Главная » З'єднання і комутація » Як зібрати тріггер. Как зібрати тригер

Як зібрати тріггер. Как зібрати тригер

Як зібрати тріггер. Как зібрати тригер

Логічні мікросхеми. Частина 8. D - тригер

У статті наводиться опис D - тригера, його робота в різних режимах, проста і наочна методика вивчення принципу дії.

У попередній частині статті було розпочато вивчення тригерів. Найпростішим в цьому сімействі вважається RS тригер, про який і було розказано в сьомій частині статті. Більш широке застосування в пристроях електроніки отримали D і JK тригери. За змістом дії вони, як і RS тригер, також є пристроями з двома стійкими станами на виході, але мають більш складну логіку роботи вхідних сигналів.

Слід зазначити, що все сказане буде справедливо не тільки для мікросхем серії К155, а й для інших серій логічних мікросхем, наприклад, К561 і К176. І не тільки те, що стосується тригерів, в точності також працюють всі мікросхеми логіки, відмінність лише в електричних параметрах сигналів - рівнях напруги і робочих частотах, потужності споживання і здатності навантаження.

У серії мікросхем К155 є кілька модифікацій D-тригерів, однак найбільш поширена мікросхема К155ТМ2. В одному 14-вивідному корпусі розміщені два незалежних D-тригера. Єдине, що їх об'єднує це загальна ланцюг харчування. Кожен тригер має чотири вхідних сигналу логічного рівня і, відповідно, два виходи. Це прямий вихід і інверсний, з якими ми вже знайомі за оповіданням про RS-тригері. Тут вони виконують ту ж саму функцію. На малюнку 1 представлений D-тригер.

Також є мікросхеми, які містять в одному корпусі по чотири D - тригера: це такі мікросхеми як К155ТМ5 і К155ТМ7. Іноді в літературі їх називають чотирирозрядний регістрами.

Малюнок 1. Мікросхема К155ТМ2.

На малюнку 1а показана вся мікросхема в тому вигляді, як її зазвичай зображують в довідниках. Насправді на схемах кожен тригер, що знаходиться в корпусі, може бути зображений далеко від свого «напарника», при цьому на кресленні можуть не показуватися висновки, які в даній схемі просто не використовуються, хоча насправді вони є. Приклад такого зображення D-тригера показаний на малюнку 1б.

Розглянемо більш докладно вхідні сигнали. Це буде зроблено на прикладі тригера з висновками 1 ... 6. Відповідно, все сказане буде справедливо і по відношенню до іншої тригера (з номерами висновків +8 ... + 13).

Сигнали R і S виконують ту ж функцію, що і аналогічні сигнали RS тригера: при подачі на вхід S рівня логічного нуля тригер встановиться в одиничне стан. Це означає, що на прямому виході (висновок 5) з'явиться логічна одиниця. Якщо ж тепер подати логічний нуль на R-вхід, то тригер скинеться. Це означає, що на прямому виході (висновок 5) з'явиться рівень логічного нуля, а на інверсному (вивід 6) буде присутній логічна одиниця.

Взагалі, коли кажуть про стан тригера, мається на увазі стан його прямого виходу: якщо тригер встановлений, то на його прямому виході високий рівень (логічна одиниця). Відповідно, мається на увазі, що на інверсному виході все з точністю до навпаки, тому інверсний вихід часто при розгляді роботи схеми просто не згадують.

Логічну одиницю на входи R і S можна подавати скільки завгодно: стан тригера не зміниться. Це говорить про те, що для входів R і S робочим є низький рівень. Саме тому входи RS починаються з маленького кружечка, який позначає, що робочий рівень сигналу низький або, що те ж саме, інверсний. Такий маленький кружечок біля вхідних сигналів можна зустріти не тільки у тригерів, а й в зображенні деяких інших мікросхем, наприклад, дешифраторів або мультиплексорів, що також говорить про те, що робочим рівнем цього сигналу є низький рівень. Це загальне правило для всіх умовних графічних позначень мікросхем.

Крім RS входів D-тригер має ще вхід даних D, від англійського Data (дані), і вхід синхронізації C від англійського ж Clock (імпульс, стрибає). Використовуючи ці входи можна змусити тригер працювати або як елемент пам'яті, або як рахунковий тригер. Для того, щоб розібратися в роботі D-тригера краще зібрати невелику схему і провести нескладні досліди.

