Генератор последовательности чисел

В комбинированных  триггерах совмещаются несколько  режимов. Например, триггер типа RST — счетный триггер, имеющий также входы установки и сброса.

Примером  триггера со сложной входной логикой  служит JK-триггер с группами входов J₁J₂J₃ и К₁К₂К₃. соединенными операцией конъюнкция: J=J_IJ₂J_3,  K=K_IK₂K₃.

По способу  записи информации различают асинхронные (нетактируемые) и синхронные (тактируемые) триггеры. В нетактируемых переход в новое состояние вызывается непосредственно изменениями входных информационных сигналов. В тактируемых, имеющих специальный вход, переход происходит только при подаче на этот вход тактовых сигналов.  Тактовые сигналы называют также синхронизирующими, исполнительными, командными и т. д. Обозначаются они буквой С (от слова Clock).

По способу  восприятии тактовых сигналов триггеры делятся на управляемые уровнем и управляемые фронтом. Управление уровнем означает, что при одном уровне тактового сигнала триггер воспринимает входные сигналы и реагирует на них, а при другом не воспринимает и остается в неизменном состоянии. При управлении фронтом разрешение на переключение дается только в момент перепада тактового сигнала (на его фронте или спаде). В остальное время независимо от уровня тактового сигнала триггер не воспринимает входные сигналы и остается в неизменном состоянии. Триггеры, управляемые фронтом, называют также триггерами с динамическим управлением.

Динамический  вход может быть прямым или инверсным. Прямое динамическое управление означает разрешение на переключение при изменении  тактового сигнала с нулевого значения на единичное, инверсное – при изменении истового сигнала с единичного значении на нулевое.

По характеру  процесса переключения триггеры делятся  на одноступенчатые и двухступенчатые. В одноступенчатом триггере переключение в новое состояние происходит сразу, в двухступенчатом – по этапам. Двухступенчатые триггеры состоят из входной и выходной ступеней. Переход в новое состояние происходит в обеих ступенях поочередно. Один из уровней тактового сигнала разрешает прием информации во входную ступень при неизменном состоянии выходной ступени. Другой уровень тактового сигнала разрешает передачу нового состояния из входной ступени в выходную.[4]

RS-триггеры являются наиболее простыми и используются в качестве запоминающих ячеек, а также при построении других более сложных типов триггеров. На рисунке 1.2.2 представлены условно графические обозначения RS-триггеров на элементах «И-НЕ» и «ИЛИ-НЕ».

По способу  управления RS-триггеры делятся на асинхронные и синхронные. АсинхронныйRS-триггер в своей структуре имеет два информационных входа - установки в единичное (S) и нулевое (R) состояния, а также два выхода и . Реализуются на логических элементах ИЛИ-НЕ либо «И-НЕ», которые характеризуются активными и пассивными логическими уровнями. Для элементов ИЛИ-НЕ активным уровнем является логическая«1», а пассивным - логический «0». Для элементов «И-НЕ» активным уровнем является логический«0», а пассивным - логическая «1».

Пассивный логический уровень, действующий на входе логического элемента, не приводит к изменению логического уровня на его выходе.

Одновременная подача активных уровней на информационные входы RS-триггера не допускается, так как состояние триггера в этом случае становится неопределенным.

Таблица 1.2.1 иллюстрирует переход значений выходного сигнала→ при воздействии на входе информационных сигналов S и R, поэтому ее называют также таблицей переходов.

Из таблицы 1.2.1 следует, что на двух входах RS-триггера возможны четыре комбинации выходных сигналов. При S=0 и R=0 триггер сохраняет предыдущее состояние (=), это функциональное свойство позволяет реализовать на RS- триггере элементарную ячейку памяти.Если S=0 и R=1, то триггер устанавливается в нулевое состояние (=0), при S=1 и R=0 - в единичное состояние (=1).

 

 

                а)                                             б)

Рисунок 1.2.2 – Условно графические обозначения RS-триггеров: а) асинхронный на элементах «И-НЕ»; б) синхронный на элементах «ИЛИ-НЕ»[3]

 

Таблица 1.2.1 – Режимы работы RS-триггера

 

S R Q		Режим работы
0 0 0 0 0 1	0 1	Хранение информации
0 1 0 0 1 1	0 0	Установка лог. 0
1 0 0 1 0 1	1 1	Установка лог. 1
1 1 0 1 1 1	x x	Неопределенность

 

Состояние RS-триггера при S=1 и R=1 является неопределенным, поскольку триггер после воздействия на входе активных уровней сигнала может равновероятно перейти как в нулевое, так и единичное состояние. В таблице 1.2.1 неопределенные состояния отмечены знаком x.

