Специальные триггеры

Черноморское Высшее Военно-Морское училище имени П.С. Нахимова ДИСЦИПЛИНА «ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ» 1 ЛЕКЦИЯ-14: СПЕЦИАЛЬНЫЕ ТРИГГЕРЫ Цель: познакомить курсантов с устройством и принципами работы счетных и универсальных триггеров. Вопросы: 1. Счетные триггеры. 2. Универсальные триггеры. 3. Классификация, основные параметры и характеристики элементов ЭВМ. Литература: 1. Курс лекций по дисциплине «Информационноуправляющие технологии», Севастополь, ЧВВМУ, 2015г, лекция № 14. 2 СИНХРОННЫЙ D - ТРИГГЕР Схема триггера Таблица истинности синхронного D-триггера С D Q(t) Q(t+1) Условно-графическое обозначение x x 1 1 1 x 1 1 x 1 Пояснения Режим хранения информации Режим записи информации 3 ВРЕМЕННАЯ ДИАГРАММА D-ТРИГГЕРА (ЗАЩЕЛКИ) 4 Двухступенчатый D-триггер Схема D-триггера Временные диаграммы D-триггера Условно-графическое обозначение 5 Принцип работы Т-триггера После поступления на вход T импульса, состояние триггера меняется на прямо противоположное. Счётным он называется потому, что триггер, как бы, подсчитывает количество поступивших импульсов. При поступлении второго импульса T триггер снова сбрасывается в исходное состояние. T-триггеры строятся на базе двухступенчатых триггеров, подобных D триггеру. Использование двух триггеров позволяет избежать неопределенного состояния схемы при разрешающем потенциале на входе синхронизации "C", так как счетные триггеры строятся при помощи схем с обратной связью 6 Т – ТРИГГЕР, построенный на основе Dтриггера Схема Т- триггера Временные диаграммы T-триггера Условно-графическое обозначение 7 Синхронный Т – ТРИГГЕР, построенный на основе D-триггера Схема Т- триггера Временные диаграммы синхронного T-триггера Условно-графическое обозначение 8 JK-ТРИГГЕР Табл. истинности RSтриггера. Табл. истинности JK-триггера С K J Q(t) Q(t+1) Пояснения R S Q(t) Q(t+1) Пояснения x x x x 1 1 Режим хранения информации 1 1 1 Режим хранения информации (триггером) R=S=0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 * 1 1 1 1 1 1 1 * Режим хранения информации Режим установки единицы J=1 Режим записи нуля K=1 K=J=1 счетный режим триггера Режим установки триггера в единичное состояние S=1 Режим записи нуля в триггер R=1 R=S=1 запрещенная комбинация 9 СХЕМА JK – ТРИГГЕРА (счетный режим) При одновременной подаче на входы j и k логической единицы JK-триггер переходит в счетный режим, подобно T триггеру. 10 СХЕМА JK – ТРИГГЕРА (Схема обнаружения короткого импульса) В этой схеме при поступлении на вход "C" импульса триггер переходит в единичное состояние, которое затем может быть обнаружено последующей схемой (например, микропроцессором). Чтобы привести схему в исходное состояние, необходимо подать на вход R уровень логического нуля. 11 СХЕМА JK – ТРИГГЕРА (схема ждущего мультивибратора) Схема работает подобно предыдущей. Длительность выходного импульса определяется постоянной времени RC цепочки. Диод VD1 предназначен для быстрого восстановления исходного состояния схемы (разряда емкости C). 12 СХЕМА JK – ТРИГГЕРА (Схема счетного Ттриггера ) Для реализации счетного режима работы триггера на входы J и K подаются уровни логической единицы. Если эти входы вывести в качестве отдельного входа, то они образуют отдельный вход разрешения счета T. 13 СХЕМОТЕХНИКА По схемотехническим принципам построения основного (базового) логического элемента (ЛЭ) различают следующие типы логики систем элементов на биполярных транзисторах: - диодную логику (ДЛ); - транзисторную логику с непосредственными связями (НСТЛ); - транзисторную логику с резисторными связями (РТЛ); - транзисторную логику с резисторно-емкостными связями (РЕТЛ); - диодно-транзисторную логику (ДТЛ); - транзисторно-транзисторную логику (ТТЛ), с диодами и транзисторами Шоттки (ТТЛШ); - эмиттерно-связанную логику (ЭСЛ); - интегральную инжекционную логику (И2Л). 