Элементы схемотехники цифровых устройств обработки информации - [17]
5.1.1 RS-триггеры
Наибольшее применение находят триггеры с раздельным запуском, которые называются RS-триггерами. Их условное графическое обозначение приведено на рисунке 41. В простейшем RS-триггере информационные сигналы подаются непосредственно на входы S и R ячейки памяти.
Входы, на которые подаются запускающие импульсы, называются установочными. Буквой S (Set — установка) обозначают вход, на который подаётся сигнал, устанавливающий триггер в единичное состояние (Q=1,
RS-триггеры применяются как самостоятельно, так и в составе других более сложных триггеров, а также входят в состав регистров и счётчиков.
Функционирование логических устройств последовательностного типа описывается таблицами переходов, которые отличаются от таблиц истинности тем, что в них учитываются только результативные переходы, когда изменение комбинации сигналов на входе приводит к изменению выходного состояния. Однако таблица переходов может быть сведена к таблице истинности, если состояние внутренних элементов памяти считать входными сигналами.
Полная таблица функционирования (таблица истинности) приведена на рисунке 42,а, в которой предыдущее состояние триггера Q>n до подачи входных сигналов является одним из входных сигналов. Выходное состояние триггера после подачи входных сигналов обозначено символом Q>n>+1. Таблица переходов триггера приведена на рисунке 42,б.
| Q>n | S | R | Q>n>+1 | Режим работы |
|---|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | 0 | Хранение «0» |
| 0 | 0 | 1 | 0 | Подтверждение «0» |
| 0 | 1 | 0 | 1 | Установка в «1» |
| 0 | 1 | 1 | ф | Запрещённое состояние |
| 1 | 0 | 0 | 1 | Хранение «1» |
| 1 | 0 | 1 | 0 | Сброс в «0» |
| 1 | 1 | 0 | 1 | Подтверждение «1» |
| 1 | 1 | 1 | ф | Запрещённое состояние |
а)
| S | R | Q>n>+1 |
|---|---|---|
| 0 | 0 | Q>n |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | ф |
б)
Рисунок 42 Таблица истинности а) и таблица переключений RS-триггера б)
Таблица истинности позволяет применить рассмотренную выше методику синтеза логических устройств комбинационного типа для синтеза устройств последовательностного типа, в том числе и RS-триггеров.
Для минимизации структурной формулы RS-триггера заполним карту Карно, приведённую на рисунке 43,а.
Рисунок 43 Карты Карно для минимизации структурной формулы RS-триггера
В соответствии с теорией минимизации неопределённых логических функций, для определения прямого значения функции Q>n>+1 неопределённые значения карты Карно «ф» (Рисунок 43,а) заменим «1» (Рисунок 43,б), а для определения инверсного значения
Минимизированные значения функций Q>n>+1 и 
Рисунок 44 RS-триггеры: а), б) — на логических элементах ИЛИ-НЕ,
в), г) — на логических элементах И-НЕ.
Для реализации триггера на элементах ИЛИ-НЕ проинвертируем функцию
Структурная схема триггера, полученная в соответствии с этим выражением, приведена на рисунке 44,а. В структурной формуле установочные сигналы S и R представлены в прямом коде, следовательно исполнительными значениями сигналов являются уровни лог. «1», то есть триггер на элементах ИЛИ-НЕ имеет прямые статические входы.
Для реализации триггера на элементах И-НЕ дважды проинвертируем функцию Q>n>+1:
Как следует из полученного выражения, исполнительными значениями сигналов здесь являются лог. «0», поэтому RS-триггер на элементах И-НЕ имеет инверсные статические входы. Структурная схема триггера и его УГО приведены на рисунках 44,в,г.
При разработке цифровых схем, в которые входят RS-триггеры, необходимо учитывать наличие запрещённого состояния входных сигналов для RS-триггеров на элементах ИЛИ-НЕ S=R=1, а для RS-триггеров на элементах И-НЕ
SR ≠ 1
Если в разрабатываемой схеме такое сочетание входных сигналов в принципе возможно, то эту ситуацию необходимо исключить путём включения во входную цепь дополнительных логических элементов, или использовать другие типы триггеров, не имеющих запрещённого состояния.
Рассмотренные RS-триггеры являются асинхронными поскольку управляющие сигналы воздействуют на триггер непосредственно с началом своего появления на их входах.
В устройствах современной цифровой техники, для исключения опасных состязаний входных сигналов, срабатывание всех узлов и элементов в каждом такте должно происходить строго одновременно. Для достижения этой цели применяется жёсткая синхронизация с помощью специальных синхроимпульсов. Для работы в схемах с синхронизацией режима разработаны синхронные RS-триггеры.
Рисунок 45 Синхронные RS-триггеры: — а) на элементах ИЛИ-НЕ, — в) на элементах И-НЕ и их УГО б), и г).
Особенностью синхронного триггера является то, что ввиду наличия в схеме управления инвертирующих элементов, происходит изменение исполнительного значения управляющих сигналов по сравнению с асинхронными.
Синхронные RS-триггеры имеют три входа: S, R и C. Применение синхронизации не устраняет неопределённое состояние триггера, возникающее при одновременной подаче единичных сигналов на все три входа. Поэтому условием нормального функционирования является следующее неравенство:
