Путеводитель в мир электроники. Книга 2
Шрифт:
Триггер Шмитта по своему функционированию напоминает буферный элемент, поскольку не выполняет никакой логической операции (может использоваться как обычный буфер). Но в отличие от обычных элементов, он обладает, гистерезисом при переключении и предназначен для формирования цифровых сигналов на выходе с крутыми фронтами (для исключения ложных срабатываний) при медленном изменении уровня сигнала на входе, например для сопряжении цифровой схемы с аналоговой или с механическими контактами кнопок и переключателей. Метод получения гистерезиса при помощи положительной обратной связи мы уже рассматривали в главе 13, когда речь шла об аналоговых компараторах.
На практике часто используются триггеры Шмитта как с одиночным инвертирующим триггером, так и с логикой 2И-НЕ на входе, рис. 14.22.
Рис. 14.22. Триггеры
Если вам не удалось приобрести одиночный триггер Шмитта, то его можно заменить эквивалентом, собранным на двух обычных инверторах, как это показано на рис. 14.23, но для этого придется. установить дополнительные резисторы, как показано.
Рис. 14.23. Замена инвертирующего элемента триггера Шмитта его аналогом на двух инверторах
Рис. 14.24 поясняет процесс переключения такого элемента.
Рис. 14.24. Гистерезисная характеристика триггера Шмитта (с инверсией сигнала и диаграммы напряжений, поясняющие работу
На них удобно выполнять генераторы импульсов, как это показано на рис. 14.25.
Рис. 14.25. Генератор импульсов на основе триггера Шмитта
RS-триггер (его вид и эквивалентная структура, но собранная на двух отдельных элементах 2ИЛИ-НЕ, приведены на рис. 14.26).
Рис. 14.26. RS-триггер, таблица истинности для прямого выхода Q и его внутренняя структура
Входы имеют уникальные названия: S (set) — установка, R (reset) — сброс. Работу триггера поясняет приведенная таблица истинности, где Q(t) — состояние выхода до появления управляющего входного сигнала, a Q(t+1) — последующее состояние (для инверсного выхода, если он есть, все то же самое, только наоборот).
При подаче на оба входа триггера (R и S) уровня логической единицы состояние — на выходах не определено (непредсказуемо), поэтому такой сигнал является запрещенным и обычно, не используется. Для установки на выходе Q логической единицы необходимо подать лог. 1 на вход S, и наоборот — для установки лог. 0 достаточно кратковременно подать лог. 1 на входе R. При нулевых уровнях на входах состояние триггера не изменяется — это состояние называется режимом хранения. При включении питания состояние триггера не определено — он может с равной вероятностью иметь на выходе Q как единицу, так и ноль.
Среди серии 561 в качестве RS-триггеров могут использоваться микросхемы приведенные на рис. 14.27.
Рис. 14.27. Микросхемы
Реальные микросхемы, выпускающиеся промышленностью, чаще всего являются совмещенными — их можно использовать и в качестве RS-триггеров, и в качестве других типов триггеров. Это на практике оказывается удобнее, чем применять триггеры «в чистом виде».
На рисунке из трех типов микросхем только одна является в чистом виде RS-триггером (561TP2). Две остальные многофункциональны, но если у них дополнительные входы не использовать (т. е. подключить к общему проводу), а сигналы подавать только на R и S входы, то мы получим типичный RS-триггер.
В одном корпусе у микросхемы 561ТР2 имеется четыре независимых триггера, а дополнительный вход EZ (если на нем лог. 0) позволяет переводить выходы всех триггеров в Z-состояние.
D-триггер — имеет и другое название — триггер с задержкой на такт (типичный вид его показан на рис. 14.28).
Рис. 14.28. D-триггер, диаграмма напряжений и таблица истинности, поясняющая его работу
Вход D (data — информация) называется информационным, а вход С (clock — часы) — синхронизирующим. Работает триггер следующим образом. При подаче тактового импульса на вход С, представляющего собой, например, перепад логического сигнала из низкого уровня в высокий (об этом указывает наклонная черта у вывода, как показано на рис. 14.28), происходит запись логического сигнала, установленного на входе D, в триггер. Логический сигнал, записанный в триггере, появляется на прямом и инверсном выходах (Q и Q), как показано на временной диаграмме, представленной на том же рисунке.
Среди микросхем 561 серии в режиме D-триггера могут работать 561ТМ2 (в этом случае входы R и S соединяются с общим проводом), 561ТВ1 (входы J и К объединяются и используются как D, a R и S соединяются с общим проводом), а также 561ТМЗ (рис. 14.29).
Рис. 14.29. D-триггер из серии 561
Последняя микросхема содержит четыре триггера, имеющих индивидуальные входы D и два выхода (прямой и инверсный), но вход тактовый (С) у всех триггеров общий, к тому же имеется возможность переключать момент срабатывания триггеров при помощи входа V (если на нем низкий уровень — информация появится на выходе по переднему фронту на С, а если высокий — по заднему).
Т-триггер легко сделать из D-триггера, соединив информационный вход и инверсный выход, как показано на рис. 14.30.
Рис. 14.30. Т-триггер (а), преобразование D-триггера в Т-триггер (б) и поясняющая его работу диаграмма (в)
Этот триггер обладает удивительным свойством — он делит на 2 частоту сигнала, поступающего на вход С. Т-триггер находит применение в счетчиках цифровых сигналов, о которых мы поговорим чуть позже.