14 СХЕМОТЕХНИКА ЛЭ систем элементов на униполярных транзисторах строятся по схеме с непосредственными связями. Униполярные транзисторы имеют структуру металл диэлектрик – полупроводник (МДП) или металл – окисел – полупроводник (МОП). ЛЭ МДП – типа строятся на униполярных транзисторах с каналом одного типа (n-типа или р-типа). ЛЭ КМДП-типа представляют собой схемы, основанные на совместном включении МДП-транзисторов с каналами n-типа и р-типа. Они получили название комплемнтарных, т.е. взаимно дополняющих, структур (КМДП – структур). В ЭВМ и цифровых устройствах наиболее широко используются серии элементов ТТЛ, ТТЛШ, ЭСЛ, И2Л, МДП- и КМОП-логики. 15 3.ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЦИФРОВЫХ УСТРОЙСТВ Классификация элементов цифровых вычислительных устройств Элемент цифровых вычислительных устройств (ВУ) представляет собой такую функциональную часть, в которой выполняется операция над одним разрядом (битом) двоичного кода. Узел цифровых ВУ представляет собою такую функциональную часть, в которой выполняется операция над одним числом (многоразрядным двоичным кодом). Устройство выполняет операции над несколькими числами. Вычислительная система - совокупность цифровых устройств . Элементы ВУ - это наименьшие кирпичики, из которых строится здание цифровой вычислительной системы. Для их построения используются разнообразные физические и технические принципы, поэтому в конструктивном отношении они могут быть абсолютно разными. Все эти элементы можно классифицировать по трем основным признакам: - по функциональными назначению; - по характеру исходных сигналов; 16 - по виду радиодеталей, которые используются. КЛАССФИКАЦИЯ ЭЛЕМЕНТОВ По функциональному назначению Логические элементы предназначенные для выполнения основных логических операций: конъюнкции, дизъюнкции, инверсии, «штрих Шеффера», и «стрелки Пирса». Логические элементы относятся к классу комбинационных схем. Элементы памяти (или запоминающие элементы) предназначены для сохранения информации, представленной в цифровой форме. Делятся на активные и пассивные Вспомогательные элементы Усилители предназначены для усиления амплитуды сигналов. Генераторы - для создания последовательностей тактовых импульсов или синхросигналов. Преобразователи делятся, в свою очередь, на схемы задержки сигналов во времени и формирователи, предназначенные для формирования импульсов напряжения или тока с заданными параметрами 17 КЛАССФИКАЦИЯ ЭЛЕМЕНТОВ По виду радиодеталей: - ламповые; - полупроводниковые; - магнитные; - интегральные; - криогенные; - оптоэлектронные и т.д. 18 КЛАССИФИКАЦИОННЫЕ ПРИЗНАКИ ИНТЕГРАЛЬНЫХ ЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ По конструктивно—технологическому выполнению основное применение находят монолитные полупроводниковые ИС , изготовленные на одном кремниевом кристалле (подложке) средствами планарной технологии. По типу используемых активных элементов основное распространение имеют ИЛЭ, построенные на транзисторах типа п-р-п. (иногда в сочетании с диодами Шотки) и МОП-транзисторах. По способу представления информации основное применение находят ИЛЭ, оперирующие с потенциальными сигналами при обычно положительной логике их соответствия логическим переменным. По схемным вариантам построения ИЛЭ, которые принято называть (неудачно) л о г и к а м и, основное значение имеют широко применяемые логики: -транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ = Т2Л); -транзисторная логика с эмиттерными связями (ТЛЭС), часто неудачно называемая эмиттерно-связанной логикой (ЭСЛ); -МОП-транзисторная логика (МОПТЛ); -МОП-транзисторная логика на комплементарных транзисторах (КМОПТЛ); -интегральная инжекционная логик а (ИИЛ = И2Л). 