RS тригер на логічних елементах І - НЕ. Таблиця істинності, режими роботи.
Тригер. Основні поняття RS тригер на АБО - НЕ. Таблиця істинності. Режим роботи.
Виключають АБО, що виключають АБО - НЕ. Таблиці істинності. Графічне представлення елементів.
Схема АБО-НЕ складається з елемента АБО і інвертора і здійснює заперечення результату схеми АБО.
Логічні елементи І - НЕ, АБО - НЕ. Таблиці істинності. Графічне представлення елементів. Графіки роботи.
Схема НЕ (інвертор) реалізує операцію заперечення.
Коли хоча б на одному вході схеми АБО буде одиниця, на її виході також буде одиниця.
Схема АБО реалізує диз'юнкцію двох або більше логічних значень.
Одиниця на виході схеми І буде тоді і тільки тоді, коли на всіх входах будуть одиниці. Коли хоча б на одному вході буде нуль, на виході також буде нуль.
Логічні елементи І, АБО, НЕ. Таблиці істинності, принципові схеми.
Умовне позначення на структурних схемах схеми І з двома входами представлено на рис.1, а таблиця істинності в таблиці 1.
Мал. 4.1. Позначення елементів виключає Або: зарубіжні (зліва) і вітчизняні (праворуч)
Під функцією виключає Або мається на увазі наступне: одиниця на виході з'являється тоді, коли тільки на одному вході присутній одиниця. Якщо одиниць на входах дві або більше, або якщо на всіх входах нулі, то на виході буде нуль. Таблиця істинності двухвходового елемента виключає Або приведена в табл. 4.1. Позначення, прийняті в вітчизняних та зарубіжних схемах, показані на рис. 4.1. Напис на вітчизняному позначенні елемента виключає Або "= 1" якраз і означає, що виділяється ситуація, коли на входах одна і тільки одна одиниця.
Елементів виключає Або в стандартних серіях небагато. Вітчизняні серії пропонують мікросхеми ЛП5 (чотири двухвходових елемента з виходом 2С), ЛЛ3 і ЛП12, що відрізняються від ЛП5 виходом ОК. Надто вже специфічна функція реалізується цими елементами.
З точки зору математики, елемент виключає Або виконує операцію так званого підсумовування по модулю 4. Тому ці елементи також називаються суматора за модулем два. Як уже зазначалося в попередній лекції, позначається підсумовування по модулю 2 знаком плюса, укладеного в гурток.
Основне застосування елементів виключає Або, прямо випливає з таблиці істинності, полягає в порівнянні двох вхідних сигналів. У разі, коли на входи приходять дві одиниці або два нуля (сигнали збігаються), на виході формується нуль (див. Табл. 4.1). Зазвичай при такому застосуванні на один вхід елемента подається постійний рівень, з яким порівнюється змінюється в часі сигнал, що приходить на інший вхід. Але значно частіше для порівняння сигналів і кодів застосовуються спеціальні мікросхеми компараторов кодів, які будуть розглянуті в наступній лекції.
Як суматора по модулю 2 елемент виключає Або використовується також в паралельних і послідовних делителях по модулю 2, службовців для обчислення циклічних контрольних сум. Але детально ці схеми будуть розглянуті в лекціях 14,15.
Важливе застосування елементів виключає Або - це керований інвертор (рис. 4.2). У цьому випадку один з входів елемента використовується в якості керуючого, а на інший вхід елемента надходить інформаційний сигнал. Якщо на керуючому вході одиниця, то вхідний сигнал інвертується, якщо ж нуль - НЕ інвертується. Найчастіше керуючий сигнал задається постійним рівнем, визначаючи режим роботи елемента, а інформаційний сигнал є імпульсним. Тобто елемент виключає Або може змінювати полярність вхідного сигналу або фронту, а може і не змінювати в залежності від керуючого сигналу.
