триггер. Иначе его называют триггером задержки (от английского слова delay).

Для производства d-триггера обычно используются полевые или биполярные транзисторы, а также интегральные микросхемы.

Для управления логическими элементами используются входы, которые делятся на информационные и вспомогательные. Информационные – воспринимают управляющие импульсы. В зависимости от его значения, в д-триггер записывается то или иное значение. Вспомогательные – предназначены для синхронизации работы.

Слово «задержка» в названии характеризует то, что поступивший информационный сигнал задерживается в нём ровно на один такт. Время задержки зависит от частоты импульсов синхронизации.

Схематическое изображение d-триггера

На картинке выше символом D обозначен информационный или вход данных, а С – тактовый или синхронизирующий. На информационный – подаётся информационный сигнал, который необходимо сохранить в д-триггере, а на тактовый вход подаётся тактовый импульс, в зависимости от значения которого определяется режим д-триггера: режим записи или режим хранения.

Принцип работы

Логическое устройство будет находиться в устойчивом положении в том случае, если на С=0. В этом случае импульсы, подающиеся на информационный D-вход, никак не влияют на прибор, и выходной импульс определяется записанным ранее значением. Если С=1, то выходной сигнал будет зависеть от того, какой т подан на информационный D-вход. Если D=1, то на выходе будет 1, если D=0, то на выходе будет 0.

Таблица истинности будет иметь вид

Входной сигналВыходной сигналРежим работы
СDQ
определяется предыдущим состояниемХранение информации
1определяется предыдущим состоянием
1Запись информации
111

Внимание! Логический компонент хранит информацию только при подаче нулевого значения на C-вход.

Д-триггер выполняется двух типов: с управлением по уровню и с управлением по фронту.

Элементы с управлением по уровню

Временная диаграмма работы прибора со статическим управлением (по уровню сигнала) изображена на рисунке ниже.

Временная диаграмма работы d-триггера со статическим управлением

При статическом управлении переход из одного состояния в другое выполняется по уровню. Сигнал с D-входа будет записываться только при высоком уровне на тактовом C-входе.

Элементы с управлением по фронту

Данный тип логического устройства срабатывает при переходе с одного уровня на другой. Срабатывание может выполняться в двух случаях: по переднему и заднему фронту. По переднему, если переход выполняется от 0 к 1, и по заднему, если от 1 к 0.

Чтобы переключить d-триггер в нужное нам положение, сначала подаётся 0 или 1 на информационный D-вход. Если необходимо на выходе получить единицу, то D=1, если нужно, чтобы был на выходе ноль, то на D=0.

Затем на С-вход подаётся тактовый импульс. По его изменению элемент переключится в нужное нам состояние. При этом сигнал, который подаётся на D-вход, будет сохранён.

Такая логика работы делает электронный компонент очень удобным для хранения одного разряда двоичного числа (0 или 1). Причём, это состояние д-триггер будет сохранять до тех пор, пока не поступит следующий бит информации.

Временная диаграмма работы d-триггера с динамическим управлением

Для сброса д-триггера нужно, чтобы на входах D=0, а С=1. Однако таким образом не всегда можно управлять состоянием, поэтому в схемах используют компоненты с тремя входами.

Схематичное изображение d-триггера с тремя входами

В этом случае добавляется третий R-вход, который отвечает за сброс информации.

Схема реализации d-триггера

Реализация д-тригера может выполняться на основе ТТЛ (транзисторно-транзисторная логика) элементов, а также логических элементах КМОП.

Большинство микросхем относятся к компонентам с комплиментарной структурой – металл-оксид-полупроводник (КМОП). Данная технология основывается на использовании полевых транзисторов с изолированными затворами.

Реализация д-триггера на ТТЛ элементах приведена на рисунке ниже.

Схема устройства на ТТЛ-элементах

Если в логическом элементе D-вход соединить с инверсным выходом, то в этом случае прибор можно использовать в качестве счётного или Т-триггера. В этом случае при подаче импульса на С-вход логический компонент переходит в противоположное положение.

В сети интернет имеются сайты с сервисами, на которых можно просмотреть результат работы разного вида триггеров. Тип устройства выбирается из соответствующего списка.