Синхронный  триггер, имеющий дополнительный статический вход синхронизации C, называют стробируемым триггером. При наличии входных  сигналов переключение триггера  происходит только в моменты поступления  импульса синхронизации (C=1). При значениях C=0 триггер  сохраняет  предыдущее состояние Q. Схема RS-триггера синхронизируемого уровнем показана  на  рис. 1.2.3, а.  Упрощенная  таблица переключений  и условные обозначения RS-триггера  показаны  на  рисунок 1.2.3, б и в.  При подаче  на  входы триггера  сигналов C=S=R=1  на  выходах элементов 1, 2  схемы управления  формируются активные  нулевые уровни,  которые поступают на ячейку  памяти,  выполненную на  элементах 3 и 4. После  окончания  действия сигналов триггер устанавливается в неопределенное состояние. Следовательно, для данных типов триггеров комбинация входных сигналов C=R=S=1 является запрещенной.[1]

 

Рисунок 1.2.3 - RS-триггер синхронизируемый уровнем: а) структурная схема; б) упрощенная таблица переключений; в) условно графическое обозначение[1]

 

RS-триггеры  синхронизируемые уровнем называются  триггерами-защелками  и функционируют  согласно поданным на вход  информационным сигналам  S и R, пока  сигнал С  имеет   активный  уровень.  Если  С   переходит  на  пассивный уровень,  то  происходит  защелкивание  триггера,  выходной  сигнал Q  при  этом сохраняет  свое  последнее  значение  и  больше  не  реагирует  на  изменение  входных сигналов, пока C остается  на пассивном уровне. 

Аналогично  ведут  себя  и  асинхронные  триггеры-защелки,  выходные сигналы  которых  изменяются  во  время  действия  активных  уровней  входных  информационных  сигналов.  При  переходе  на  пассивные  уровни  триггер защелкивается и в  нем устанавливается режим хранения информации.

 Триггеры синхронизируемые фронтом называются тактируемыми и функционируют согласно сигналам, поданным на информационные входы S и R, но воспринимают их только в момент перехода тактового синхронизирующего сигнала C с нулевого уровня на единичный («0»→«1») либо наоборот («1»→«0»). Такое переключение триггеров происходит в течение короткого времени вблизи фронта (или среза) синхроимпульса.Схема синхронного RS-триггера с прямым синхронизируемым входом и его условное обозначение показаны на рис. 1.2.4, а, б. Схема выполнена на шести логических элементах «И-НЕ», для которых активным является уровень логического «0». Если триггер переключается фронтом синхроимпульса, то тактовый вход C называется прямым синхронизируемым входом, если срезом - то инверсным синхронизируемым входом (рисунок 1.2.4, б, в, где соответствующий вход С отмечен косой чертой).[1]

 

 

Рисунок 1.2.4 - RS-триггер синхронизируемый фронтом: а) структурная схема; б) и в) условно графические обозначения с прямым и инверсным синхронизируемыми входами; г) упрощенная таблица переключений[1]

 

На рис. 1.2.4, а элементы 2, 3, 5, 6 образуют RS-триггер синхронизируемым уровнем. Вспомогательные элементы 1, 4 совместно с элементами 2, 3 образуют общую схему управления. Такая схема будет чувствительна к изменению входных информационных сигналов S и R при синхросигнале C=1.

 Если входной синхросигнал C=0, то при произвольных значениях S и R (отмечены на рис. 1.2.5, г знаком *) на выходах элементов 2 и 3 установятся пассивные единичные сигналы и ячейка памяти триггера (элементы 5, 6) сохраняет ранее установленные состояния Q и Q .

 При действии на входе C положительного фронта синхросигнала триггер устанавливается в состояние «0» или «1» согласно поданным на входы S и R информационным сигналам. Элементы 1, 4 будут блокировать цепи подачи информационных сигналов сразу же после изменения синхросигнала с «нулевого» значения на «единичное» и при достижении синхросигналом C уровня логической «1» будут сохранять блокировку до возвращения C к «нулевому» уровню. Для того чтобы осуществить новое переключение триггера, необходимо воздействие на входе C нового положительного фронта синхросигнала.Состояние триггера при воздействии S=R=0 является неопределенным. Для данного типа триггера такая комбинация входных сигналов запрещена.