Зверніть увагу на зображення входу C: правий по малюнку кінець цього висновку закінчується невеликий похилою рискою в напрямку зліва - вгору - направо. Ця риса говорить про те, що перемикання тригера по входу C відбувається в момент переходу вхідного сигналу з нуля в одиницю. На малюнку 3 показана можлива форма імпульсів на вході С.

Для того, щоб більш детально розібратися з роботою D - тригера найкраще зібрати схему, як показано на малюнку 2.

Малюнок 2. Схема для вивчення роботи D - тригера.

Малюнок 3. Варіанти імпульсів на вході С.

Для наочності роботи тригера підключимо до його виходів (висновки 5 і 6) світлодіодні індикатори. Такий же індикатор підключимо на вхід С. Вхід D через резистор опором 1 КОм підключається до шини джерела живлення +5 В, і, як показано на схемі, кнопка SB1. Після того, як схема зібрана, перевіримо якість монтажу, і після цього можна включати харчування.

Робота D тригера по RS входів

При включенні один з світлодіодів HL2 або HL3 повинен обов'язково запалитися. Припустимо, що це буде HL3, отже, при включенні тригер встановився в одиницю, хоча може встановитися і в нуль. Вхідні сигнали низького рівня на входи RS будемо подавати за допомогою відрізка гнучкого провідника поєднаного з загальним проводом.

Спочатку спробуємо подати низький рівень на вхід S, просто замикаючи висновок 4 на загальний провід. Що при цьому відбудеться? На виходах тригера сигнали залишаться в тому ж стані, що і були при включенні. Чому? Все дуже просто: тригер вже знаходиться в одиничному стані або встановлений, і подача сигналу на вхід S просто підтверджує це стан тригера, зміна стану не відбувається. Такий режим роботи для тригера анітрохи не шкідливий і досить часто зустрічається в роботі реальних схем.

Тепер за допомогою тієї ж зволікання подамо низький рівень на вхід R. Результат не змусить себе чекати: тригер перейде в стані низького рівня, або як ще кажуть, скинеться. Повторна і подальша подача низького рівня на вхід R також просто підтвердить стан, на цей раз нульове, в точності так само, як це було описано трохи вище, для входу S. З цього стану його може вивести або подача низького рівня на вхід S, або комбінація сигналів на входах C і D.

Слід зазначити, що іноді D - тригер може застосовуватися просто як RS - тригер, тобто входи

;

C і D не використовуються. В цьому випадку для підвищення завадостійкості їх слід через резистори опором 1 КОм підключити до шини +5 В, або з'єднати з загальним проводом.

Робота тригера по входах C і D

Припустимо, що в даний момент тригер встановлений, тому запалений світлодіод HL3. Що станеться, якщо натиснути на кнопку SB1? Зовсім нічого, стан вихідних сигналів тригера не зміниться. Якщо тепер по входу R скинути тригер, то буде світити світлодіод HL2, а HL3 згасне. Натискання на кнопку SB1 і в цьому випадку стану тригера не змінить. Це говорить про те, що на вході С немає тактуючих імпульсів.

Тепер спробуємо на вхід C подати тактирующие імпульси. Найпростіше це зробити, зібравши генератор прямокутних імпульсів, вже знайомий нам по попередніх частинах статті. Його схема приведена на малюнку 4.

Малюнок 4. Генератор тактових імпульсів.

Щоб спостерігати за роботою схеми візуально, частота генератора повинна бути невелика, при зазначених на схемі деталях складає близько 1 Гц, тобто 1 коливання (імпульс) в секунду. Частоту генератора можна змінювати підбором конденсатора С1. Стан входу С відображає світлодіод HL1: світлодіод запалено - на вході З високий рівень, якщо погашений, то рівень низький. У момент запалювання світлодіода HL1 на вході С відбувається формування позитивного перепаду напруги (з низького рівня у високий). Саме цей перехід змушує спрацьовувати D - тригер по входу С, а не наявність на цьому вході високого або низького рівня напруги. Це слід запам'ятати, і стежити за поведінкою тригера саме в момент формування фронту імпульсу.

Якщо на вхід С підключити генератор імпульсів і включити харчування, то першим же імпульсом тригер встановиться в одиницю, наступні імпульси стану тригера не змінять. Все сказане справедливо для випадку, коли перемикач SB1 знаходиться в положенні, зазначеному на малюнку.

