Последовательностные цифровые устройства часто называют последовательностными схемами, последовательностными автоматами,
дискретными автоматами с памятью, многотактными автоматами.
Кроме комбинационных устройств,
рассмотренных в предыдущей главе,
существует класс цифровых устройств,
в которых при одинаковых воздействиях
на входе, на выходе автомата могут
возникать различные выходные
состояния. Состояние выхода такого
устройства зависит не только от того,
какие сигналы присутствуют на его
входах в данный момент времени, но и от
того, какие последовательности
сигналов поступали на входы
устройства в предшествующие моменты
времени, т.е. как говорят, автомат
помнит свою предысторию и хранит ее в
памяти. Поэтому такие устройства
называют последовательностными или
многотактными автоматами.
Для описания
последовательностного автомата с
памятью, помимо состояний входов X(t) и
выходов Y(t), необходимо также знать
состояние памяти автомата, как
говорят, его внутреннее состояние S(t).
В общем виде,
последовательностный автомат
рассматривается состоящим из двух
частей: комбинационного устройства (КУ)
и памяти, состоящей из элементов
памяти (ЭП) (рис. 3.1).
В качестве элементов памяти могут
быть применены как однобитовые
элементы памяти (различные типы
триггеров), так и многобитовые (многоразрядные)
цепочки триггеров.
Функционирование
(т.е. изменение состояния устройства)
многотактного автомата происходит в
дискретные моменты времени, ход
которого обозначается натуральными
числами t = 1, 2, 3 и т.д. В каждый момент
дискретного времени t автомат
находится в определенном состоянии S(t),
воспринимает через входы
соответствующую данному моменту
комбинацию входных переменных X(t),
выдает на выходах некоторую функцию
выхода Y(t), определяемую как
Y(t)
= f (S(t),X(t)),
и
переключается в новое состояние S(t+1),
которое определяется функцией
переходов j
как
S(t+1)=
j
( S(t),X(t)).
Закон
функционирования
последовательностных автоматов может
задаваться в виде уравнений, таблиц и
графов. Под законом функционирования
понимается совокупность правил,
описывающих последовательность
переключения состояний автомата и
последовательность выходных сигналов
в зависимости от последовательности
поступления входных сигналов.
ЭП
часто реализуется на основе
бистабильных ячеек (БЯ). ЭП бывают:
динамические, статические и
квазидинамические. Наибольшее
распространение получили первых два
вида: статические и динамические.
Статические ЭП реа- лизуются на БЯ.
Динамические ЭП строятся, используя
свойство хранения заряда между
затвором и истоком полевых
транзисторов МДП структуры.
БЯ - является простейшим типом
триггера, реализованного с помощью
элементов базиса И - НЕ или ИЛИ - НЕ с
соответствующими обратными связями и
позволяет хранить один бит цифровой
информации (бит - единица цифровой
информации, соответствующая одной
логической “1” или логическому “0”).
Триггер - это
последовательностная схема с двумя
состояниями, каждое из которых при
опреленных условиях на входах
поддерживается постоянным (т.е.
стабильным). Каждому из этих состояний
ставится в соответствие
логическое значение, которое “хранит”
триггер (если на выходе триггера
высокий уровень напряжения - “1” и
“0” - в противном случае). Таким
образом, в последовательностной схеме
для представления значений каждой
переменной, которую нужно хранить для
использования в настоящем или в
будущем, следует использовать
отдельный триггер. Совокупное
состояние последовательностной схемы,
запоминающее устройство которой
реализовано на триггерах,
представляет собой просто комбинацию
состояний этих триггеров.
Вообще говоря, у триггера должна
быть по крайней мере одна выходная
линия, представляющая логическое
значение, соответствующее состоянию
триггера. Когда на выходной линии
логическая 1, говорят, что триггер
установлен, в противном случае
говорят, что триггер сброшен. Триггер
имеет несколько входных линий,
сигналы на которых (вместе с текущим
состоянием триггера) определяют
следующее состояние триггера. От
функций входных линий зависит тип
триггера.
Простейшим
триггером является RS - триггер. RS -
триггер имеет два входа и два выхода.
Входы и выходы триггера имеют свои
обозначения. Один из входов триггера
называется установочным входом и
обозначается буквой S
(от английского set - установить), а
другой - входом сброса и обозначается
буквой R ( от reset
- сбросить). Триггер (рис. 3.2) имеет два
симметричных выхода. На одном выходе (условно
называемом прямым выходом) сигнал
представляется без отрицания (выход Q),
а на другом - с отрицанием (`Q
- инверсный выход).
По способу подачи переключающих
сигналов (в зависимости от комбинации
входных сигналов) триггеры делятся на
RS, MS, D, JK, T - триггеры.
Рис.
.3.2. Графическое обозначение
Триггеры
бывают переключающимися уровнем и
фронтом тактирующего сигнала (
импульса ). Несмотря на большое
разнообразие триггеров, практически
все триггеры строятся на базе RS -триггеров.