 

 

Рисунок 1.2.5 - Временные диаграммы RS-триггера синхронизируемого фронтом[1]

 

В различных  системах управления с применением  синхронных RS-триггеров возникает  необходимость независимой  установки  и  считывания  информации,  причем  снятие  выходной информации  необходимо  осуществлять  при  отключенных  входных  сигналах. Подобные  задачи  можно  решать  с  помощью  двухступенчатого  синхронного триггера,  называемого MS-триггером,  у  которого  отсутствует  сквозная передача информационного  сигнала с входа на выход. Структура MS-триггера,  построенного  на  основе RS-триггера,  показана на рисунке  1.2.6. MS-триггер содержитдва RS-триггера  синхронизируемые уровнем,  которые называются  ведущий триггер M (master)  и ведомый триггер S (slave).  Схема тактируется единым  синхросигналом,  который подается непосредственно на вход C ведущего M-триггера и через инвертор на вход ведомого S-триггера. Если  на  входе MS-триггера  действует синхросигнал C=1,  то  ведущий M-триггер по  положительному  фронту  синхроимпульса C  устанавливается в состояние,  соответствующее поданным  на  вход  схемы информационным  сигналам S  и R  согласно  таблице переключений (рис. 1.2.7, б).  Данное состояние M-триггера сохранится, пока уровень синхросигнала C будет равен логической «1». [4]

 

Рисунок 1.2.6 – Структурная схема MS-триггера[7]

 

 

Рисунок 1.2.7 - MS-триггер: а) структурная схема; бупрощенная таблица переключений; в) условно графическое обозначение[4]

 

В  это  время  ведомый S-триггер,  имеющий  на  своем  входеинверсный сигнал C,  будет  находиться  в  режиме  хранения  прежней  информации  и  не воспринимает  поступающие  на  его  вход  сигналы  с  выхода  ведущего  M-триггера.

 Если  на  вход MS-триггера  поступит  синхросигнал C=0,  то  при достижении им уровня логического «0» ведущий M-триггер установится в режим  хранения информации и будет отключен от информационных входов S и R. Вэто  время  по  отрицательному  фронту  синхроимпульса C  информационные сигналы  с выходов q и q  ведущего M-триггера будут переписаны в ведомый S-триггер  и поступят на выход MS-триггера (выходы Q и Q).

 Работу  двухступенчатого RS-триггера  поясняют  временные  диаграммы, приведенные на рисунке 1.2.8, из  которых следует, что за  время периода тактового синхроимпульса C,  управление  процессами  в двухступенчатом  триггере осуществляется  двумя  фронтами  синхроимпульса,  но  выходные  сигналы триггера Q⁺ и Q⁺ устанавливаются только по отрицательному фронту тактового синхроимпульса C.

Следует  также  отметить  режим  работы  триггера,  когда  оба  входных  сигнала S  и R  равны логической«1».  В  этом  случае  в  момент  отрицательного  перепада синхросигнала C работа триггера оказывается непредсказуемой, но как только любой из входных  информационных сигналов снимается, схема  возвращается к работе  в  обычном  режиме.  Поэтому  комбинация R=S=1 для  данного  типа триггера является запрещенной.

 

 

Рисунок 1.2.8 - Временные диаграммы двухступенчатого синхронного RS-триггера[1]

1.3 Счетчики

 

Как следует  из самого названия, счетчики предназначены  для счета входных импульсов. То есть с приходом каждого нового входного импульса двоичный код на выходе счетчика увеличивается (или уменьшается) на единицу. Срабатывать счетчик может по отрицательному фронту входного (тактового) сигнала или по положительному фронту входного сигнала. Режим счета обеспечивается использованием внутренних триггеров, работающих в счетном режиме. Выходы счетчика представляют собой как раз выходы этих триггеров. Каждый выход счетчика представляет собой разряд двоичного кода, причем разряд, переключающийся чаще других (по каждому входному импульсу), будет младшим, а разряд, переключающийся реже других – старшим.

Счетчик может работать на увеличение выходного  кода по каждому входному импульсу, это основной режим, имеющийся во всех счетчиках, он называется режимом прямого счета. Счетчик может также работать на уменьшение выходного кода по каждому входному импульсу, это режим обратного или инверсного счета, предусмотренный в счетчиках, называемых реверсивными. Инверсный счет бывает довольно удобен в схемах, где необходимо отсчитывать заданное количество входных импульсов.[5]

Большинство счетчиков работают в обычном двоичном коде, то есть считают от 0 до (2^N – 1), где N — число разрядов выходного кода счетчика. Например, 4-разрядный счетчик в режиме прямого счета будет считать от 0 (код 0000) до 15 (код 1111). После максимального значения кода счетчик по следующему входному импульсу переключается опять в 0, то есть работает по кругу. Если же счет инверсный, то счетчик считает до нуля, а дальше переходит к максимальному коду 1111.