Козвонина Е.Г. Сборник задач. Основы цифровой схемотехники
Подождите немного. Документ загружается.
41
1
6
5
4
3
2
14
10
11
12
13
15
E
O
DI
00
01
02
03
A1
A2
DI
10
11
12
13
E1
MUX
9
155
КП2
7
1
+5B
Рис.3.2.17
10
8
3
1
11
7
4
16
13
9
6
2
15
14
SM
ИМ3
А0
А1
А2
А3
В 0
В 1
В 2
В 3
С 0
S0
S1
S2
S3
C4
=1
=1
=1
=1
Рис.3.2.18
42
10
8
3
1
11
7
4
16
13
9
6
2
15
14
SM
ИМ3
А0
А1
А2
А3
В0
В1
В2
В3
С0
S0
S1
S2
S3
C4
1
1
1
1
1
&
1
1
+5B
Рис.3.2.19
10
8
3
1
11
7
4
16
13
9
6
2
15
14
SM
ИМ3
А0
А1
А2
А3
В0
В1
В2
В3
С0
S0
S1
S2
S3
C4
Рис. 3.2.20
43
10
8
3
1
11
7
4
16
13
9
6
2
15
14
SM
ИМ3
А0
А1
А2
А3
В 0
В 1
В 2
В 3
С 0
S0
S1
S2
S3
C4
10
8
3
1
11
7
4
16
13
9
6
2
15
14
SM
ИМ3
А0
А1
А2
А3
В 0
В 1
В 2
В 3
С 0
S0
S1
S2
S3
C4
1
+5B
Рис.3.2.21
10
8
3
1
11
7
4
16
13
9
6
2
15
14
SM
ИМ3
А0
А1
А2
А3
В0
В1
В2
В3
С0
S0
S1
S2
S3
C4
10
8
3
1
11
7
4
16
13
9
6
2
15
14
SM
ИМ3
А0
А1
А2
А3
В0
В1
В2
В3
С0
S0
S1
S2
S3
C4
1
+5B
Рис.3.2.22
44
10
8
3
1
11
7
4
16
13
9
6
2
15
14
SM
ИМ3
А0
А1
А2
А3
В 0
В 1
В 2
В 3
С 0
S0
S1
S2
S3
C4
10
8
3
1
11
7
4
16
13
9
6
2
15
14
SM
ИМ3
А0
А1
А2
А3
В 0
В 1
В 2
В 3
С 0
S0
S1
S2
S3
C4
1
&
&
Рис.3.2.23
10
12
13
15
9
11
14
1
4
3
2
X
0
1
2
3
Y
0
1
2
3
I
>
=
<
5
6
7
>
=
<
= =
СП1
10
12
13
15
9
11
14
1
4
3
2
X
0
1
2
3
Y
0
1
2
3
I
>
=
<
5
6
7
>
=
<
= =
СП1
+5В
Рис.3.2.24
45
4. ТИПОВЫЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТНЫЕ УСТРОЙСТВА
4.1. СПРАВОЧНЫЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИС ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТНЫХ
УСТРОЙСТВ
Последовательностные устройства (автоматы с памятью) характеризуются
тем, что при одни и тех же значениях входных сигналов выходные сигналы в
разные моменты времени могут иметь различные значения, поскольку они
определяются как значениями входных сигналов в данный момент времени, так и
состоянием устройства, в которое оно было установлено сигналами,
действовавшими в предшествующие моменты времени.
В цифровой микросхемотехнике используются типовые
последовательностные устройства, выполненные как самостоятельные
интегральные микросхемы. Эти микросхемы образуют следующую
функциональную группу ТТЛ-серии К155. В нее входят триггеры, регистры,
счетчики. Краткое описание некоторых из них приводится ниже.
4.1.1.Триггеры
Триггеры представляют собой простейшие последовательностные устройства.
