Триггерные цепочки. 
Технические средства автоматизации и управления

Элементарная ячейка триггера, описанная выше, может использоваться в переключательных схемах различным образом. Распространенным способом использования является построение разнообразных триггерных цепочек, когда выход предыдущего триггера является входом последующего. В этих цепочках используется тот факт, что триггер перебрасывается из одного в другое возможное стабильное состояние только от фронта (переднего или заднего) входного сигнала. Значит, для возникновения и для снятия одного импульса на выходе триггера требуется два фронта на входе, т. е. два входных сигнала. Таким образом, триггер является делителем на два частоты импульсных сигналов, поступающих на его вход. На рис. 9.3 изображена цепочка из последовательно соединенных триггеров с одним счетным входом и двумя взаимно инверсными выходами. Каждый из триггеров, составляющих цепочку, изображен в соответствии с существующими правилами.

Если на счетный вход первого триггера подавать серию импульсов (так называемый унитарный код), то на его выходе импульсы будут появляться вдвое реже, располагаясь между передними (задними) фронтами входных импульсов.

Таким образом, в цепочке комбинация триггеров, находящихся в состоянии 1 и 0, будет представлять собой двоичную параллельную запись общего количества импульсов, поступивших на счетный вход первого триггера. Это число может быть считано в результате наблюдения, какие из неоновых лампочек, связанных с напряжениями в плечах триггерных ячеек, светятся, а какие нет. Этот пакет напряжений может быть использован и иным образом в цифровых схемах автоматики и управления.

Например, если на счетный вход первого триггера всего было подано 13 импульсов, то выход первого триггера будет в состоянии 1, на вход второго триггера поступит 13/2 = 6(1) импульсов, на вход третьего — 6 / 2 = 3 (0) импульса, а на вход четвертого — 3 / 2 = 1 (1) импульс. Таким образом, триггеры цепочки окажутся в состоянии 1101, что является двоичной записью числа 13. Заметим, что в описанной схеме двоичное число в параллельном коде записывается слева направо, т. е. крайний левый двоичный разряд является и самым младшим. Это не имеет никакого значения для использования такой схемы.

Рис. 9.3. Цепочка из последовательно соединенных триггеров со счетным входом.

Рис. 9.4. Схема параллельного регистра.

Совокупность триггеров, предназначенная для хранения информации в виде параллельного двоичного кода, носит название параллельного регистра. Пример параллельного регистра, построенного на триггерах с раздельными входами, показан на рис. 9.4.

Работает приведенная схема следующим образом. Сначала обнуляющий сигнал / устанавливает все триггеры в начальное (нулевое) состояние. Появление сигнала w на разрешающей шине записи открывает все входные вентили (схемы «И») и пропускает значения разрядов Х_к на соответствующие входы триггеров. При отсутствии сигнала на шине записи (при w = 0) изменения Х_к не влияют на состояния триггеров. Число, записанное и сохраненное в виде состояний триггеров, появляется на выходах Y_k в момент появления сигнала считывания (расшифровки) Zy открывающего выходные вентили (схемы «И»). Одна строчка триггеров может быть использована для записи информации, поступающей из нескольких мест (например, для переписывания чисел из нескольких других регистров), а также для передачи ее нескольким другим устройствам. В этом случае каждый триггер имеет несколько вентилей на входе или на выходе. Если блок, к которому с регистра направляется выходная информация, имеет запирающиеся входы, то в самом рассматриваемом регистре блокирование считывания производить не нужно, и выходные вентили (схемы «И») могут быть исключены из схемы данного регистра.

Для описанной схемы характерны три такта работы:

• • обнуление (очистка памяти);
• • запись информации;
• • считывание информации.

Иногда, когда формирование обнуляющего сигнала / оказывается затруднительным, применяется так называемая двухканальная (парафазная) запись информации. Подобная схема (для одного разряда) приведена на рис. 9.5.

При этом способе записи входы обнуления используются только один раз для общего начального обнуления триггерной цепочки (например, после включения питания). Перед каждым новым вписыванием информации специального обнуления не производится. Информация данного разряда Х_к и ее инверсия подаются при открытии входного вентиля записи на два различных входа триггера, устанавливая его в положение, определяемое значением Х_к.

Рис. 9.5. Схема одного разряда параллельного регистра для двухканальной (парафазной) записи.

В обоих рассмотренных вариантах триггерных регистров число заносится в разряды в момент подачи этого числа на входы регистра. Такие регистры называются статическими. Наряду с ними существуют и динамические регистры, в которых входное число записывается в момент изменения тактового синхронизирующего сигнала, и это то число, которое соответствует состоянию входов на этот момент. Соответственно разрядными ячейками таких регистров должны являться так называемые синхронные триггеры, т. е. такие триггеры, которые имеют специальный вход для синхронизирующего сигнала и изменяют свое состояние в строго определенные моменты времени, определяемые подачей этого синхронизирующего сигнала. Наиболее распространенным способом реализации такого рода синхронизации является применение специальных линий задержки или элементов задержки (обычно на один такт подачи синхронизирующего сигнала), обеспечивающих задержку времени запоминания состояния. Противоположностью этому являются используемые в статических регистрах асинхронные устройства, примером которых является триггерная схема, рассмотренная в предыдущем параграфе. В асинхронных устройствах изменения внутренних состояний и связанных с ними выходных сигналов вызываются непосредственно изменениями состояний входов. При этом «новое» состояние асинхронной схемы однозначно определяется «старым» ее состоянием и значением информации, подаваемой на вход триггерной схемы в данный момент. Естественно, что длительность подачи сигнала на входы схемы должна быть такой, чтобы схема успела среагировать на нее.

Наряду с рассмотренными параллельными регистрами широко применяются такие типовые триггерные схемы как последовательные регистры, чаще называемые сдвиговыми.

Сдвиговым или последовательным регистром (иногда. употребляют термин сдвигающий регистр) называется цепочка триггеров, соединенных таким образом, что информация с каждого триггера передается соседнему триггерному разряду в отличие от ранее рассмотренного параллельного регистра, где состояние каждого триггерного разряда могло поступать лишь на выход. Разрядные ячейки сдвигового регистра представляют собой синхронные триггеры, переключаемые фронтом тактового сигнала. На рис. 9.6, а приведена принципиальная схема такого устройства, а на рис. 9.6, б — его временная диаграмма.

Сдвигаемая входная информация записывается в последовательном (унитарном) коде через вход Регистр предварительно обнуляется общим сбрасывающим сигналом /. Информацию можно также записать в параллельном коде через входы Л',…, X_v что аналогично случаю параллельного регистра. В качестве выходов регистра можно использовать выходы триггеров каждого разряда. В этом случае считываемая величина также представляется параллельным двоичным кодом. При подаче тактового сигнала состояние каждого триггера заносится в расположенный справа от него триггер. Таким образом, число, имеющееся в регистре, сдвигается на один разряд вправо.

Существуют такие схемы сдвиговых регистров, в которых можно управлять выходами триггерных разрядов, направляя их.

Рис. 9.6. Схема и временная диаграмма работы сдвигового регистра.

в зависимости от тактового сигнала соответствующими вентилями (схемами «И») в соседние разряды, находящиеся либо справа, либо слева от данного триггерного разряда. Такие сдвиговые регистры называются реверсивными. Они позволяют сдвигать записанное в них число как вправо, так и влево.

Заметим, что блокирование тех или иных входов и выходов триггера может осуществляться внутри самой его схемы, и тогда необходимость во внешних вентилях отпадает.