Опубликовано

К155тв1 как работает

Триггеры

Триггеры — это устройства с двумя состояниями. Они предназначены для запоминания двоичной информации. Использование триггеров позволяет реализовывать устройства оперативной памяти (то есть памяти, информация в которой хранится только на время вычислений). Однако это не единственная их область применения. Триггеры широко используются для построения цифровых устройств с памятью, таких как счётчики, преобразователи последовательного кода в параллельный, последовательные порты или цифровые линии задержки, применяемые в составе цифровых фильтров.

Следует отметить, что выпускникам ВУЗов, не знающим принципы работы триггеров, достаточно сложно найти работу. Поэтому изучению данного материала следует уделить особое внимание. Простейшая схема триггера, позволяющая запоминать двоичную информацию, может быть построена на двух логических инверторах, охваченных положительной обратной связью. Она приведена на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема простейшего триггера, построенного на инверторах

В схеме любого триггера может быть только два состояния — на выходе Q присутствует логическая единица и на выходе Q присутствует логический ноль. Если логическая единица присутствует на выходе Q, то на инверсном выходе триггера будет присутствовать логический ноль, который после очередного инвертирования подтверждает уровень логической единицы на выходе Q. И наоборот, если на выходе триггера Q присутствует логический ноль, то на инверсном выходе будет присутствовать логическая единица.

Описанная ситуация на выводах триггера будет сохраняться до тех пор пока включено питание. Но вот вопрос — а как записывать в простейший триггер необходимую нам информацию? Для этого в схеме потребуются входы записи нуля и записи единицы.

RS-триггеры

RS-триггер получил название по названию своих входов. Вход S (Set — установить англ.) позволяет устанавливать выход Q в единичное состояние. (Устанавливать означает записывать логическую единицу). Вход R (Reset — сбросить англ.) позволяет сбрасывать выход Q (Quit — выход англ.) в нулевое состояние.

Для реализации RS-триггера воспользуемся логическими элементами «2И-НЕ». Его принципиальная схема, реализованная на логических элементах «2И-НЕ», приведена на рисунке 2.

Рисунок 2. Схема RS-триггера на логических элементах «2И-НЕ». Входы R и S инверсные (активный уровень’0′)

Рассмотрим работу изображенной на рисунке 2 схемы триггера подробнее. Пусть на входы R и S подаются единичные потенциалы. Если на выходе верхнего логического элемента «2И-НЕ» Q присутствует логический ноль, то на выходе нижнего логического элемента «2И-НЕ» появится логическая единица. Эта единица подтвердит логический ноль на выходе триггера Q. Если на выходе верхнего логического элемента «2И-НЕ» Q первоначально присутствует логическая единица, то на выходе нижнего логического элемента «2И-НЕ» появится логический ноль. Этот ноль подтвердит логическую единицу на выходе Q. То есть, при единичных уровнях на входах R и S, схема RS-триггера работает точно так же, как и схема триггера на инверторах.

Подадим на вход S триггера нулевой потенциал. Согласно таблице истинности логического элемента «2И-НЕ» на выходе Q появится единичный потенциал. Это приведёт к появлению на инверсном выходе триггера нулевого потенциала. Теперь, даже если снять нулевой потенциал с входа S, на выходе триггера останется единичный потенциал. То есть мы записали в триггер логическую единицу.

Точно так же можно записать в триггер и логический ноль. Для этого следует воспользоваться входом R. Так как активный уровень на входах триггера оказался нулевым, то эти входы — инверсные. Составим таблицу истинности RS-триггера. Входы R и S в этой таблице будем использовать прямые, то есть запись нуля, и запись единицы будут осуществляться единичными потенциалами (таблица 1).

Таблица 1. Таблица истинности RS-триггера.