К триггерам относится большой класс устройств, общим свойством которых
является способность длительно оставаться в одном из двух устойчивых
состояний и скачком изменять его под воздействием внешних сигналов. Каждое
из состояний распознается по значениям выходных напряжений триггера. Одно из
основных назначений триггера – запоминание информации. Под запоминанием
понимается способность триггера оставаться в заданном состоянии и после
окончания действия сигнала, установившего его в это состояние. Приняв одно из
состояний за «1», а другое – за «0», можно считать, что триггер хранит (помнит)
один бит информации.
В микроэлектронном исполнении триггеры выпускаются, как правило, в виде
системы, состоящей из собственно триггера, построенного по типу схем,
представленных на рис.2.2.21 – 2.2.22 и играющего роль ячейки памяти, и
устройства управления, минимальные элементы которого приведены на рис.2.2.23
– 2.2.24. Устройство управления предназначено для преобразования входной
информации в комбинацию сигналов, под воздействием которых собственно
триггер переходит в одно из двух устойчивых состояний. Поскольку собственно
триггер и устройство управления представляют собой единый функциональный
узел как в схемном, так и в конструктивном отношении, термин «триггерная
система» обычно не употребляется, а заменяется термином «триггер» с тем или
иным функциональным назначением.
Функциональное назначение триггеров определяется зависимостью значений
на их выходах (состояний триггера) от значений входных сигналов. По характеру
входных сигналов входы триггера можно подразделить на информационные и
тактовые. Сигналы на информационных входах определяют информацию, которая
будет записана в триггер. Тактовые сигналы задают момент приема информации с
информационных входов и служат для синхронизации работы ряда устройств,
образующих функциональный узел.
46
Наибольшее практическое применение из множества возможных типов
триггеров нашли RS-, JK-, D-, Т-триггеры. Буквы в обозначении первых трех
совпадают с обозначениями информационных входов триггеров соответствующих
типов. Т-триггером называется счетный триггер с единственным входом Т, при
подаче сигнала на который триггер меняет свое состояние на противоположное.
Принципы работы триггеров названных типов характеризуются таблицами
переходов (табл.4.1.1), которые описывают состояния входов и выходов триггеров
в момент времени до его срабатывания (t-1) и после срабатывания (t).
Таблица 4.1.1
RS-триггер JK-триггер D-триггер Т-триггер
R(t-1) S(t-1) Q(t) J(t-1) K(t-1) Q(t) D(t-1) Q(t) T(t-1) Q(t)
0 0 Q(t) 0 0 Q(t) 0 0 0 Q(t)
0 1 1 0 1 0 1 1 1
Q(t)
1 0 0 1 0 1
1 1 н/с 1 1
Q(t)
Триггеры, помимо функционального назначения, подразделяются по способу
записи информации на асинхронные и синхронные. Запись информации в
асинхронные триггеры осуществляется непосредственно по поступлении
сигналов на информационные входы. Синхронные триггеры срабатывают только
по поступлении сигнала на тактовый или синхронизирующий вход. В
зависимости от того, по какому параметру этого сигнала происходит
переключение триггера, они подразделяются на триггеры со статическим
управлением и триггеры с динамическим управлением. В триггерах со
статическим управлением управляющим параметром является уровень (высокий
или низкий) на тактовом входе, а в триггерах с динамическим управлением –
фронт (передний или задний) сигнала на тактовом входе. Недостатком триггеров
со статическим управлением является то, что при активном уровне на тактовом
входе триггер превращается в асинхронный, поскольку он будет переключаться
непосредственно по изменению сигналов на информационных входах.
Микросхема К155ТВ1 (рис.4.1.1) представляет собой синхронный
двухступенчатый JK-триггер со статическим управлением и асинхронными
инверсными установочными входами R и S.
Триггер имеет по три входа J и K, связанных операцией И, т.е. J (или K)=1
только тогда когда на все три входа J (или K) одновременно поданы логические 1.
Смена состояний триггера, определяемая сигналам на входах J и K, происходит в
момент начала паузы между тактовыми импульсами на входе С, что объясняется
двухступенчатой структурой триггера. По этой же причине смену состояний на
входах J и K следует производить в паузах между тактовыми импульсами. По
входам S и R выполняется асинхронная, т.е. независимая от входов С, J ,K
установка триггера в состояния 1 и 0 соответственно. В целом работа триггера
К155ТВ1 иллюстрируется временной диаграммой, приведенной на рис.4.1.2.
