4.5. Последовательностные схемы цифровых автоматов

В последовательностных устройствах (схемах) выходные сигналы зависят не только от входных, но и от выходных сигналов и внутреннего состояния устройства в предшествующий момент времени. Для работы последовательностных схем принципиальное значение имеет наличие времени задержки распространения , рассмотренное ранее. Различают асинхронные и синхронные последовательностные схемы. В первых выходные сигналы изменяются сразу же после изменения входных сигналов. Во-вторых – выходные сигналы изменяются в строго определенные моменты времени. Для определения этих моментов служат специальные синхронизирующие сигналы.

Простейшим последовательностным устройством является триггер. Триггером называют последовательностную схему с несколькими устойчивыми состояниями. Наиболее часто используются триггеры с двумя устойчивыми состояниями. Различают триггеры с асинхронным управлением, когда его состояние зависит от текущего состояния входных сигналов в любой момент времени и триггеры с синхронным управлением, когда состояние триггера может измениться (в зависимости от состояния входных сигналов) только при наличии сигнала на синхронизирующем входе. По способу представления синхронизирующего сигнала различают триггеры со статическим управлением, когда состояние входных сигналов «считывается» в течение всего времени наличия сигнала на синхронизирующем входе и триггеры с динамическим управлением, когда состояние входных сигналов «считывается» в моменты изменения лог. уровня сигнала на синхронизирующем входе, т. е. по фронту или срезу этого сигнала. При считывании по фронту синхронизирующий вход называют прямым, а по срезу – инверсным.

4.5.1. Асинхронный r-s триггер

Асинхронный R-S триггер имеет два входа: вход установки S(et) и сброса R(eset) и два выхода: прямой Q и инверсный . Триггер переходит из текущего состояния на выходах Х к состоянию, когда на выходе Q устанавливается лог. «1», а на выходе - лог. «0» при подаче на вход S сигнала лог. «1», а на вход R сигнала лог.»0». И наоборот, триггер переходит из текущего состояния на выходах Х к состоянию, когда на выходе устанавливается лог. «1», а на выходе Q - лог. «0» при подаче на вход S сигнала лог. «0», а на вход R сигнала лог. «1». Состояние, когда одновременно на оба входа подаются сигналы лог. «1» является запрещенным. В практике более часто применяются R-S триггеры с инверсными входами, когда активными являются входные сигналы лог. «0». Таблица истинности для этого триггера представлена в таблице 4.7. Здесь значения Q и в ячейках таблицы говорят о том, что выходы могут принимать любое значение, совпадающее с предыдущим по времени значением, значение d соответствует запрещенному состоянию входов и будет доопределено на этапе оптимизации.

Таблица 4.7.

					Название режима
1	1	Q	Q		Хранение информации
1	0	X	1	0	Установка в «1»
0	1	X	0	1	Сброс
0	0	X	d	d	Запрещенное (неопределенное) состояние

Карта Карно, соответствующая таблице 4.7. приведена на рис. 4.29.

Логическое уравнение по этой карте при условии, что d до определены как «1» будет иметь вид:

. (34)

Рис. 4.29. Карта Карно R-S триггера.

Схема, реализующая (34) представлена на рис. 4.30.

Рис. 4.30. R-S триггер

На рис. 4.30 сигналам и соответствует выход Q (пунктирная линия на рисунке).

На схемах R-S триггеры, полученные соединением двух элементов И-НЕ изображают как на рис. 4.31. Здесь же справа приведено условное графическое обозначение этого триггера как функционального элемента.

Рис. 4.31. Схема R-S триггера и его условное графическое изображение