Мал. 4.2. Елемент виключає Або як керований інвертор
У разі, коли є два сигнали однакової полярності (позитивні або негативні), і при цьому їх одночасний прихід виключається, елемент виключає Або може бути використаний для змішування цих сигналів (рис. 4.3). При будь-якої полярності вхідних сигналів вихідні сигнали елемента будуть позитивними. При позитивних вхідних сигналах елемент виключає Або буде працювати як елемент 2ИЛИ, а при негативних він буде замінювати елемент 2І-НЕ. Такі заміни можуть бути корисні в тих випадках, коли в схемі залишаються невикористаними деякі елементи виключає Або. Правда, при цьому треба враховувати, що затримка поширення сигналу в елементі виключає Або звичайно трохи більше (приблизно в 1,5 рази), ніж затримка в найпростіших елементах І, І-НЕ, АБО, АБО-НЕ.
Мал. 4.3. Застосування елемента виключає Або для змішування двох неодночасно сигналів
Мал. 4.4. Виділення фронтів вхідного сигналу за допомогою елемента виключає Або
Ще один дуже важливий застосування елемента виключає Або - формування коротких імпульсів з будь-якого фронту вхідного сигналу (рис. 4.4). В даному випадку не важливо, позитивний фронт вхідного сигналу або негативний, на виході все одно формується позитивний імпульс. Вхідний сигнал затримується за допомогою конденсатора або ланцюжка елементів, а потім вихідний сигнал і його затримана копія надходять на входи елемента виключає Або. В обох схемах в якості елементів затримки використовуються також двувходовие елементи виключає Або в неінвертуючому включенні (на невикористаний вхід подається нуль). В результаті такого перетворення можна говорити про подвоєння частоти вхідного сигналу, так як вихідні імпульси слідують вдвічі частіше, ніж вхідні.
Дану особливість елементів виключає Або треба враховувати в тому випадку, коли на обидва входи елемента надходять змінюються одночасно сигнали. При цьому на виході елемента можлива поява коротких паразитних імпульсів за допомогою одного з фронтів вхідних сигналів. Виключити їх вплив на подальшу схему можна, наприклад, за допомогою синхронізації, подібної розглянутої в попередньому розділі.
RS-тригер - це тригер з роздільним установкою станів логічного нуля і одиниці (з роздільним запуском). Він має два інформаційних входи S і R. По входу S тригер встановлюється в стан Q = l (/ Q = 0), а по входу R - в стан Q = О (/ Q = 1).
Асинхронні RS-тригери. Вони є найбільш простими тригерами. В якості самостійного пристрою застосовуються рідко, але є основою для побудови більш складних тригерів. Залежно від логічної структури розрізняють RS-тригери з прямими і інверсними входами. Їхні схеми і умовні позначення наведені на рис. 2.37. Тригери такого типу побудовані на двох логічних елементах: 2 АБО-НЕ - тригер з прямими входами (рис. 2.37, а), 2 І-НЕ - тригер з інверсними входами (рис. 2.37, б). Вихід кожного з логічних елементів підключений до одного з входів іншого елемента, що забезпечує тригеру два стійких стану.
Мал. 2.37. Асинхронні RS-тригери: а - RS-тригер на логічних елементах АБО-НЕ і умовне позначення; б - RS-тригер на логічних елементах І-НЕ і умовне позначення.
Стану тригерів під впливом певної комбінації вхідних сигналів наведені в таблицях функціонування (станів) (табл. 2.18).
Таблиця 2.18. Стану тригерів.
У таблицях Qn (/ Qn) позначені рівні, які були на виходах тригера до подачі на його входи так званих активних рівнів. Активним називають логічний рівень, діючий на вході логічного елемента і однозначно визначає логічний рівень вихідного сигналу (незалежно від логічних рівнів, що діють на інших входах). Для елементів АБО-НЕ за активний рівень приймають високий рівень - 1, а для елементів І-НЕ - низький рівень - О. Рівні, подача яких на один з входів не призводить до зміни логічного рівня на виході елемента, називають пасивними. Рівні Qn + 1 (/ Qn + 1) позначають логічні рівні на виході тригера після подачі інформації на його входи. Для тригера з прямими входами при подачі на вхід комбінації сигналів S = 1, R = 0 на виході отримаємо Qn + 1 = 1 (/ Qn + 1 = 0). Такий режим називають режимом запису логічної одиниці.
