30. 1. Вопросы

1. Какова функция диаграмм Вейча?

2. Сколько переменных может быть представлено на ди­аграмме Вейча?

3. Перечислите шаги при использовании диаграммы Вейча.

4. Упростите следующие выражения с помощью диаграмм Вейча.

а. ABC + АБС + ABC + ABC + ABC = Y.

б. ABCD + ABCD + ABCD + ABCD + ABCD +

ABCD + ABCD = Y.

в. AB + ABD + BCD + BC + ABCD = Y.

РЕЗЮМЕ

• Диаграммы Вейча обеспечивают быстрый и легкий ме­тод приведения сложных логических выражений к их простейшей форме.

• Диаграммы Вейча могут быть составлены для двух, трех или четырех переменных.

• Упрощенные логические выражения получаются из ди­аграмм Вейча путем объединения помеченных знаком X квадратов в группы из двух, четырех или восьми квад­ратов и последующего логического сложения объединен­ных выражений.

Глава 33. Самопроверка

1. Опишите процедуру использования диаграммы Вейча для упрощения логических выражений.

2. Упростите следующее Булево выражение с помощью ди­аграммы Вейча:

ABCD + A BCD + ACD + ABC + АВ + A BCD = Y.

Глава 34. Последовательные логические цепи

ЦЕЛИ

После изучения этой главы студент должен быть в со­стоянии:

• Описать функции триггера.

• Перечислить основные типы триггеров.

• Нарисовать схематические обозначения триггеров.

• Описать, как триггеры используются в цифровых це­пях.

• Описать, как работает счетчик и сдвиговый регистр.

• Перечислить различные типы счетчиков и сдвиговых ре­гистров.

• Нарисовать схематические обозначения счетчиков и сдвиговых регистров.

• Перечислить применения счетчиков и сдвиговых реги­стров.

Последовательные логические цепи состоят из цепей, требующих синхронизации и устройств памяти. Основным строительным блоком для последовательных логических цепей являются триггеры. Триггеры могут быть соедине­ны вместе и образовывать счетчики, сдвиговые регистры и устройства памяти.

Триггеры принадлежат к категории цифровых цепей, которые называются мультивибраторами. Мультивибра­тор — это цепь с положительной обратной связью, имею­щая два активных устройства, рассчитанных таким обра­зом, что одно устройство проводит ток, в то время как дру­гое устройство закрыто. Мультивибраторы могут хранить двоичные числа, импульсы счета, синхронизировать ариф­метические операции и выполнять другие полезные функ­ции в цифровых системах.

Существуют три типа мультивибраторов: бистабильные, моностабильные и астабильные. Бистабильные мультивиб­раторы называются триггерами.

30. 1. Триггеры

Триггер — это бистабильный мультивибратор, на выхо­де которого может быть либо высокое, либо низкое напря­жение, то есть либо 1, либо 0. На выходе триггера остает­ся высокое или низкое напряжение до тех пор, пока на вход не будет подан пусковой сигнал.

Основным триггером является RS-триггер. Он образо­ван двумя прекрестно-связанными элементами НЕ-ИЛИ или НЕ-И (рис. 34-1). RS-триггер имеет два выхода Q и Q и два управляющих входа, R (Reset — сброс) и S (Set — установка). На выходах триггера уровни всегда противо­положны или дополняющие: если Q = 1, то Q = 0 и на­оборот.

Рис. 34-1. Основная схема триггера.

Для того чтобы понять работу цепи, предположим что выход Q, вход R и вход S имеют низкий уровень сигнала. Низкий уровень выхода Q связан с одним из входов эле­мента 2 . На входе S также низкий уровень сигнала. На вы­ходе элемента 2 высокий уровень. Этот высокий уровень связан со входом элемента 1, удерживая его выход на низ­ком уровне. Когда на выходе Q появляется низкий уро­вень, говорят, что триггер находится в исходном состоя­нии (RESET). Он остается в этом состоянии неопределен­но долго, до тех пор, пока на вход S элемента 2 не будет подан высокий уровень. Когда это произойдет, на выходе

элемента 2 появится низкий уровень, а он связан со вхо­дом элемента 1. Поскольку на входе R элемента 1 низкий уровень, на его выходе низкий уровень изменится на вы­сокий. Этот высокий уровень связан со входом элемента 2, обеспечивая на выходе Q низкий уровень. Когда на вы­ходе Q высокий уровень, говорят, что триггер находится в единичном (SET) состоянии. Он остается в этом состоя­нии до тех пор, пока на вход R не будет подан высокий уровень, переводящий триггер в исходное состояние.

«Недопустимое» или «неразрешенное» состояние име­ет место, когда одновременно на оба входа, R и Э^подает- ся высокий уровень. В этом случае выходы Q и Q пыта­ются перейти в низкое состояние, но Q и Q не могут быть одновременно в одинаковом состоянии без нарушения ра­боты триггера. При одновременном отключении высокого уровня со входов R и S, оба выхода пытаются перейти в состояние с высоким уровнем. Поскольку всегда логичес­кие элементы немного отличаются друг от друга, то один из них перейдет в состояние с высоким уровнем раньше. Это заставит другой элемент перейти в состояние с низким уровнем. В этом случае имеет место непредсказуемый ре­жим работы и, следовательно, состояние выходов тригге­ра не может быть определено.