Демонстрация работы устройств

Триггеры являются важной компонентой для создания различных микросхем. Их использование позволяет выполнять устройства с цифровой памятью. В микропроцессорной технике они являются основой для реализации электронных компонентов оперативной памяти. Их используют в регистрах сдвига и регистрах хранения.

D-триггер

Из нескольких разновидностей D-триггеров микросхем серии К155 наибольшей популярностью у радиолюбителей пользуются триггеры микросхемы К155ТМ2 (рис. 30. а). В ней два D-триггера, связанных между собой общей цепью питания, но работающих независимо один от другого. У каждого из них четыре логических входа и два выхода — прямой и инверсный. Вход D — вход приема цифровой информации, а С — вход тактовых импульсов синхронизации, источником которых обычно служит генератор прямоугольных импульсов. По входам R и S D-триггер работает так же, как RS-триггер: при подаче на вход R напряжения низкого уровня D-триггер устанавливается в нулевое состояние, на вход S — в единичное. По входам D и С он может функционировать как ячейка памяти принятой информации или как триггер со счетным входом.

D-триггеры микросхемы К155ТМ2 на принципиальных схемах устройств цифровой техники изображают обычно не слитно, как на рис. 30. а, а раздельно в различных участках схем (рис. 30. б). При этом допускается не показывать выводы, которые в устройстве не используются. Этих правил будем придерживаться и мы.

Предлагаем несколько опытов и экспериментов, которые помогут осмыслить логику действия D-триггера в разных режимах работы.

Микросхему К155ТМ2 разместите на макетной панели, соедините вывод 14 с плюсовой, а вывод 7 с минусовой шинами источника питания. К выводам прямого и инверсного выходов любого из ее D-триггеров, например к выводам 5 и 6 (рис. 31. а), подключите светодиодные (или транзисторные с лампами накаливания в коллекторных цепях) индикаторы, по свечению которых будете судить о логическом состоянии триггера. Такой же индикатор подключите и к выводу 3. По свечению этого индикатора будете наблюдать за появлением и длительностью тактовых импульсов синхронизации. На панели смонтируйте также кнопочный выключатель SB1 и резистор R4, но к входу D вывод 2 триггера эту цепь пока не подключайте.

Включите источник питания. Сразу же должен загореться один из выходных индикаторов. Если это светодиод HL3, значит триггер принял единичное состояние, а если HL2 — нулевое. Теперь поочередно кратковременно замкните несколько раз выводы 1 и 4 входов R и S на общую шину цепи питания. Такой опыт вас убедит, что по этим входам D-триггер работает так же, как RS-триггер.

Далее подключите к выводу 2 информационного входа D резистор R4 с кнопочным выключателем SB1. Запишите начальное состояние триггера, а затем несколько раз подряд нажмите кнопку. Как на это реагирует триггер? Никак — продолжает гореть тот же индикатор.

Кратковременным соединением входа R или S с общей шиной питания переключите триггер в другое устойчивое состояние и вновь несколько раз нажмите кнопку SB1. И теперь, как видите, триггер не реагирует на входные сигналы. Это происходит потому, что на вход С не поступают синхронизирующие импульсы положительной полярности.

Для опытной проверки D-триггера источником тактовых сигналов синхронизации может служить генератор испытательных импульсов переменной частоты, о котором рассказывалось выше (см. рис. 20). Соедините его выход с выводом 3 входа С триггера, установите наибольшую длительность генерируемых импульсов и, включив питание, следите за поведением входного и выходных индикаторов. Если до этого триггер находился в нулевом состоянии, а контакты кнопки SB1 были разомкнуты, то по фронту первого же импульса на входе С триггер должен переключиться в единичное состояние и не реагировать на последующие тактовые импульсы. Но стоит нажать на кнопку, чтобы подать на информационный вход сигнал низкого уровня, и триггер по фронту очередного тактового импульса тут же переключится в противоположное состояние.

Работу D-триггера в таком режиме иллюстрируют графики, приведенные на рис. 31. б. Считаем, что в начале опыта, когда контакты кнопки SB1 были еще не замкнуты и, следовательно, сигнал на D-входе соответствовал напряжению высокого уровня, триггер был в нулевом состоянии (на выходе Q — низкий, на выходе /Q — высокий уровни напряжения). Первый же импульс на входе С своим фронтом переключил триггер в единичное устойчивое состояние. На спад этого импульса и на второй импульс триггер не реагировал и сохранял принятое состоние.