47
S
&
J
C
&
K
R
13
3
4
5
12
9
10
11
2
6
8
ТТ
ТВ1
S
t
R
t
J
t
K
t
C
t
Q
t
Рис.4.1.1 Рис.4.1.2
Микросхема К155ТМ2 (рис.4.1.3) содержит два независимых синхронных D-
триггера с прямым динамическим управлением и асинхронными инверсными
входами S и R. Работа триггера иллюстрируется временной диаграммой на рис.
4.1.4.
S
D
C
R
4
2
3
1
5
6
T
S
D
C
R
10
12
11
13
9
8
T
TM2
S
t
R
t
D
t
C
t
Q
t
Рис.4.1.3 Рис.4.1.4
Микросхема К155ТМ5 (рис.4.1.5) представляет собой две пары синхронных
D-триггеров с прямым статическим управлением, у которых входы
синхронизации попарно объединены.
Микросхема К155ТМ7 (рис.4.1.6) отличается от ТМ5 лишь наличием
дополнительных инверсных выходов у каждого триггера.
48
D1
D2
C
D3
D4
C
1
2
12
5
6
3
T
TM5
Q1
Q2
Q3
Q4
14
13
9
8
D
1
2
3
4
С
R
4
5
12
13
9
1
T
TM8
Q
1
2
3
4
2
3
7
6
10
11
15
14
D1
D2
C
D3
D4
C
2
3
13
6
7
4
T
TM7
Q1
Q2
Q3
Q4
16
1
15
14
10
11
9
8
Рис.4.1.5 Рис.4.1.6 Рис.4.1.7
Микросхема К155ТМ8 (рис.4.1.7) содержит четыре синхронных D- триггера с
прямым динамическим управлением по общему входу синхронизации С.
Асинхронные инверсные входы R всех триггеров объединены.
4.1.2. Регистры
Микросхема К155ИР1 (рис.4.1.8) представляет собой четырехразрядный
универсальный регистр. Режим работы регистра задается уровнем на входе L. При
L=1 регистр работает в параллельном режиме, записывая информацию с входов
D, которая по заднему фронту импульса на входе C1 появляется на выходах Q.
Состояния входов DR и C2 при этом могут быть произвольными. При L=0 регистр
работает в последовательном режиме, записывая информацию с входа DR со
сдвигом вправо (от Q0 к Q3) по заднему фронту импульса на входе C2,
аналогично схеме, приведенной на рис.4.2.1. Состояния входов D и C1 при этом
могут быть произвольными, поскольку 0 на входе L блокирует прохождение
сигналов с этих входов.
Микросхема К155ИР13 (рис.4.1.9) представляет собой восьмиразрядный
универсальный регистр. Он обеспечивает синхронное функционирование в
следующих режимах: параллельный ввод, последовательный ввод со сдвигом
вправо и последовательны ввод со сдвигом влево. Режим выбирается подачей
соответствующих уровней на входы S0 и S1 (табл.4.1.2)
Таблица 4.1.2
S0 S1
Режим
0 0 Хранение
0 1 Сдвиг влево
1 0 Сдвиг вправо
1 1 Параллельный ввод
В режиме параллельного ввода информация, представленная в параллельном
коде на входах D, записывается в регистр по переднему фронту тактового
импульса на входе С. Для последовательного ввода и сдвига в одну из сторон
49
информация подается поразрядно на выбранный вход DR (сдвиг вправо) или DL
(сдвиг влево) и по переднему фронту тактовых импульсов на входе С сдвигается в
соответствующую сторону, аналогично схеме на рис.4.2.2. Асинхронное
обнуление регистра осуществляется подачей 0 на вход R.
Микросхема К155ИР15 (рис.4.1.10) представляет собой четырехразрядный
параллельный регистр с тремя состояниями выхода. Регистр обеспечивает
синхронную запись параллельного кода с входов D при L1=L2=0 по переднему
фронту тактового импульса на входе С. Для перевода выходов Q регистра в третье
состояние достаточно на один из входов ОЕ подать логическую 1. Асинхронное
обнуление регистра осуществляется подачей единицы на вход R.
