При проектировании регистров, как правило, используют двухтактные триггеры. Они обладают свойством внутренней задержки, что препятствует появлению ложных срабатываний устройства. Целью проектирования триггерного устройства является поиск уравнений, определяющих состояние триггера и позволяющих построить его схему.
Основными данными для проектирования устройства являются функция внешних переходов триггера, и условия переключения его выходного сигнала по отношению к синхросигналу С. Функцию внешних переходов RS-триггера определяется следующим образом:
S=1, R=0 то Q=1
S=0, R=1 то Q=0
S=0, R=0 то Qt+1=Qt (хранение)
S=1, R=1 то X (запретное состояние)
Условие переключения определим следующим образом:
Изменение выходного сигнала (перезапись) триггера Q будет происходить при переходе С из 1 в 0, т.е. задним фронтом сигнала С.
Схематично процесс работы двухступенчатого триггера можно представить следующим образом (Рис.2):
Рис.2
Заполним таблицу внутренних состояний и переходов триггерного устройства (Табл.8). Заполнение происходит по следующим правилам:
С=0 – триггер отключен; входы RS меняются как угодно, на выходе ничего нет
С=1 – R и S остаются неизменными
C меняется из 0 в 1 (0->1) – R и S не меняются
C меняется из 1 в 0 (1->0) – R и S могут изменяться, при этом может меняться выход триггера в соответствии со значением входных данных (перезапись)
Таблица 8. Внутренние состояния и переходы триггерного устройства
№ состояния
Состояние сигналов CSR
Q выхода
(1)
-
-
-
(2)
-
-
-
(3)
-
Х
-
-
(4)
-
-
-
-
-
-
(5)
-
-
-
-
-
Х
-
-
(6)
-
-
-
-
-
-
-
(7)
-
-
-
-
-
-
-
(8)
(9)
-
-
-
(10)
-
-
-
(11)
-
Х
-
-
(12)
-
-
-
-
-
-
(13)
-
-
-
-
-
Х
-
-
(14)
-
-
-
-
-
-
-
(15)
-
-
-
-
-
-
-
(16)
Количество внутренних состояний триггера можно сократить, объединения строки таблицы. Наиболее целесообразным является объединение строк (1, 2, 3, 4, 7, 8), (5, 6), (9, 10, 11, 12, 13, 16), (14, 15). Минимизированная таблица внутренних состояний и переходов RS-триггера имеет следующий вид (табл.9):
Таблица 9. Минимизированная таблица внутренних состояний и переходов RS-триггера
№ состояния
CSR
Q
1,2,3,4,7,8
(1)
(2)
(3)
(4)
(7)
(8)
5,6
-
-
(5)
(6)
-
-
9,10,11,12,13,16
(9)
(10)
(11)
(12)
(13)
(16)
14,15
-
-
-
(14)
(15)
-
Так как число внутренних состояний уменьшилось до S=4, то для кодирования этих состояний достаточно k=log S=2 внутренних переменных. Обозначим их как y1 и y2
Каждому внутреннему состоянию триггера поставим в соответствие набор значений переменных. Эта операция производится таким образом, чтобы в триггере не возникало критических состязаний между сигналами обратных связей.
Составим граф-схему отвечающей условию, что коды соседних состояний отличаются значениями не более чем в одном разряде (рис.3).
y1=0; y2=0 y1=0; y2=1
y1=1; y2=0 y1=1; y2=1
Рис.3
где 00, 01, 11, 10 – коды внутренних состояний 1,2,3,4 соответственно. Эти коды определяются значением переменных y1, y2, например, код 01 соответствует значениям y1=0 и y2=1.
Минимизированная таблица имеет вид (табл.10)
Таблица 10. Минимизированная таблица двух переменных
№ состояния
CSR
Q
1,2,3,4,7,8
(1)
(1)
(1)
(1)
X
(1)
(1)
5,6
-
-
X
(2)
(2)
-
-
9,10,11,12,13,16
(3)
(3)
(3)
(3)
(3)
X
(3)
14,15
-
X
-
-
(4)
(4)
-
Так как число внутренних состояний уменьшилось до 4, то для кодирования этих состояний достаточно двух (k=log 4=2) внутренних переменных. Обозначим их как y1 и y2.
В соответствии с выбранным вариантом кодирования состояния триггера, минимизированная таблица RS-триггера (табл.11), будет представлять собой совокупность двух таблиц, каждая из которых определяет одну из функций y1 или y2.
Таблица 11. Минимизированная таблица RS-триггера
Код внутреннего состояния y1, y2
CSR
Q
X
-
-
X
-
-
X
-
X
-
-
-
Данные таблицы 11 позволяют описать поведение переменных y1 (табл.12) и y2 (табл.13) в виде карт Карно:
Таблица 12. Карта Карно переменной y1
y1y2\CRS
CSR
X
-
-
X
0
-
-
X
-
X
-
-
-
Таблица 13. Карта Карно переменной y2
y1y2\CRS
CSR
1
X
-
-
X
-
-
X
-
X
-
-
-
В процессе склеивания получим следующие уравнения:
y1=y1y2+y2 +y1C=y1(y2+C)+y2
y2=y2 +y2 + 1CS=y2( + )+ 1CS
Перед построением схемы преобразуем уравнения в требуемый базис. В базисе И-НЕ эти выражения будут иметь вид:
y1=y1(y2+C)+y2 =y1( 2* )*y2*
y2=y2( + )+ 1CS=y2(R*C)* 1CS
Схема проектируемого RS-триггера, построенного по полученным выражениям с использованием логических элементов 2И-НЕ, показано на рис.4.
Рис.4
Вывод
В ходе создания курсового проекта, мы получили начальные навыки проектирования цифровых устройств. Нами был разработан цифровой реверсивный сдвигающий регистр, построены функциональная схема управления и функциональная схема триггерного устройства. Так же мы провели расчёт целесообразности использования того или иного триггерного устройства.
Овладев этими навыками, в будущем мы сможем активно применять их при разработке различных цифровых устройств, создании интегральных схем и прочей проектной деятельности.
Список используемой литературы
1. Анкудинов Г.И., Анкудинов И.Г., Хамидуллин Р.Р. Схемотехника ЭВМ: методические указания к выполнению курсового проекта – С-Пб,: СЗТУ, 2004
+y1C=y1(y2+C)+y2 
+y2 
1CS=y2( 