R S Q(t) Q(t+1) Пояснения
0 0 0 0 Режим хранения информации (триггером) R=S=0
0 0 1 1
0 1 0 1 Режим установки триггера в единичное состояние S=1
0 1 1 1
1 0 0 0 Режим записи нуля в триггер R=1
1 0 1 0
1 1 0 * R=S=1 запрещенная комбинация
1 1 1 *

RS-триггер можно построить и на логических элементах «2ИЛИ-НЕ». Схема RS-триггера, построенного на логических элементах «2ИЛИ-НЕ» приведена на рисунке 3. Единственное отличие в работе этой схемы триггера будет заключаться в том, что его сброс и установка будет производиться единичными логическими уровнями. Эти особенности реализации схемы триггера связаны с принципами работы инверсной логики, которые рассматривались ранее.

Рисунок 3. Схема простейшего RS триггера на логических элементах «2ИЛИ-НЕ». Входы R и S прямые (активный уровень ‘1’)

Так как RS-триггер при построении его на логических элементах «2И-НЕ» и «2ИЛИ-НЕ» работает одинаково, то его условно-графическое изображение на принципиальных схемах тоже одинаково. Условно-графическое изображение RS-триггера на принципиальных схемах приведено на рисунке 4.

Рисунок 4. Условно-графическое обозначение RS-триггера

Для измерения логических уровней на выходе триггера чаще всего применяются логические пробники, в качестве которых в простейшем случае можно использовать светодиод с токоограничивающим резистором. В качестве источника логического сигнала можно применить механические тумблеры.

Синхронные RS-триггеры

Схема RS-триггера позволяет запоминать состояние логической схемы, но так как в начальный момент времени может возникать переходный процесс (в цифровых схемах этот процесс называется «опасные гонки»), то запоминать состояния логической схемы в триггерах нужно только в определённые моменты времени, когда все переходные процессы закончены.

Это означает, что большинство цифровых схем требуют сигнала синхронизации (тактового сигнала). Все переходные процессы в комбинационной логической схеме должны закончиться за время периода синхросигнала, подаваемого на входы триггеров. Триггеры, запоминающие входные сигналы только в момент времени, определяемый сигналом синхронизации, называются синхронными триггерами. Для того чтобы отличать от них рассмотренные ранее варианты триггеров (RS-триггер и триггер Шмитта) эти триггеры получили название асинхронных.

Формировать синхронизирующие сигналы с различной частотой и скважностью при помощи генераторов и одновибраторов мы уже научились в предыдущих главах. Теперь научимся записывать в триггеры входные логические сигналы только при наличии разрешающего сигнала.

Для этого нам потребуется схема, пропускающая входные сигналы только при наличии синхронизирующего сигнала. Такую схему мы уже использовали при построении схем мультиплексоров и демультиплексоров. Это логический элемент «И». Принципиальная схема синхронного RS-триггера приведена на рисунке 5.

Рисунок 5. Схема синхронного RS-триггера, построенного на элементах «И»

В таблице 2 приведена таблица истинности синхронного RS-триггера. В этой таблице символ x означает, что значения логических уровней на данном входе не важны. Они не влияют на работу триггера.

Таблица 2. Таблица истинности синхронного RS-триггера.

С R S Q(t) Q(t+1) Пояснения
0 x x 0 0 Режим хранения информации
0 x x 1 1
1 0 0 0 0 Режим хранения информации
1 0 0 1 1
1 0 1 0 1 Режим установки единицы S=1
1 0 1 1 1
1 1 0 0 0 Режим записи нуля R=1
1 1 0 1 0
1 1 1 0 * R=S=1 запрещенная комбинация
1 1 1 1 *

Как мы уже показали выше, RS-триггеры могут быть реализованы на различных логических элементах. При этом принцип их работы не изменяется. В то же самое время триггеры часто выпускаются в виде готовых микросхем (или реализуются внутри БИС в виде готовых модулей), поэтому на принципиальных схемах синхронные триггеры обычно изображаются в виде условно-графических обозначений. Условно-графическое обозначение синхронного RS-триггера приведено на рисунке 6.