Затем нажали на кнопку SВ1, чтобы изменить уровень входного сигнала. В результате третий тактовый импульс своим фронтом сразу же переключил триггер в нулевое состояние, которое сохранялось до прихода шестого импульса, когда кнопку отпустили и на входе D уже был сигнал высокого уровня. Далее при изменении уровней входного сигнала триггер переключился в нулевое состояние по фронту седьмого тактового импульса, а по фронту восьмого — в единичное.

Эти опыты и графики, характеризующие логику действия D-триггера в режиме приема информации, позволяют сделать выводы: если на входе D сигнал высокого уровня, триггер по фронту тактового импульса на входе С устанавливается в единичное состояние, а если низкого, то в нулевое. На спады синхронизирующих импульсов D-триггер не реагирует. Каждое изменившееся состояние триггера означает запись в его память принятой информации, которая может быть считана или передана для расшифровки другому логическому устройству цифровой техники.

Следующий опыт — испытание D-триггера в режиме счета, т. е. как триггера со счетным входом. Для этого от входа D отключите резистор R4 с кнопочным выключателем SB1 и соедините его с инверсным выходом /Q, как показано на рис. 32. а. Теперь информационным входом триггера будет вход С. Подайте на него от генератора серию импульсов большой длительности. Как ведет себя D-триггер? По фронту первого же входного импульса он принимает единичное состояние, по фронту второго — нулевое, по фронту третьего — снова единичное и т. д. Следовательно, в таком режиме работы триггер по фронту каждого входного импульса меняет свое логическое состояние на противоположное. В результате частота импульсов на каждом выходе триггера оказывается вдвое меньшей частоты входных импульсов.

По проведенному опыту постройте графики, иллюстрирующие работу D-триггера в этом режиме. Они должны получиться такими же, что и изображенные на рис. 32. б. Вывод напрашивается сам — в таком режиме D-триггер делит частоту входного сигнала на 2, т.е. выполняет функцию двоичного счетчика.

Схема D триггера | Работа D триггера

D-триггер (от английского DELAY) называют информационным триггером, также триггером задержки. D — триггер бывает только синхронным. Он может управляться (переключаться) как уровнем тактирующего импульса, так и его фронтом. Для триггера типа D, состояние в интервале времени между сигналом на входной линии и следующим состоянием триггера формируется проще, чем для любого другого типа.

По синхроимпульсу D-триггер принимает то состояние, которое имеет входная линия, согласно управляющей таблице состояний, приведенной на рис. 3.8, а. На рис. 3.8, б приведены временные диаграммы, поясняющие его работу.

Как следует из управляющей таблицы, D-триггер имеет как минимум две входные линии: одна — для подачи синхроимпульсов; другая- информационных сигналов. Схемное обозначение D — триггера приведено на рис. 3.9.

Для получения характеристической формулы воспользуемся полной таблицей состояния (рис. 3.10).

Для минимизации логического выражения (характеристической формулы триггера) можно воспользоваться картой Карно (рис. 3.11, а).

Из рис. 3.11, а следует, что характеристическое уравнение D-триггера содержит всего одну конъюнкцию, т.е. Q = СD.

Если учитывать, что при отсутствии синхроимпульсов состояние D-триггера не меняется, то можно упростить таблицу состояния, оставив в ней только переменные D и Q. Тогда карта Карно будет выглядеть как на рис. 3.11, б. Сокращенное уравнение D-триггера имеет всего один сигнал – сигнал D.

Это выражение подразумевает наличие сигнала C, т.к. в его отсутствии переключение состояния D-триггера не происходит.

Отметим, что D-триггеры могут переключаться как уровнем синхроимпульса, так и его фронтом. В технической литературе D-триггер, управляемый уровнем синхроимпульса, известен также как триггер-защелка.

