Посвящение в радиоэлектронику
Шрифт:
Итак, триггер является устройством, которое может находиться в двух устойчивых состояниях: взведен — 1, спущен — 0. Причем в каждом из состояний триггер может пребывать как угодно долго, и никаких внешних воздействий для поддержания этого состояния не требуется. Внешнее воздействие нужно только для переключения триггера из одного состояния в другое. Собственно, свойствами триггера обладает выключатель электрической лампы в вашей комнате. Но и в охотничьем ружье, и в выключателе триггерными свойствами наделены механические устройства с крючками, защелками и пружинами. А вот и схема простейшего триггера на двух транзисторах — без всяких пружин и механических движущихся частей.
Триггер на транзисторах.
Если
Появится коллекторный ток, напряжение на коллекторе V2 уменьшится, что приведет к закрыванию транзистора V1 и к еще большему открыванию транзистора V2. Этот лавинообразный процесс переключит триггер в другое устойчивое состояние, когда транзистор V1 закрыт, a V2 полностью открыт.
Триггер можно выполнить и на двух уже рассмотренных нами логических элементах — инверторах. Два входа соединяются крест-накрест с выходами элементов, а два других входа можно использовать как установочные. Вход S — вход установки 1. Если этот вход соединить с общим проводом, то на выходе верхнего элемента появится уровень 1. Этот уровень, действуя на вход нижнего элемента, установит 0 на его выходе, а значит, и на втором входе верхнего элемента. Триггер «защелкнется» и будет находиться в этом состоянии до тех нор, пока на вход R– вход «сброса» — не будет подан сигнал логического 0. Тогда триггер переключится, и на верхнем (по схеме) выходе установится низкий уровень 0, а на нижнем высокий уровень 1. Триггер с раздельными входами называют RS– триггером. Оба элемента удобно объединить в одной микросхеме, так обычно и делают. Более того, триггер оснащают еще и входной логикой, позволяющей включать его в разных режимах работы.
R-S– триггер на элементах 2И-НЕ.
Например, делают совместно с R– и S– входами счетный вход С. При поступлении импульса на счетный вход триггер переключается в состояние, противоположное тому, в котором он был ранее. Пользуясь счетным входом, очень просто осуществить деление частоты поступающих импульсов на два. Вот как это делается.
Входы S и R не использованы, а на счетный вход подана последовательность импульсов. Триггер переключается каждым отрицательным перепадом входного сигнала, в результате на выходе импульсы следуют вдвое реже, чем на входе.
Делитель частоты на два.
Сконструирован D– триггер — прекрасное устройство запоминания информации. На вход D подается исходный сигнал, но состояние триггера не изменится до тех пор, пока на вход С не будет подан импульс — команда записи. Тогда на выходе триггера установится такой же уровень, какой был на входе в момент записи. Это состояние не изменится, пока на вход С не будет подана новая команда. Предположим, что нам надо записать некоторое число в двоичном коде, например 01001110. Каждый разряд этого числа передается но отдельному проводу (так называемый параллельный ввод). Мы подключаем все провода к D– входам триггеров, а все входы С соединяем вместе. На эту шину подается команда
Все триггеры устанавливаются в состояние, соответствующее уровням на входах D, и число записано. Оно будет храниться неограниченно долго, пока на входы С не подадут новую команду для записи другого числа.
D– триггер.
А что делать, если информация поступает последовательно, по одному-единственному входу? Последовательно вводимую информацию тоже можно записать с помощью триггеров, только соединить их следует по-другому. Представьте шеренгу солдат, застывших в строю. Звучит команда: «По порядку номеров рассчитайсь!». — «Первый, второй, третий» и т. д. Каждый из солдат по очереди объявляет свой номер, и «точка счета» бежит вдоль строя до самого конца. Подобным образом действует и ряд последовательно соединенных D-триггеров, образующих регистр сдвига. Триггеры в регистре организованы еще лучше, чем солдаты в строю. Каждый из солдат выкрикивает свой номер после того, как крикнет предыдущий, причем задержка в счете зависит от индивидуальных качеств каждого — кто-то среагировал быстро, а кто-то задумался и крикнул свой номер с опозданием.
Параллельный регистр.
Посмотрим теперь на схему триггерного регистра сдвига. На шину записи поступает команда — тактовый импульс. Каждый триггер записывает ту информацию, которая была в предыдущем триггере. Значит, записанная информация (двоичное число) не изменилась, просто все разряды сдвинулись на один шаг вправо. В этот же момент в первый триггер (крайний слева на схеме) можно записать новый разряд числа. Таким образом, для записи упомянутого 8-разрядного двоичного числа нужно восемь триггеров. Тактовые импульсы подаются вместе с поступлением разрядов числа, и после восьмого тактового импульса триггеры устанавливаются в состояние (слева направо) 01001110. Запись закончена. Надо считать число? Подведем еще восемь тактовых импульсов, и на выходном проводе в такт с подаваемыми импульсами появляется информация. Надо вывести информацию в параллельном двоичном коде? Просто сделайте выводы от выхода каждого из триггеров.
Регистр сдвига.
Мы уже говорили, что при интегральной технологии в одном корпусе можно разместить очень много транзисторов, объединенных в логические элементы, триггеры и другие устройства. Поэтому выпускаются уже готовые регистры сдвига на восемь, шестнадцать и более разрядов.
На триггерах легко выполняются и другие устройства цифровой техники, например счетчики импульсов. Не буду утруждать читателя детальным описанием их устройства, расскажу только о входах, выходах и работе одного из самых распространенных счетчиков — двоично-десятичного. Основу его составляют четыре счетных триггера, соединенных последовательно. Первый триггер перебрасывается каждым входным импульсом, второй — каждым вторым, третий — каждым четвертым, и т. д. Таким образом, четыре триггера могут считать до шестнадцати, а пять — до тридцати двух.
Двоичный способ счета у нас не принят, а в повсеместном ходу десятичная система. Поэтому и в десятичном счетчике возможности четырех триггеров полностью не используются, и после установки состояния 1010 на специальном выходе счетчика появляется импульс для переноса в следующий счетчик или следующую декаду. Вот условное изображение двоично-десятичного счетчика. На вход С поступают импульсы, которые нужно сосчитать. Вход R используют для сброса всех триггеров счетчика в нулевое состояние. На выходе >= 10 появляется импульс с приходом каждого десятого входного. А на выходах 1–8 в параллельном двоичном коде появляется сосчитанное число импульсов.
Разработаны и более сложные счетчики. У некоторых есть входы предварительной установки, позволяющие начать счет не с нуля, а с любого наперед заданного числа. Есть реверсивные счетчики, позволяющие считать и «туда» и «обратно», т. е. как в сторону увеличения записанного числа, так и в сторону его уменьшения. Все типы счетчиков можно соединять последовательно для счета и записи многоразрядных чисел.
Рассказ о цифровой технике можно продолжать еще и еще, но, по-моему, пока на этом можно остановиться, ведь мы к ней еще не раз вернемся, главным образом в главе о вычислительной технике.