Рисунок 6. Условно-графическое обозначение синхронного RS-триггера

Логические микросхемы. Часть 9. JK триггер

Рассказ о JK триггере и несложных опытах для изучения его работы.

В предыдущих частях статьи было рассказано о триггерах типа RS и D. Этот рассказ будет неполным, если не упомянуть JK триггер. Также как и D триггер он имеет расширенную входную логику. В серии 155 это микросхема К155ТВ1 выпускающаяся в корпусе DIP-14. Ее цоколевка, или как теперь говорят, распиновка (от английского PIN — вывод) показана на рисунке 1а. Зарубежные аналоги SN7472N, SN7472J.

Если, какой-либо вывод в конкретной схеме не используется, то вполне допустимо просто его не показывать, как показано на рисунке 1б.

Описание и назначение выводов

Триггер К155ТВ1 имеет прямой и инверсный выходы. На рисунке это соответственно выводы 8 и 6. Назначение их такое же, как и у ранее рассмотренных триггеров типа D и RS. Инверсный выход начинается маленьким кружочком.

По входам R и S триггер работает так же, как простой RS триггер. Рабочим для этих входов является низкий уровень, что показано кружочками у основания выводов. Как и у D – триггера эти входы являются приоритетными: появление и удержание на каком либо из них низкого уровня запрещает работу остальных входов, а короткий отрицательный импульс переведет триггер в соответствующее состояние вплоть до следующего импульса на входе C.

Вход C – тактирующий. При работе триггера в счетном режиме он играет роль информационного, — именно на него поступают счетные импульсы. В режиме приема и хранения информации он служит тактирующим, его назначение подобно аналогичному входу D – триггера, но логика работы несколько иная и определяется состоянием JK входов.

Рисунок 1. Цоколевка микросхемы К155ТВ1.

J и K — управляющие входы триггера. Они объединены по схеме 3И, что на условном графическом обозначении показано знаком & — логическое И. Достаточно часто в схемах эти входы просто соединяются вместе, получается как будто по одному J и по одному K входу. В некоторых сериях микросхем также имеются JK триггеры, они также называются ТВ1, но в отличие от 155 серии, имеют по одному J и K входу. Логика работы по этим входам совершенно такая же как, и у К155ТВ1, только не надо собирать воедино 3 логических сигнала высокого уровня. Примером таких микросхем могут служить, например, К176ТВ1, К561ТВ1, К1564ТВ1.

Изучение логики работы JK триггера

Чтобы более подробно познакомиться с работой JK триггера, надо просто включить его, как в предыдущей статье, на макетной плате и вручную подать входные сигналы. Ведь, согласитесь, что можно наизусть выучить самоучитель игры на гитаре или баяне, но, не взяв инструмент в руки, играть не научишься. Также и в случае с микросхемами: пока не проведешь простейших опытов, понять смысл работы будет тяжело.

В качестве входных сигналов, так же, как при изучении D триггера, будем использовать проволочную перемычку, соединенную с общим проводом.

Схема для испытания JK триггера К155ТВ1 показана на рисунке 2.

Рисунок 2. Испытания JK триггера К155ТВ1.

Напряжение питания подается как обычно на 14 и 7 выводы микросхемы, что обозначено на схеме в виде проводников со стрелками.

Для визуального наблюдения за состоянием триггера к его выходам, прямому и инверсному, подсоединены светодиодные индикаторы. Такой же индикатор подключен к входу C. Свечение светодиода указывает наличие на данном выходе уровня логической единицы (2,4…5В). На входе C будет индицироваться уровень выходного сигнала генератора импульсов, подключенного к входу C. Конечно, состояние входов и выходов при такой низкой частоте вполне возможно наблюдать с помощью обыкновенного вольтметра, но это не очень удобно.

Работа JK триггера по RS – входам

Хотя схема получилась очень простая перед включением, как обычно, следует проверить ее на отсутствие ошибок, коротких замыканий и обрывов: даже простое включение питания в обратном направлении может привести микросхему у негодность. Это правило следует запомнить и применять его во всех подобных случаях, даже если это просто электрическая схема без полупроводниковых приборов.