D
0
1
2
3
DR
C1
C2
L
2
3
4
5
1
8
9
6
Q
0
1
2
3
13
12
11
10
RG
ИР1
D
0
1
2
3
4
5
6
7
C
DR
DL
S0
S1
R
3
5
7
9
15
17
19
21
11
2
22
1
23
13
Q
0
1
2
3
4
5
6
7
RG
ИР13
4
6
8
10
14
16
18
20
D
0
1
2
3
C
&
L1
L2
&
OE1
OE2
R
14
13
12
11
7
9
10
1
2
15
3
4
5
6
Q
3
4
5
6
RG
ИР15
Рис.4.1.8
Рис.4.1.10
Рис.4.1.9
50
4.1.3. Счетчики
Суммирующие счетчики с последовательным переносом типа К155ИЕ2,
К155ИЕ4, К155ИЕ5 близки по логической структуре и принципу действия. Они
состоят из четырех одинаковых JK-триггеров, используемых либо как JK-
триггеры, либо как Т-триггеры. Внутри микросхемы триггеры соединены таким
образом, что образуют две секции. Три триггера соединены в последовательную
цепочку, четвертый – выполнен самостоятельным. Такая структура позволяет
использовать секции раздельно (независимо), а также по-разному соединять их
между собой. Помимо триггеров в микросхему входят логические элементы, с
помощью которых осуществляется одновременная установка всех триггеров в
определенное состояние.
В микросхеме К155ИЕ5 (рис.4.1.11) цепочка из трех триггеров образует
счетчик-делитель частоты с К
СЧ
= 8. При внешнем соединении выхода Q0 с
входом С2 получается счетчик-делитель частоты с К
СЧ
= 16, функционирующий в
соответствии с табл.4.1.3. Переход счетчика из одного состояния в другое
происходит по заднему фронту импульса на входе С1. Только наличие
одновременно двух единиц на входах R1 и R2 обеспечивает установку всех
триггеров в нулевое состояние и прекращение счета. В функциональном
отношении он аналогичен схеме на рис.4.2.3.
Таблица 4.1.3
Выходы Выходы №
вх.имп.
Q3 Q2 Q1 Q0
№
вх.имп.
Q3 Q2 Q1 Q0
Исх.сост. 0 0 0 0 8 1 0 0 0
1 0 0 0 1 9 1 0 0 1
2 0 0 1 0 10 1 0 1 0
3 0 0 1 1 11 1 0 1 1
4 0 1 0 0 12 1 1 0 0
5 0 1 0 1 13 1 1 0 1
6 0 1 1 0 14 1 1 1 0
7 0 1 1 1 15 1 1 1 1
14
1
2
3
С1
С2
&
R1
R2
СT2
СT8
ИЕ5
12
9
8
11
Q
0
1
2
3
Рис.4.1.11
Микросхема К155ИЕ2 (рис.4.1.12) представляет собой двоично-десятичный
счетчик. Секция из трех триггеров с входом С2 и выходами Q1, Q2, Q3
представляет собой счетчик–делитель частоты с К
СЧ
= 5. При последовательном
соединении обеих секций образуется счетчик с К
СЧ
= 10. Еще одно отличие
К155ИЕ2 состоит в наличии входов S1 и S2, при одновременной подаче единиц на
которые счетчик устанавливается в состояние Q3=Q0=1, Q1 = Q2 = 0. Двоично-
десятичный код, в котором работает счетчик, зависит от способа соединения
секций. Если автономный триггер используется в качестве младшего разряда
счетчика (т.е. С1- вход счетчика, Q0 соединено с С2), то счетчик считает в коде
8421. Если этот триггер используется в качестве старшего разряда (т.е. С2 – вход
счетчика, Q3 соединено с С1), то счетчик работает в коде 5421. Изменение
состояний счетчика по каждому счетному импульсу при обоих включениях
приведено в табл.4.1.4.