Файл: Гутников, В. С. Интегральная электроника в измерительных приборах.pdf

скими ячейками, на основе которых они выполнены, наличием дополнительных инверторов, входов и выходов, а иногда и дру­ гими принципами построения. Однако для потребителя инте­ гральных схем в каждом случае конкретная схема триггера имеет значение лишь постольку, поскольку она помогает уста­ новить характеристики триггера: его поведение при различных сигналах на входах, его быстродействие и т. д. Приведенный здесь анализ типичных схем может оказаться полезным при определении конкретного типа и свойств триггера по его логи­ ческой схеме.

12. Счетные и J/if-триггеры

Счетный триггер, или Е-триггер, обладает свойством под воз­ действием каждого нового импульса, приходящего на счетный вход, переходить (опрокидываться) в противоположное состоя­ ние. Принцип построения счетного триггера основан на том, что.

триггерах входные импульсы делаются короткими, а в качестве элементов кратковременной памяти используются конденсаторы. Счетные триггеры на интегральных схемах обычно выполняются, потенциальными, и в качестве элементов памяти в них чаще всего используются элементарные триггеры, подобные показан­ ным на рис. 18, а и б.

Основной способ построения счетного триггера заключается во введении обратных связей в тактируемые фронтом SR- и D-триггеры (рис. 22).

Обратные связи в ^-триггере соединяют выходы Q и Q со­ ответственно со входами R н S (рис. 22, а). Получаемый таким образом триггер является нетактируемым Г-триггером: по окон­ чании каждого импульса на тактовом входе (теперь это будет вход Т) триггер будет изменять свое состояние на противо­ положное.

Г-триггер на основе .D-триггера образуется путем соедине­

ния входа D с выходом Q (рис. 22, б). Если используется D-триг­ гер, подобный показанному на рис. 20,6, то у него, кроме того,,

соединяют вход D с выходом Q. На основе D-триггера можно

построить только нетактируемый Г-триггер. Если же исходно ис­ пользуется DE-триггер, го при введении обратной связи обра­

а тактовые импульсы по-прежнему нужно подавать на вход С. При использовании такого триггера в режиме нетактируемого счета на вход Е можно подать потенциал единицу, а счетные импульсы подавать на вход С.

Если в основу счетного триггера положен SR- или D-триг­ гер, построенный по схеме «хозяин—раб», то работу получае­ мого Г-триггера можно кратко описать следующим образом. Благодаря введению обратной связи входящие в схему два элементарных триггера (Р и Q) и ключи записи на их входах (а, b и g, h) оказываются соединенными в кольцо. Входные им­ пульсы, подаваемые на тактовый вход, будут поочередно откры­ вать эти ключи записи. При этом состояние одного триггера бу­ дет «переписываться» во второй и наоборот. Поскольку одна перепись происходит в прямом коде, а другая в обратном, то после одного цикла поочередного включения цепей переписи оба триггера меняют свои состояния на противоположные.

Для тактирования SP- и D-триггеров, построенных по схеме «хозяин раб», как правило, требуются не только тактовые им­

пульсы С, но и их инверсия С (рис. 19, а и 20, а). Это же тре­ бование предъявляется и к Г-триггерам, построенным на их основе. Однако, если соединить инверторы цепей переписи так, как это сделано в счетном триггере, показанном на рис. 23,а,

можно избежать включения в схему дополнительного инвертора тактовых импульсов.

Поскольку в триггере по схеме «хозяин — раб» перепись из триггера Р в триггер Q начинается сразу после окончания пе­ реписи из Q в Р, то при неблагоприятном сочетании задержек распространения отдельных инверторов возможен сбой в работе.

.Сбой может произойти в том случае, когда на короткое время окажутся открытыми обе цепи переписи.

Для повышения надежности работы подобных триггеров можно разделять во времени процессы переписи, применяя две тактовые последовательности. Если, например, на входы Cj и С2 триггера рис. 23, б подать разнесенные во времени тактовые импульсы рис. 23, в, то одна перепись будет начинаться заве­ домо после окончания другой.