На рис. 34-2 изображена таблица истинности для рабо­ты RS-триггера. На рис. 34-3 изображено упрощенное схе­матическое обозначение RS-триггера.

S Q

R Q

Входы		Выходы
S	R	Q	Q
0	0	NC	NC
0	1	0	1
1	0	1	0
1	1	?	?

NC = не изменяется

Рис. 34-2. Таблица истинности Рис. 34-3 Логическое обо- для RS-триггера. значение RS-триггера.

Другим типом триггера является триггер с синхрони­зирующим входом. Он отличается от RS-триггера тем, что

для его работы необходим дополнительный вход. Третий вход называется тактовым (или синхронизирующим) вхо­дом (CLK). На рис. 34-4 изображена логическая схема триг­гера с синхронизирующим входом. Сигнал высокого уровня на любом из входов входного блока триггера активизиру­ет триггер, заставляя его изменить состояние. Входной блок, называемый «управляющим элементом», управляет или направляет тактовые импульсы на входы элементов триггера.

Рис. 34-5. Логическое Рис. 34-4. Логическая схема обозначение тактируе-

тактируемого RS-триггера. мого RS-триггера.

Триггер с синхронизирующим входом управляется ло­гическими состояниями входов R и S при наличии такто­вого импульса. Изменение состояния триггера происходит только по переднему фронту тактового импульса. Передний фронт тактового импульса — это переход в положительном направлении (от низкого к высокому), что означает возра­стание амплитуды импульса от нулевого напряжения до положительного значения. Это называется запуск по поло­жительному фронту (фронту импульса, запускающему цепь).

Пока уровень на тактовом входе низкий, уровни входов R и S могут изменяться, не влияя на состояние триггера. Входы R и S становятся чувствительными только в тече­ние тактового импульса. Это называется синхронной рабо­той. Триггер работает синхронно с тактовым сигналом. Синхронная работа важна в компьютерах и калькуляторах, когда каждый шаг выполняется в определенном порядке. На рис. 34-5 изображен логический символ, используемый для обозначения тактируемого RS-триггера.

D-триггер полезен, когда должен быть сохранен толь­ко один бит данных (1 или 0). На рис. 34-6 изображена логическая схема D-триггера. Он имеет один вход для дан­ных и вход для тактовых импульсов. D-триггер также на­зывают триггером с задержкой. Вход D задерживает один тактовый импульс перед изменением уровня выхода (Q). Иногда D-триггер имеет вход PS (предустановка) и вход CLR (очистка). Когда на вход предустановки подан низкий уровень (0), он устанавливает выход Q в состояние 1. Ког­да на вход очистки подан 0, Q также устанавливается 0. D-триггеры, соединенные вместе, образуют сдвиговые ре­гистры и регистры памяти. Эти регистры широко исполь­зуются в цифровых системах.

Рис. 34-6. Логическая схема и обозначение D-триггера.

CLK

CLK

Наиболее широко используемый триггер — это JK-триг­гер. Он обладает всеми особенностями триггеров других типов. Логическая схема и обозначение JK-триггера пока­заны на рис. 34-7. J и К — это входы. Важная особенность JK-триггера состоит в том, что при подаче на оба входа J и К высокого уровня сигнала, повторяющиеся тактовые импульсы заставляют выход переключаться или изменять состояние. Два асинхронных входа, PS (предустановка) и CLR (очистка), блокируют синхронные входы, входы дан­ных J и К и вход тактовых импульсов. JK-триггеры ши-

—	J Q
—	CLK
—	* 01

роко используются во многих цифровых цепях, особенно в схемах счетчиков. Счетчики можно найти почти в каж­дой цифровой системе.

Защелка — это устройство, служащее временным буфе­ром памяти. Оно используется для сохранения данных после удаления входного сигнала. D-триггер является хо­рошим примером защелки. Для защелки также могут быть применены другие типы триггеров.

Защелка используется на входах семисегментных инди­каторов. Без защелки изображенная информация будет исчезать вместе с исчезновением входного сигнала. При наличии защелки информация сохранится на экране до тех пор, пока не будет обновлена.

На рис. 34-8 изображена 4-разрядная защелка. Это ус­тройство содержит 4 D-триггера, заключенных в один кор­пус интегральной микросхемы. Входы Е (разрешение) по­добны тактовому входу D-триггера. Данные фиксируются, когда уровень на входе разрешения становится низким, то

есть равным 0. Когда уро­вень на входе разрешения высокий, или 1, уровни вы­ходов повторяют уровни вхо­дов. Это означает, что выход будет изменяться при любом изменении состояния входа; например, если на входе вы- Рис. 34-8. Четырех- сокий уровень, то на выходе

разрядная защелка. тоже появится высокий уро­

вень; если на входе низкий уровень, то на выходе тоже появится низкий уровень. В таком состоянии защелка называется прозрачной.

34-1. Вопросы

1. Что такое триггер?

2. Каковы различные типы триггеров?

3. Что такое синхронизируемый триггер?

4. В чем отличие между асинхронным входом и синхрон­ным входом?

5. Что такое защелка?