Итак включаем. При первом включении обязательно должен зажечься один из светодиодов на выходе, какой неизвестно. Это обусловлено переходными процессами при включении. Теперь будем подавать низкий логический уровень, пользуясь вышеупомянутой проволочной перемычкой, поочередно на R и S входы. При этом светодиоды на выходе должны поочередно переключаться, индицируя состояние триггера. Такой режим работы называется асинхронным – он не требует дополнительных стробирующих (разрешающих, тактирующих) сигналов.

Подавать одновременно низкий уровень сразу на R и S входы не следует: такое состояние для триггера считается запрещенным. Хотя к необратимым последствиям в виде выхода микросхемы из строя не приведет, состояние выходов в таком случае будет неизвестным, не отвечающим логике работы триггера. Если все нормально, то можно перейти к опытам по изучению работы триггера по JK – входам.

Что произойдет, если с помощью проволочной перемычки подавать низкий уровень на JK входы? Ровным счетом ничего: триггер будет хранить предыдущее состояние, что будет видно по свечению индикаторов. Для того, чтобы эти входы могли влиять на состояние триггера, необходимо на вход C подать импульсы от генератора, схема которого показана на рисунке 3. Для его сборки понадобится дополнительная микросхема К155ЛА3. Частота следования и длительность импульсов должна быть такова, чтобы было возможно визуальное наблюдение за состояниями триггера.

Рисунок 3. Генератор тактовых импульсов.

Работа JK триггера в счетном режиме

Если JK входы соединить, как показано на рисунке 2а, то триггер будет работать в счетном режиме: состояние триггера будет изменяться с каждым входным импульсом. Резистор R4 показан на схеме пунктиром – его можно и не ставить, ведь неподключенные входы все равно находятся в состоянии логической единицы. Главным назначением этого резистора является защита от помех через входы JK.

Временная диаграмма работы JK триггера показана на рисунке 2б, и она очень похожа на подобную диаграмму для D – триггера. Основное отличие состоит в том, что изменение состояния триггера происходит не по положительному перепаду уровня на входе C, а по отрицательному – переходу уровня входного импульса из высокого уровня в низкий.

Нетрудно заметить, что частота импульсов на выходе триггера ровно в два раза ниже, чем частота входных импульсов. Поэтому триггеры в счетном режиме часто используются как делители частоты на два. Два триггера включенные последовательно разделят частоту на четыре, а три триггера уже на восемь и так далее по степени числа 2.

Если требуется делитель частоты с нечетным коэффициентом деления, то используются несколько триггеров с обратными связями, но об этом будет рассказано в следующей части статьи о счетчиках и формирователях импульсов.

Из сказанного можно сделать вывод: если JK входы одновременно находятся в состоянии логической единицы (высокого уровня), триггер работает в счетном режиме. Это значит, что по каждому отрицательному перепаду уровня на входе C состояние триггера меняется на противоположное.

Работа триггера по JK – входам

Что произойдет, если на входах JK одновременно будет присутствовать уровень логического нуля? Чтобы это проверить, достаточно хотя бы по одному JK входу (напомним, что К155ТВ1 имеет по 3 J и 3 K входа, объединенных по схеме 3И) замкнуть на общий провод. Но можно соединить с общим проводом и все входы JK, это уже непринципиально. По светодиодным индикаторам увидим, что тактовые импульсы приходят, а состояние триггера не меняется. В состоянии, когда на J и K входах логический нуль, JK – триггер находится в режиме хранения информации.

Осталось рассмотреть два случая. Случай первый – когда на входе J высокий уровень, а на входе K низкий. В этой ситуации триггер по входу C установится в единичное состояние – светится индикатор HL3, присоединенный к прямому выходу триггера. HL2, конечно же, погашен.