Тепер давайте перемкнемо SB1 в нижнє за схемою становище, тим самим подавши на вхід D низький рівень. Перший же імпульс прийшов з генератора переведе тригер в стан логічного нуля або тригер буде скинутий. Про це нам підкаже світиться світлодіод HL2. Наступні імпульси на вході С також не змінюють стану тригера.

На малюнку 2б показана тимчасова діаграма роботи тригера по CD входів. Передбачається, що стан входу D змінюється як показано на малюнку, а на вхід С надходять періодичні тактирующие імпульси.

Перший імпульс на вході С встановлює тригер в одиничний стан (висновок 5), а другий імпульс стану тригера не змінює, оскільки на вході С до сих пір рівень залишається високим.

Стан входу D між другим і третім тактується імпульсами змінюється з високого рівня на низький, це видно на малюнку 2. Але перемикання тригера в нульовий стан відбувається лише по початку третього тактирующего імпульсу. Четвертий і п'ятий імпульси на вході С стану тригера не змінюють.

Слід звернути увагу на той факт, що сигнал на вході D змінив своє значення з низького рівня на високий під час тактирующего імпульсу на вході С. Однак, зміна стану тригера не відбулося, так як позитивний фронт тактирующего імпульсу був раніше, ніж відбулася зміна рівня на вході D.

У одиничний стан тригер буде переключено лише шостим імпульсом, точніше його фронтом. Сьомий імпульс скине тригер, так як під час його позитивного фронту на вході D вже встановився високий рівень. Наступні імпульси працюють точно також, тому читачі можуть розібратися з ними самостійно.

Ще одна тимчасова діаграма приведена на малюнку 5.

Малюнок 5. Повна тимчасова діаграма роботи D тригера.

На малюнку видно, що тригер може працювати в трьох режимах, два з яких вже були розглянуті вище. На малюнку це асинхронний і синхронний режими. Найбільший інтерес на тимчасовій діаграмі представляє превалюючий режим: тут видно, що під час низького рівня на вході R зміни стану тригера по входах С і D не відбувається, що говорить про те, що входи RS є пріоритетними. Також на рисунку 5 наведена таблиця істинності для D - тригера.

З усього сказаного можна зробити наступні висновки: кожен позитивний перепад імпульсу на вході С встановлює тригер в стан, який в цей момент було на вході D, або просто переносить його стан на прямий вихід тригера Q. Негативний перепад на імпульсу на вході С ніякого впливу на стан тригера не робить.

На малюнку 3 показані можливі форми імпульсів на С вході: це меандр (3а), короткі імпульси високого рівня, або позитивні (3б), короткі імпульси низького рівня (негативні) (3в). У будь-якому випадку спрацьовування тригера відбувається по позитивному перепаду.

В одних випадках це буде фронт імпульсу, а в інших його спад. Цю обставину слід враховувати при розробці та аналізі схем на D - тригерах. Робота D - тригера в рахунковому режимі Одним з основних призначень D - тригера є його використання в рахунковому режимі. Для того, щоб змусити працювати його в якості лічильника імпульсів, досить на вхід D подати сигнал з його власного інверсного виходу. Таке з'єднання показано на малюнку 6.

Малюнок 6. Робота D - тригера в рахунковому режимі.

У такому режимі по приходу кожного імпульсу на вхід С, тригер буде змінювати свій стан на протилежне, як показано на тимчасовій діаграмі. І пояснення цьому найпростіше і логічне: стан на вході D завжди протилежно, инверсно, по відношенню до прямого виходу. Тому, в світлі попереднього розгляду роботи тригера, на прямий вихід переноситься його інверсне стан. Один тригер, хоч і в рахунковому режимі, багато не нарахує, всього лише до двох: 0..1 і знову 0..1, і так далі.

Щоб отримати лічильник, здатний вважати по - справжньому потрібно з'єднати послідовно кілька тригерів, які працюють в рахунковому режимі. Про це йтиметься дещо пізніше в окремій статті. Крім цього, слід звернути увагу на той факт, що імпульси на виході тригера мають частоту рівно в два рази меншу, ніж вхідні на вході С. Ця властивість використовується в тих випадках, коли необхідно поділити частоту сигналу в число раз кратне двом: 2, 4 , 8, 16, 32 і так далі.

Форма імпульсів після поділу тригером завжди є меандр, навіть в разі дуже коротких вхідних імпульсів на вході С. На цьому розповідь про можливості застосування D тригера можна закінчити. У наступній частині статті буде розказано про застосування тригерів типу JK