D триггеры, работающие по фронту (динамические D триггеры)

Основным недостатком простейшего D-триггера (защелки), рассмотренного в предыдущей статье, является наличие режима "прозрачности". Пока на входе синхронизации присутствует высокий потенциал, триггер записывает входную информацию. Для того, чтобы избежать прохождения входного сигнала на выход схемы приходится на вход триггера подавать очень узкие импульсы.

Фронт сигнала синхронизации, в отличие от высокого (или низкого) потенциала, не может длиться продолжительное время. В идеальном случае длительность фронта импульса равна нулю. Поэтому в триггере, запоминающем входную информацию по фронту не нужно предъявлять требования к длительности тактового сигнала.

Динамический D триггер, запоминающий входную информацию по фронту, может быть построен из двух статических D триггеров. Сигнал синхронизации C будем подавать на статические D триггеры в противофазе. Схема триггера, запоминающего входную двоичную информацию по фронту, приведена на рисунке 1.

Внутренняя схема динамического D триггера
Рисунок 1. Схема динамического D триггера, работающего по фронту

Рассмотрим работу схемы, приведенной на рисунке 1 подробнее. Для этого воспользуемся временными диаграммами, показанными на рисунке 2. На этих временных диаграммах обозначение Q' соответствует сигналу на выходе первого статического D триггера. Так как на вход синхронизации второго статического D триггера тактовый сигнал поступает через инвертор, то когда первый триггер находится в режиме хранения, второй пропускает сигнал на выход схемы. И наоборот, когда первый D триггер пропускает сигнал с входа схемы на свой выход, то второй находится в режиме хранения.

Временные диаграммы D триггера, работающего по фронту
Рисунок 2. Временные диаграммы динамического D триггера

Обратите внимание, что сигнал на выходе всей схемы D триггера в целом не зависит от сигнала на входе "D". Если первый D триггер пропускает сигнал данных со своего входа на выход, то второй статический D триггер в это время находится в режиме хранения и поддерживает на выходе предыдущее значение сигнала, то есть сигнал на выходе схемы тоже не может измениться.

В результате проведённого анализа временных диаграмм мы определили, что сигнал в схеме, приведенной на рисунке 1 запоминается только в момент изменения сигнала на синхронизирующем входе "C" с единичного потенциала на нулевой. Это полезно не только с точки зрения формирования синхронизирующего сигнала. На динамических D триггерах, в отличие от статических, можно строить последовательные регистры и счетчики. В англоязычной литературе только такие схемы называют D триггерами.

Условно-графическое обозначение динамического D триггера, запоминающего информацию по фронту тактового сигнала, приведено на рисунке 3.

УГО динамического D триггера
Рисунок 3. Условно-графическое обозначение динамического D триггера

То, что динамический D триггер запоминает входной сигнал по фронту, отображается на условно-графическом обозначении треугольником, изображённым на выводе входа синхронизации. Если запоминание сигнала по входу D происходит по спадающему фронту, то треугольник разворачивают в другую сторону (вершиной ко входу C). То, что внутри динамического триггера находится два статических триггера, отображается в среднем поле условно-графического изображения двойной буквой T.

УГО динамического D триггера с запоминанием по спадающему фронту
Рисунок 4. Условно-графическое обозначение динамического D триггера с запоминанием по заднему фронту

Иногда при изображении динамического входа используют другое обозначение, по какому фронту триггер (или триггеры) изменяет своё состояние. В этом случае используется обозначение входа, как это показано на рисунке 4.

Обозначение динамических входов цифровых микросхем
Рисунок 5. Альтернативное обозначение динамических входов

На рисунке 5а обозначен динамический вход, работающий по переднему (нарастающему) фронту сигнала. На рисунке 5б обозначен динамический вход, работающий по заднему (спадающему) фронту сигнала.