Если состояние JK входов в дальнейшем не изменится, то каждый импульс на входе C также будет стремиться установить триггер в единичное состояние, хотя он уже в нем находится. В таком случае говорят, что по входу C просто подтверждается предыдущее состояние триггера в данном случае единичное.

Второй случай, когда на J входе нуль, а на входе K единица. При таком состоянии на JK входах первым же импульсом на входе C триггер установится в нуль (сбросится) – погаснет индикатор HL3 и включится HL2. Если состояние JK входов меняться не будет, то по входу C также происходит подтверждение состояния, как было написано выше, только на этот раз нулевого.

Итак, чтобы было проще запомнить, подведем итог: две единицы на входах JK это счетный режим. Подразумевается, что выполнено условие 3И для JK входов: единица на всех трех входах J, а также единица и на всех трех входах K.

Два нуля на JK входах – режим хранения информации: импульсы на входе C состояния триггера изменить не смогут. Для получения такого состояния достаточно, чтобы хотя бы на одном входе J И хотя бы на одном входе K был уровень логического нуля.

В случае, когда на всех трех J – входах высокий уровень, триггер устанавливается в единичное состояние. При этом хотя бы на одном из 3 входов K должен присутствовать низкий уровень.

Чтобы сбросить триггер, нуль должен присутствовать хотя бы на одном из входов J, а на всех трех входах K должна удерживаться единица.

Все, что было написано выше, можно посмотреть в таблице истинности для триггера К155ТВ1, которая показана на рисунке 4.

Рисунок 4. Таблица истинности для микросхемы К155ТВ1.

Триггеры различных типов применяются также в качестве элементов счетных устройств, или просто счетчиков, а также в качестве формирователей импульсов. Об этом будет рассказано в следующей части статьи о логических микросхемах.

Продолжение статьи: Логические микросхемы. Часть 10. Как избавиться от дребезга контактов

Электронная книга — руководство про микроконтроллеры AVR для начинающих

Корпус ИМС К155ТВ1
Корпус ИМС КМ155ТВ1
Условное графическое обозначение
Электрические параметры
Зарубежные аналоги
Литература

Микросхема представляет собой два независимых тактируемых J-K триггера с установкой в 0 и 1. Считывание информации с входов J и K происходит во время положительного перепада на входе С, а на выходы она передается во время отрицательного перепада. наличие низкого уровня на входах R и S одновременно дает неопределенное состояние на выходах. Логические уровни на J и K не должны изменяться, пока на С высокий уровень. Если соеденить выводы J и K триггер будет работать как обычный счетный (делить частоту на 2).
Корпус К155ТВ1 типа 201.14-2, масса не более 1 г и у КМ155ТВ1 типа 201.14-8, масса не более 2,2 г.

Корпус ИМС К155ТВ1
Корпус ИМС КМ155ТВ1
Условное графическое обозначение
1 — свободный;
2 — вход R;
3-5 — входы J1-J3;
6 — выход Y2;
7 — общий;
8 — выход Y1;
9-11 — входы K1-K3;
12 — вход C;
13 — вход S;
14 — напряжение питания;
Электрические параметры

1 Номинальное напряжение питания 5 В 5 %
2 Выходное напряжение низкого уровня не более 0,4 В
3 Выходное напряжение высокого уровня не менее 2,4 В
4 Напряжение на антизвонном диоде не менее -1,5 В
5 Входной ток низкого уровня
&nbsp &nbsp по входам 3-5,9-11
&nbsp &nbsp по входам 2,12,13
&nbsp
не более -1,6 мА
не более -3,2 мА
6 Входной ток высокого уровня не более 0,04 мА
7 Входной пробивной ток не более 1 мА
8 Ток короткого замыкания -18…-55 мА
9 Ток потребления не более 20 мА
10 Потребляемая статическая мощность не более 105 мВт
11 Время задержки распространения при включении не более 40 нс
12 Время задержки распространения при выключении не более 25 нс
13 Тактовая частота не более 15 мГц

Зарубежные аналоги

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *