Защелки, срабатывающие по фронту:триггеры

До сих пор мы изучали схемы защелок S-R и D с разрешающими входами. Защелка реагирует на ввод данных (S-R или D) только тогда, когда активируется вход разрешения. Однако во многих цифровых приложениях желательно ограничить срабатывание схемы защелки очень коротким периодом времени вместо всей продолжительности активации разрешающего входа.

Один из методов включения схемы мультивибратора называется запуск по фронту . , где входы данных схемы имеют управление только в то время, когда вход разрешения переходит из одного состояния в другое.

Давайте сравним временные диаграммы для нормальной D-защелки с синхронизацией по фронту:

На первой временной диаграмме выходы реагируют на вход D всякий раз, когда на входе разрешения (E) высокий уровень, сколько бы он ни оставался высоким. Когда сигнал включения возвращается в низкое состояние, цепь остается заблокированной.

На второй временной диаграмме мы отмечаем отчетливо различный отклик на выходе (ах) схемы:он реагирует на вход D только в тот короткий момент времени, когда разрешающий сигнал изменяется , или переходы , от низкого к высокому. Это называется положительным . срабатывание по фронту.

Есть такое понятие, как негативный запуск по фронту, и он дает следующий ответ на те же входные сигналы:

Всякий раз, когда мы включаем схему мультивибратора на переходном фронте прямоугольного сигнала разрешения, мы называем это триггером вместо защелки .

Следовательно, схема S-R с запуском по фронту более правильно известна как триггер S-R, а схема D с запуском по фронту - как D-триггер. Сигнал включения переименован в часы . сигнал. Кроме того, мы называем входы данных (S, R и D соответственно) этих триггеров синхронными . входов, поскольку они действуют только во время фронта (перехода) тактового импульса, тем самым синхронизируя любые изменения выхода с этим тактовым импульсом, а не по прихоти входных данных.

Но как нам на самом деле добиться этого срабатывания по краю? Создать «стробируемую» защелку S-R из обычной защелки S-R достаточно просто с помощью пары логических элементов И, но как реализовать логику, обращающую внимание только на нарастающий или спадающий фронт меняющегося цифрового сигнала?

Нам нужна цифровая схема, которая выдает короткий импульс всякий раз, когда вход активируется в течение произвольного периода времени, и мы можем использовать выход этой схемы для кратковременного включения защелки. Здесь мы немного забегаем вперед, но на самом деле это своего рода моностабильный мультивибратор, который сейчас мы будем называть детектором импульсов . .

Длительность каждого выходного импульса устанавливается компонентами в самой импульсной цепи. В релейной логике это может быть легко достигнуто за счет использования реле с выдержкой времени с очень коротким временем задержки:

Реализовать эту функцию синхронизации с полупроводниковыми компонентами на самом деле довольно просто, поскольку она использует внутреннюю задержку времени в каждом логическом элементе (известную как задержка распространения ). Что мы делаем, так это берем входной сигнал и разделяем его двумя способами, затем помещаем логический элемент или серию вентилей в один из этих сигнальных трактов, чтобы немного задержать его, а затем вводить как исходный сигнал, так и его задержанную копию в вентиль с двумя входами, который выводит сигнал высокого уровня на короткий момент времени, когда задержанный сигнал еще не догнал изменение уровня сигнала без задержки с низкого на высокий. Пример схемы для создания тактового импульса при переходе входного сигнала с низкого на высокий показан здесь:

Эта схема может быть преобразована в схему детектора импульсов с отрицательным фронтом только с изменением конечного логического элемента с И на ИЛИ:

Теперь, когда мы знаем, как можно сделать детектор импульсов, мы можем показать его подключенным к разрешающему входу защелки, чтобы превратить его в триггер. В данном случае схема представляет собой триггер S-R:

Только когда тактовый сигнал (C) переходит с низкого на высокий, схема реагирует на входы S и R. Для любого другого состояния тактового сигнала («x») схема будет зафиксирована.

Версия триггера S-R с релейной логикой показана здесь:

Контакт реле CR ₃ на лестничной диаграмме занимает место старого контакта E в цепи защелки S-R и замыкается только в течение короткого времени, в течение которого замыкается и C, и контакт TR с выдержкой времени ₁ закрыто. В любом случае (вентильная или лестничная схема) мы видим, что входы S и R не действуют, если только C не переходит из низкого (0) в высокое (1) состояние. В противном случае выходы триггера фиксируются в своих предыдущих состояниях.

Важно отметить, что недействительное состояние для триггера S-R сохраняется только в течение короткого периода времени, когда схема детектора импульсов позволяет включить защелку. По истечении этого короткого периода времени выходы фиксируются либо в установленном, либо в состоянии сброса. И снова проблема состояния гонки . проявляет себя. Без разрешающего сигнала недопустимое состояние выхода не может поддерживаться. Однако допустимые «зафиксированные» состояния мультивибратора - установка и сброс - исключают друг друга. Следовательно, два логических элемента схемы мультивибратора будут «соревноваться» друг с другом за превосходство, и тот из них, который первым достигнет высокого выходного состояния, «выиграет».

Символы блоков для триггеров немного отличаются от символов их соответствующих защелок:

Символ треугольника рядом с тактовыми входами говорит нам, что это устройства, запускаемые по фронту, и, следовательно, что это триггеры, а не защелки. Вышеупомянутые символы запускаются по положительному фронту:то есть они «синхронизируют» нарастающий фронт (переход от низкого к высокому) тактового сигнала. Устройства, запускаемые по отрицательному фронту, обозначены символом пузырька на линии ввода часов:

Оба вышеупомянутых триггера будут «синхронизировать» по заднему фронту (переход от высокого к низкому) тактового сигнала.

ОБЗОР:

• триггер представляет собой схему-защелку со схемой «детектора импульсов», подключенной к входу включения (E), так что она активируется только на короткое время либо по переднему, либо по заднему фронту тактового импульса.
• Цепи импульсного детектора могут состоять из реле с временной задержкой для приложений релейной логики или из полупроводниковых вентилей (используя явление задержки распространения ).

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ТАБЛИЦЫ:

• Рабочий лист "Вьетнамки"