Счетный триггер, построенный на основе шестиинверторного симметричного или несимметричного D-триггера, работает сле­

и изменяют его состояние на противоположное.

50

Рис. 23. Примеры организации тактового управления триггеров типа «хозяин — раб»

в «1», если, наоборот, 1= 0, а /С=1, то импульс на входе С устанавливает триггер в «О»; если же / = /(=1, то импульс на тактовом входе опрокидывает триггер в противоположное состоя­ ние, т. е. триггер работает в нормальном счетном режиме.

Рис. 24. Пример /К-триггера (а) и диаграммы его работы (б)

В основе //(-триггеров лежат, как правило, У-триггеры, по­ строенные по схеме «хозяин—раб». На рис. 24, а показана схема //(-триггера, которая отличается от схемы Г-триггера только наличием дополнительных входов у инверторов а и Ь, управляю­

щих записью информации в триггер Р—Р.

Диаграммы, представленные на рис. 24, б, поясняют работу

пришедший на вход С, переведет триггер в состояние Q = 1. Все последующие счетные импульсы уже не будут изменять со­ стояние триггера. Точно так же, если триггер находится в еди­ нице и / = 0, а К= 1, то первый же тактовый импульс переведет его в нуль, и затем триггер будет оставаться в этом состоянии, не реагируя на импульсы, приходящие на вход С.

Для тактируемого //(-триггера характерно то, что при от­ сутствии тактовых импульсов изменение потенциалов на его вхо­

также входы нетактируемой установки в единицу (S0i) и нуль

( Я 0 1 ) .

Нетактируемый //(-триггер отличается от тактируемого тем, что изменения потенциалов (но не сами потенциалы) на его вхо­ дах / и К могут опрокидывать триггер и в отсутствие тактовых импульсов. Вход тактовых импульсов в таком триггере может вообще отсутствовать.

При любом сочетании потенциалов на входах / и К выходной

(Qn+i = Qn). Таким образом, объединение входов / и К у нетак- тируемого //(-триггера приводит к образованию нетактируемого Г-триггера.

.52

/ /(-триггеры, схемы которых построены так, что они могут работать в нетактируемом режиме, имеют как правило, также и тактовый ход. В результате получаем универсальный JK- триггер.

Универсальный .//(-триггер может работать как в тактируе­ мом, так и в нетактируемом режиме. В последнем случае на тактовый вход подается потенциал С=1.

На рис. 26, а показан вариант схемы универсального //(-триг­ гера. Подобный триггер может быть также построен по схеме рис. 23, а, если предусмотреть дополнительные входы / и К

Рис.- 26. Примеры универсальных //(-триггеров

у входных инверторов а и Ь. Рис. 26, б показывает схему уни­ версального триггера, выпускаемого фирмой «Дженерал микро­ электронике» (США) [40]. У этого триггера входы Ct и С2 могут использоваться как нетактируемые //(-входы. Если же требуется тактируемый режим работы, то входы С\ и С2 объединяются в один тактовый вход, а в качестве управляющих используются входы / и К.

Универсальный //(-триггер весьма удобен для построения различных логических узлов как с синхронной, так и асинхрон­ ной передачей информации. Если применяемая серия ИС не со­ держит такого триггера, то можно синтезировать дополнитель­ ную логическую цепь, которая, будучи включена на входе имею­ щегося триггера, придает ему свойства универсального //(-триг­ гера. На рис. 26, в показана, например, схема универсального //(-триггера, сходного по свойствам с триггером рис. 26,6, со­ ставленного из тактируемого //(-триггера и цепи «И—ИЛИ». Если здесь установить / = /(= 1, то входы С4 и С2 можно ис­ пользовать как нетактируемые //(-входы. Если же входы С4и С2 объединить и подавать на них тактовые импульсы, то получим тактируемый //(-триггер (входы / и К триггера в этом случае используются по их прямому назначению).

