Материал взят из книги
Скачать оригинал КНИГИ в хорошем качестве
Пришло время узнать — что такое простейший триггер. Мы уже говорили, что каждый логический вход обладает триггерным эффектом. Используя более точное определение, триггер — это устройство, которое может находиться в двух (и только в двух) устойчивых состояниях. Триггер, который переходит из одного устойчивого состояния в другое в зависимости от уровня входного сигнала, называется триггером «Шмитта».
В настоящем разделе мы познакомимся с представителем другого вида триггеров. Это так называемый RS-триггер. На рис. 11 изображена схема такого триггера, а на рис. 12 — его условное обозначение. Как видите, схема RS-триггера состоит из двух элементов «И-НЕ». Триггер имеет два входа, которые называются S и R. Вход S называют входом установки (от слова Set — установить). Вход R — это вход сброса (Reset). Триггер также имеет два выхода — Q и Q. Буква с чертой сверху читается, как «не кю». Черта означает, что данный выход инверсный. Выходы Q и Q — это, соответственно, прямой и инверсный выходы триггера. Логика работы триггера такова, что в то время, когда на одном из выходов присутствует логический ноль, на другом обязательно будет логическая единица. И наобооот.
Посмотрим, как работает В8-триггер. В исходном состоянии на оба входа триггера необходимо подать сигналы логической единицы. При этом триггер может находиться в одном из двух устойчивых состояний. Либо на выходе О логическая единица, а на С) логический ноль, либо, наоборот. При первом включении триггер устанавливается в одно из этих состояний случайным образом.
Рассмотрим все это подробнее. Допустим, что после включения, триггер установился в положение, когда на выходе 9 логический ноль. Тогда на верхнем входе нижнего по схеме элемента (см. рис. 11) будет присутствовать лог. О, а на нижнем — лог. 1. В соответствии с логикой работы элемента «И-НЕ» на выходе 9 установится сигнал лог. 1. Эта единица поступает на нижний вход верхнего элемента. При этом уровни сигнала на обоих входах этого элемента окажутся равными логической единице. При совпадении двух единиц на входах схемы «И-НЕ» на ее выходе появится логический ноль. Этот ноль подтверждает состояние на выходе первого элемента.
Таким образом, мы убедились, что триггер находится в устойчивом состоянии. Триггер может находиться в этом состоянии достаточно долго. А точнее до тех пор, пока не изменится сигнал на одном из его входов. Представьте себе, что при включении триггер установился в противоположное состояние. То есть на входе (} — лог. 1, а на О — лог. 0. Легко убедиться, что это состояние такое же устойчивое, как и первое.
Теперь посмотрим, как происходит переход триггера из одного устойчивого состояния в другое. Для того, чтобы переключить триггер, нужно кратковременно подать на один из его входов сигнал лог. 0. Допустим, триггер находится в том положении, с которого мы начали. А именно: на выходе 0 лог. 1, а на О — лог. 0. Представим, что на вход К подается сигнал логического нуля. Проследим по схеме, что же произойдет с нашим триггером. На входах нижнего по схеме элемента вместо двух логических единиц, появятся два разных сигнала. На верхнем входе пока останется лог. 1, а на нижнем появится логический ноль. В следующий момент времени, в соответствии с логикой работы элемента «И-НЕ» на его выходе сигнал сменится с низкого уровня на высокий. Этот высокий уровень поступит на нижний вход верхнего по схеме логического элемента.
Теперь на обоих входах верхнего элемента присутствуют сигналы логической единицы. А это значит, что на его выходе тут же появится логический ноль. Он поступит на верхний вход нижнего по схеме элемента. Теперь, даже если уровень сигнал на входе К снова станет равен логической единице, на выходе нижнего по схеме элемента ничего не изменится. Там останется логическая единица. Таким образом, наш триггер переходит в другое устойчивое состояние. Для обратного переключения нужно подать такой же отрицательный импульс на вход Б.
Описанный Е^-триггер можно уже считать простейшим устройством для хранения одного бита цифровой информации. Один бит — это один двоичный разряд или величина, которая может принимать только два значения (Да и Нет). Если одно из устойчивых состояний триггера принять за единицу, а второе за ноль, то мы получаем возможность записывать туда значение одного бита двоичного числа. Состояние бита мы всегда можем видеть на выходе Q. Если триггер хранит единицу, то на выходе Q единица. Если ноль, то там, соответственно, ноль. В свою очередь, на выходе Q мы увидим сигнал, инверсный хранимому в триггере значению. Теперь становится более понято, почему входы триггера были названы Set и Reset. Вход S (Set) устанавливает триггер в единичное состояние, а вход R (Reset) сбрасывает его в нулевое. При наличии достаточного количества таких триггеров, можно хранить любое двоичное число.
На самом деле, RS-триггеры редко используются для хранения двоичных чисел. Для этого существуют другие, более сложные триггеры, о которых мы поговорим немного позже. Описываемые же RS-триггеры нашли немного другое применение в микропроцессорной технике. Чаще всего они применяются в качестве антидребезгового устройства.
Такая задача, как борьба с дребезгом контактов, очень актуальна. Поэтому на этом вопросе я также хочу остановиться подробнее. Дело в том, что в цифровой и микропроцессорной технике редко удается обойтись без различных кнопок или контактов. С их помощью на микропроцессорное устройство подаются различные команды, реализуются датчики и т.д. Применение механических контактов приносит дополнительную проблему.
Как бы качественно ни был выполнен контакт, он никогда не замыкается и не размыкается мгновенно. В момент замыкания, когда два контакта еще только-только коснулись друг друга, и еще не плотно прижаты, происходит этот самый дребезг. То есть множественное замыкание и размыкание цепи. В результате на вход микропроцессорного устройства поступает не единичный перепад напряжения, а целая пачка импульсов (см. рис. 13.). Цифровые микросхемы обладают настолько большим быстродействием, что для них такая пачка импульсов выглядит, как несколько нажатий клавиши. Если бы не применялись антидребезговые устройства, то мы никогда бы не смогли набрать текст на клавиатуре компьютера. При нажатии на каждую клавишу выскакивала бы не одна, а несколько одинаковых букв. Существует множество схемных и программных ухищрений, позволяющих избавиться от дребезга контактов. Один из таких способов основан на применении ДБ-триггера.
Например, антидребезговое устройство для контакта датчика поворота антенны в схеме позиционера вполне может быть выполнено так, как показано на рис. 14. Такая схема требует применения в качестве датчика не простого контакта, работающего на замыкание, а переключающего. Как видно из схемы, на оба входа ДБ-триггера через токоограничивающие резисторы подано напряжение питания. Поэтому, если контакт датчика не замыкает соответствующий вход на общий провод, то на нем, благодаря резистору, присутствует напряжение, которое соответствует сигналу логической единицы.
Если контакт замыкает вход на общий провод, то на нем напряжение падает до нуля, что соответствует логическому нулю. Во время поворота антенны кулачек, укрепленный на оси редуктора, периодически, синхронно с поворотом антенны, переключает подвижный контакт датчика из одного положения в другое. При этом контакт соединяет с общим проводом то один из входов ЯБ-триггера, то другой. При этом триггер переключается из одного устойчивого положения в другое. Контактная система должна быть устроена таким образом, чтобы в процессе переключения подвижный контакт сначала отключался от верхнего по схеме неподвижного контакта и какое-то время обязательно находился в среднем положении, не касаясь ни одного из них. И только затем он должен замкнуться с нижним по схеме неподвижным контактом.
В результате в момент размыкания с верхним контактом и все время, пока подвижный контакт не касается ни одного из неподвижных, триггер не изменяет своего состояния, так как на обоих входах ЯБ-триггера в этот момент логические единицы. В момент замыкания подвижного контакта с любым из неподвижных, происходит дребезг. Но лишь при самом первом касании происходит изменение состояния триггера. Остальные импульсы, обусловленные дребезгом, уже не изменят его состояния. В результате, на выходе схемы мы получим чистый сигнал, не «засоренный» дребезгом.
На самом деле в той схеме позиционера спутниковой антенны, которую мы еще будем подробно изучать, для избавления от дребезга такой способ не применяется. Одна из причин, почему эта схема оказалась не приемлема — это то, что в стандартных поворотных устройствах (актюаторах), в качестве датчика поворота антенны всегда применяется простейший контакт на замыкание.
В предыдущем разделе мы узнали, что для хранения информации можно использовать даже простейший Я8-триггер. Но в цифровой техники имеются элементы более подходящие для этой цели. К ним можно отнести О-триггеры, Ж-триггеры и, основанные на них, различные регистры. Рассмотрим все это по порядку.
Начнем с О-триггера. Схемное обозначение типичного О-триггера приведено на рис. 15. На рисунке изображен не просто О-триггер, а комбинированный элемент, в котором элементе объединены два триггера. Как видно из рисунка, у этого составного элемента имеются уже знакомые нам входы К и Б. Если использовать только эти входы, то мы получим обычный Я8-триггер. При работе в режиме О-триггера на входах Я и Б должен присутствовать сигнал лог. 1. В этом режиме переключение триггера происходит под воздействием сигналов на входах О и С.