Промышленностью выпускаются готовые микросхемы, содержащие динамические триггеры. В качестве примера можно назвать микросхему 1533ТМ2. В этой микросхеме содержится сразу два динамических триггера. Они изменяют своё состояние по переднему (нарастающему) фронту сигнала синхронизации. Внутренняя схема D-триггеров, примененных в микросхеме 1533ТМ2, содержит дополнительные асинхронные входы R и S. Они позволяют принудительно записывать в D-триггер логический ноль или логическую единицу, как в RS-триггере. Принципиальная схема одного триггера микросхемы 1533ТМ2 приведена на рисунке 5

Принципиальная схема динамического триггера 1533ТМ2
Рисунок 6. Принципиальная схема одного триггера микросхемы 1533ТМ2

Сейчас цифровые схемы чаще всего строятся на заказных микросхемах ASIC или программируемых логических схемах. В них проектирование часто осуществляется не в схемном редакторе, а на языке программирования схем, таких как HDL, VHDL или VERILOG. Описание динамического D триггера на языке verilog приведено в следующем листинге:

module DFF (clock, data, q);
input clock;
input data;
output q;
reg q;
always @(posedge clock) begin
    q <= data;
end
endmodule

Дата последнего обновления файла 20.10.2019

Литература:

  1. Микушин А.В., Сажнев А.М., Сединин В.И. Цифровые устройства и микропроцессоры. СПб, БХВ-Петербург, 2010.
  2. Угрюмов Е. П. Цифровая схемотехника. СПб, БХВ-Петербург, 2010.
  3. Шило В. Л. Популярные цифровые микросхемы. М, Радио и связь, 1987.
  4. Дж. Ф. Уэкерли Проектирование цифровых устройств. М, Постмаркет, 2002.
  5. Шило В. Л. "Популярные микросхемы КМОП" — М.: "Горячая Линия - Телеком" 2002
  6. "CMOS Power Consumption and Cpd Calculation" "Texas Instruments" 1997
  7. "Input and Output Characteristic of Digital Integrated Circuits" "Texas Instruments" 1996
  8. "LOGIC MIGRATION GUIDE" "Texas Instruments" 2004
  9. http://de.ifmo.ru/-ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТНЫЕ СХЕМЫ

Вместе со статьей "D триггеры, работающие по фронту" читают:

статические D-триггерыНазвание D-триггера происходит от английского слова delay — задержка. Конкретное значение задержки определяется частотой следования импульсов синхронизации.
http://digteh.ru/digital/Latch/

RS-триггеры RS триггер получил название по названию своих входов. Вход S (Set - установить англ.) позволяет устанавливать выход триггера Q в единичное состояние.
http://digteh.ru/digital/RS_trigg.php

T-триггеры T триггер — это счетный триггер. У T-триггера имеется только один вход. После поступления на этот вход импульса, состояние T триггера меняется на прямо противоположное.
http://digteh.ru/digital/T_trigg.php

JK-триггеры Таблица истинности jk триггера практически совпадает с таблицей истинности синхронного RS-триггера. Для того чтобы исключить запрещённое состояние...
http://digteh.ru/digital/JK_trigg.php




Автор Микушин А. В. All rights reserved. 2001 ... 2019

Предыдущие версии сайта:
http://neic.nsk.su/~mavr
http://digital.sibsutis.ru/

Поиск по сайту сервисом Яндекс
Поиск по сайту сервисом ГУГЛ
Об авторе:
к.т.н., доц., Александр Владимирович Микушин

Кандидат технических наук, доцент кафедры САПР СибГУТИ. Выпускник факультета радиосвязи и радиовещания (1982) Новосибирского электротехнического института связи (НЭИС).

А.В.Микушин длительное время проработал ведущим инженером в научно исследовательском секторе НЭИС, конструкторско технологическом центре "Сигнал", Научно производственной фирме "Булат". В процессе этой деятельности он внёс вклад в разработку систем радионавигации, радиосвязи и транкинговой связи.

Научные исследования внедрены в аппаратуре радинавигационной системы Loran-C, комплексов мобильной и транкинговой связи "Сигнал-201", авиационной системы передачи данных "Орлан-СТД", отечественном развитии системы SmarTrunkII и радиостанций специального назначения.

А.В.Микушин является автором более 70 научных и научно-методических работ, в том числе 16 книг.

Рейтинг@Mail.ru


Яндекс.Метрика