19 ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ИЛЭ а) Напряжение питания, которое в зависимости от применяемых в ИЛЭ транзисторов лежит в пределах от 1,5 В до 30 В. б) Уровни потенциалов U(1) и U(0) , соответствующих логи¬ческим 1 и 0. Величины этих уровней зависят от типов применяемых в ИЛЭ транзисторов. в) Средняя потребляемая мощность. Если р"' и р(0) _ мощности, потребляемые ИЛЭ в состояниях 1 и 0, то средняя пот¬ребляемая мощность Рср = 0,5 (р(1) + р(0) ). Эта формула выражает статическую мощность потребления; она является определяющей в ИЛЭ на БТ. ИЛЭ на МОП-транзисторах потребляемая мощность является динамической, и она зависит от частоты переключений ЛЭ, так как в статических состояниях потребляемая мощность пре¬небрежимо мала. В таких случаях оперируют со средней потребляе¬мой мощностью при фиксированной частоте переключений (часто при 1 МГц). По потребляемой мощности ИЛЭ подразделяются на условные группы: нановаттные (Р<1 мкВт), микроваттные (Р<300 мкВт), маломощные (Р = 20 0,3 ... 3 мВт), средней мощности (Р = 3 ...0 мВт), мощные (Р>30 мВт). ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ИЛЭ Нагрузочная способность ИЛЭ характеризуется коэффициентом n разветвления по выходу; он выражает наибольшее допустимое число ИЛЭ, аналогичных данному, которое можно подключить к выходу ИЛЭ без существенного ухудшения его быстродействия и помехоустойчивости. Чем больше n , тем выше логические возможности ИЛЭ. Поэтому n называется коэффициентом логического усиления. г) д) Коэффициент объединения по входу m. выражает наибольшее допустимое число логических входов ИЛЭ. Чем больше m , тем шире логические возможности ИЛЭ. Увеличение числа входов достигается применением логического расширителя, который подключается к специальному входу данного ИЛЭ. Но увеличение числа входов может привести к существенному понижению быстродействия и помехозащищенности ИЛЭ. Обычно m<10. 21 ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ИЛЭ e) Быстродействие ИЛЭ оценивается средним временем распространения сигнала через ИЛЭ, которое вычисляется из формулы : Tз.ср = 0,5 (Тз (1) + Тз(0)) где Тз (1) и Тз(0 - времена задержек фронта и среза сигнала, измеряемые посредине между уровнями U(1) и U(0 . Длительность прохождения сигнала через N ИЛЭ выражается произведением N • Tз.ср По своему быстродействию ИЛЭ подразделяются на сверхбыстродействующие ( Т3.ср = 2 .. 20 нс), со средним быстродействием (Т3.ср =20…100 нс) с низким быстродействием (Т3.ср > 100 нс). ж) Помехоустойчивость ИЛЭ определяется наибольшей величиной напряжения помехового сигнала, воздействующего на вход ИЛЭ, но не приводящего к его переключению из состояния 0 в состояние 1 или наоборот. Различают помехоустойчивость по уровню 0 и по уровню. ИЛЭ подвержены помехам двух видов: статическим и импульсным. 22 ЗАКЛЮЧЕНИЕ: 1. T-триггеры широко применяются в схемах деления и умножения частоты. Без них невозможна реализация синтезаторов частот, которые применяются в качестве задающих генераторов в передатчиках и гетеродинов в приемниках раций, мобильных телефонов или GSM навигаторов. 2. Jk триггеры являются универсальными триггерами. Так их называют, потому что с их помощью можно реализовывать функции других триггеров и устройств, включая, функции счетного Т-триггера, обнаружителя коротких импульсов, ждущего мультивибратора и некоторых других. 3. Схемотехника цифровых устройств – научно-техническое направление, задачами которого является анализ и синтез элементов, узлов и устройств, включая триггеры, составляющих элементную базу компьютеров. 23