53

Триггеры, использующие принцип накопления заряда в р—п-

переходах, в отличие от рассмотренных выше счетных и //(-триг­ геров в качестве элементов памяти используют инерционные полупроводниковые приборы.

Рис. 27. Принципиальная (а) и логическая (б) схемы универсального //(-триггера типа К2ТК171

для транзисторов, на которых выполнены инверторы, не превы­ шает 15 нсек. Время восстановления обратного сопротивления диодов, обозначения которых на рис. 27, а зачернены, состав­ ляет не менее 30 нсек. Время восстановления остальных диодов меньше 5 нсек, i

Тактовые импульсы подаются на вход 5 триггера К2ТКТ71, входы 7 и 4 выполняют функцию /- и /(-входов, входы 2 и 8 —

это входы R0 и So-

Работа триггера в счетном режиме происходит следующим образом. Пусть на входы 2, 4, 7 я 8 триггера подан потен­ циал «1» (или они никуда не присоединены, что то же самое). Пусть на вход 5 подан потенциал «0». Тогда токи Л и /4, посту­ пающие через резисторы R1 и R4 от источника +6 в, будут от­ водиться через вход 5 на землю. Триггер будет находиться в од­ ном из двух устойчивых состояний. Предположим, что триод Т1 закрыт, а триод Т2 открыт. В базу транзистора Т2 поступает ток /3. В базу транзистора Т1 ток не поступает, так как ток /2 отводится на землю через транзистор Т2.

Пусть теперь потенциал на входе С изменится с нуля на единицу. Изменений в состоянии триггера при этом не произой­

54

дет. Ток /4 пойдет в базу транзистора Т2 и усилит его степень насыщения. Ток Д в базу транзистора Т1 не попадет, так как будет отведен на землю через транзистор Т2. Таким образом, через диод Д6 течет ток, и в области его р—«-перехода накап­ ливается объемный заряд. Диод Д1 закрыт.

Пусть теперь на входе С потенциал резко изменится с еди­ ницы на нуль. Поскольку диод Д6 восстанавливает свое обрат­ ное сопротивление сравнительно медленно, то в первый момент, когда оно еще мало, ток /3 пойдет через диоды Д5 и Д6 на вход 5. В результате оба тока /3 и /4, которые раньше посту­ пали в базу транзистора Т2, будут отводиться через вход 5 на землю. Транзистор Т2' закроется. Но как только это произой­ дет, ток Д пойдет в базу транзистора Т1 и откроет его. Поэтому даже после того, как обратное сопротивление диода Д6 восста­

Таким образом, с окончанием положительного тактового им­ пульса триггер опрокинется в противоположное состояние. Сле­ дующий импульс на входе С приведет к накапливанию заряда в диоде Д1, и с окончанием этого импульса закроется теперь уже транзистор 77.

Итак, диоды с накоплением заряда выполняют здесь функ­ цию запоминания предыдущего состояния триггера, и в резуль­ тате после окончания счетного импульса каждый раз будет за­ крываться ранее открытый триод.

в «1», а последующие импульсы не будут изменять его состоя­ ния. Точно так же, если / = 0, а К= 1, то триггер под воздей­ ствием импульсов на счетном входе установится в состоя­ ние «О».

Триггер К2ТК171, как было упомянуто, является универ­ сальным: он может управляться по входам J я К как в присут­ ствии, так и в отсутствие импульсов на входе С. Действительно, если на вход С этого триггера подать единицу, а на вход / по­ дать импульсы, то после окончания первого же положительного импульса триггер установится в состояние «1», если он раньше был в нуле. Если же триггер находился в единице, то импульсы на входе / не изменят его состояния.

Механизм опрокидывания триггера по входам J я К точно такой же, как и по счетному входу, и объясняется наличием накопительных диодов Д1 и Д6.

Если входы J и К триггера К2ТК171 объединить (см. рис. 27), то образуется второй счетный вход, так как приходящие одно­

55