Якщо зі входу S зняти одиничний сигнал, т. Е. Встановити на вході S нульовий сигнал, то стан тригера не зміниться. Режим S = 0, R = 0 називають режимом зберігання інформації, тому що інформація на виході залишається незмінною.
При подачі вхідних сигналів S = 0, R = 1 відбудеться перемикання тригера, а на виході буде Qт + 1 = 0 (/ Qn + 1 = 1). Такий режим називають режимом запису логічного нуля (режим скидання). При S = R = 1 стан тригера буде невизначеним, тому що під час дії інформаційних сигналів логічні рівні на виході тригера однакові (Qn + 1 = / Qn + 1 = 0), а після закінчення їх дії тригер може рівноймовірно прийняти будь-яке з двох стійких станів. Тому така комбінація S = R = 1 є забороненою.
Для тригера з інверсними входами режим запису логічної одиниці реалізується при / S = 0, / R = 1, режим запису логічного нуля - при / S = 1, / R = 0. При / S = / R = 1 забезпечується зберігання інформації. Комбінація вхідних сигналів / S = / R = 0 є забороненою.
RS тригер отримав назву за назвою своїх входів. Вхід S (Set - встановити англ.) Дозволяє встановлювати вихід тригера Q в одиничний стан. Вхід R (Reset - скинути англ.) Дозволяє скидати вихід тригера Q (Quit - вихід англ.) В нульовий стан.
Для реалізації RS тригера скористаємося логічними елементами "2 І-НЕ". Його принципова схема наведена на малюнку 2.
Малюнок 2. Схема найпростішого rs тригера на схемах "2 І-НЕ". Входи R і S інверсні (активний уровень'0 ')
Розглянемо роботу зображеної на малюнку 2 схеми RS тригера докладніше. Нехай на входи R і S подаються поодинокі потенціали. Якщо на виході верхнього логічного елемента "2 І-НЕ" Q присутній логічний нуль, то на виході нижнього логічного елемента "2 І-НЕ" з'явиться логічна одиниця. Ця одиниця підтвердить логічний нуль на виході Q. Якщо на виході верхнього логічного елемента "2 І-НЕ" Q спочатку присутня логічна одиниця, то на виході нижнього логічного елемента "2 І-НЕ" з'явиться логічний нуль. Цей нуль підтвердить логічну одиницю на виході Q. Тобто при одиничних вхідних рівнях схема RS тригера працює точно так само як і схема на інверторах.
Подамо на вхід S нульовий потенціал. Згідно таблиці істинності логічного елемента "І-НЕ" на виході Q з'явиться одиничний потенціал. Це призведе до появи на інверсному виході тригера нульового потенціалу. Тепер, навіть якщо зняти нульовий потенціал з входу S, на виході тригера залишиться одиничний потенціал. Тобто ми записали в тригер логічну одиницю.
Точно так само можна записати в тригер і логічний нуль. Для цього слід скористатися входом R. Так як активний рівень на входах виявився нульовим, то ці входи - інверсні. Складемо таблицю істинності RS тригера. Входи R і S в цій таблиці будемо використовувати прямі, тобто і запис нуля, і запис одиниці будуть здійснюватися одиничними потенціалами (таблиця 1).
Таблиця 1. Таблиця істинності RS тригера.
RS тригер можна побудувати і на логічних елементах "АБО". Схема RS тригера, побудованого на логічних елементах "АБО" приведена на малюнку 3. Єдина відмінність в роботі цієї схеми в порівнянні з попередньою схемою RS тригера буде полягати в тому, що скидання і установка тригера буде проводитися одиничними логічними рівнями. Ці особливості пов'язані з принципами роботи инверсной логіки, які розглядалися раніше.
Малюнок 3. Схема найпростішого RS тригера на схемах "АБО". Входи R і S прямі (активний рівень "1")
Так як RS тригер при побудові його на логічних елементах "І" і "АБО" працює однаково, то його умовно-графічне зображення на принципових схемах теж однаково. Умовно-графічне зображення RS тригера на принципових схемах наведено на малюнку 4.
Малюнок 4. Умовно-графічне позначення RS тригера
Приклад: Активізація роботи тригера позитивним фронтом і активізації роботи тригера Негативним. Синхронний RS тригер.