Столбцы 1, 2, 3 соответствуют таблице состояний D-триггера, а в столбцы 4, 5 записываются значения сигналов R и S, при подаче которых на входы RS-триггера, последний должен принимать такие же состояния, что и D-триггер. Это обусловлено тем, что RS-триггер является выходным узлом D-триггера.

Из таблицы (рис.3.12, а, первая строка) следует: если триггер находился в состоянии “0” (Q 0 =0), чтобы он сохранил это состояние и после поступления очередного синхроимпульса (отметим, что переключение состояния триггера происходит только при наличии синхроимпульса, а каждая строка таблицы состояний соответствует новому синхроимпульсу) на входе S (RS-триггера) необходимо поддерживать уровень “0”, а на входе R — любой уровень, т.к. когда триггер находится в состоянии”0”, он сохраняет это состояние независимо от состояния сигнала R.

Для второй строки таблицы состояний Q 0 =1, а новое состояние триггера “0” (Q=0), следовательно, необходимо подать на вход R — уровень логической 1 и т.д. Для каждой строки, где Q 0 =1, это состояние триггера сохранится независимо от значения сигнала S (т.к. при S=0 — режим хранения, а при S=1 — запись единицы).

После заполнения таблицы состояний, используя карты Карно (рис. 3.12, б и в), записывают логические выражения для функций комбинационного устройства S и R (следует помнить, что эти сигналы являются функциями аргументов Q 0 , D и входными переменными для RS-триггера.

По полученным логическим выражениям (см. рис. 3.12, б и в) можно построить схему D-триггера (рис. 3.12, г).

Рассмотренный выше D-триггер синтезирован на базе синхронного RS-триггера. Его можно синтезировать и на базе двухступенчатого, а также — простого, асинхронного RS-триггера. Как уже было отмечено выше, переключение D-триггера происходит только при наличии (поступлении) синхроимпульса. С учетом этого, логические функции S и R можно записать в виде

Схема, реализующая эти функции, содержит два элемента конъюнкции и один инвертор. На рис. 3.13 приведена схема D-триггера, построенного на базе асинхронного RS-триггера.

D-триггер

Принцип работы и обозначение D-триггера

Возможно, вы уже познакомились с RS-триггером и JK-триггером на страницах сайта Go-radio.ru, но разговор о триггерах был бы неполным без упоминания D-триггера. D-триггер (англ. Delay-задержка) имеет свойственные всем триггерам входы: S (установка), R (сброс), С — вход синхронизации и D-вход. Ещё D-триггер называют – триггер с динамическим управлением. Работа D-триггера аналогична работе JK-триггера с небольшими отличиями.

Особенностью триггера является то, что при подаче на вход D низкого уровня (логического 0) и по спаду импульса на входе С, триггер сбрасывается в нулевое состояние. Если на входе D высокий уровень (логическая 1), то по спаду импульса на входе С триггер устанавливается в единицу.

Что такое спад импульса? Объяснить это лучше наглядно, например, с помощью рисунка. Вот взгляните.

Напомним, что вход C является входом синхронизации или, по-другому, входом тактирования. Он нужен для того, чтобы упорядочить работу множества отдельных микросхем в одной общей схеме.

На принципиальных схемах D-триггер обозначается следующим образом.

Бывает, что изображение на схеме несколько отличается. Но, несмотря на это, на условном обозначении D-триггера всегда присутствует указание входа «D«.

В cерии логических микросхем К561, выполненных по технологии КМОП, есть наборы D-триггеров. Например, микросхема К561ТМ2 содержит два D-триггера в одном корпусе. А в составе микросхемы К561ТМ3 уже четыре D-триггера. Для построения несложных счётчиков и делителей частоты эти микросхемы гораздо удобнее.

Вот так обозначается на схемах микросхема К561ТМ2 (К176ТМ2, К564ТМ2). Импортный аналог микросхемы К561ТМ2 — CD4013, HEF4013.

Как видим, в составе этой микросхемы два D-триггера. Для подключения питания к этой микросхеме используются вывод 14 (это плюс «+», VDD) и вывод 7 (это минус «-«, GND).

Для того чтобы получить из D-триггера делитель частоты на два достаточно соединить инверсный выход со входом D. То есть соединяются выводы 2 и 5 (12 и 9), а импульсы подаются на вход С.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector