Рис. 12.23. Схема (а) и временные диаграммы (б) регистра сдвига на триггерах D
На вход Т подается тактовый сигнал. Запись и сдвиг информации слева направо происходят в моменты изменения с Т = 0 на Т = 1 и основываются на том, что в триггер А записывается входной сигнал х, представляющий, например, последовательные биты двоичного числа, а в каждый последующий триггер Б, В… записывается состояние предыдущего триггера. Иначе говоря, после каждого тактового импульса происходит сдвиг информации на одно место вправо. Выходы А, Б, В дают информацию, закодированную параллельно, а выход всего регистра — информацию, называемую последовательной задержанной.
Существуют также регистры с соединенными входом и выходом, называемые кольцевыми регистрами, в которых записанная информация может циркулировать.
Другим важным примером применения триггеров являются счетчики.
Как работает двоичный счетчик?
Свойство триггеров, основанное на том, что они могут находиться в определенном устойчивом состоянии, изменяющемся только при подаче тактового импульса, используется также для создания счетчиков. Эти счетчики используются для деления частоты и разных арифметических действий, в том числе для счета импульсов.
В гл. 10 обсуждалось применение триггеров в схемах делителей частоты. Теперь рассмотрим с точки зрения цифровой техники схему, используемую в качестве счетчика.
На рис. 12.24, а представлена схема двоичного счетчика, построенного из четырех триггеров Т или JK, соединенных последовательно.
Рас. 12.24. Схема двоичного счетчика, состоящего из четырех триггеров Т (а), и его временные диаграммы (б)
Предположим, что в начальном состоянии перед счетом все триггеры находятся в состоянии 0. Первый импульс, появляющийся на тактовом входе первого триггера А, вызывает своим отрицательным фронтом изменение состояния его выхода с 0 на 1. Состояние второго триггера Б в это время не подвергается изменению, поскольку, для того чтобы вызывать его изменение, необходимо появление на его тактовом входе отрицательного фронта. Триггеры С и D также остаются в состоянии 0. При втором импульсе на входе триггера А произойдет изменение состояния триггера А, а возникающий при этом отрицательный фронт изменит состояние триггера Б с 0 на 1. Триггеры В и Г пока остаются в состоянии 0. Изменения состояний триггеров при очередных импульсах на тактовом входе триггера А лучше всего можно проследить на временных диаграммах счетчика, представленных на рис. 12.24, б. Их также можно свести в следующую таблицу состоянии (табл. 12.8)
Можно легко заметить, что состояния триггеров, записанные в последовательности Г — В — Б — А, представляют число входных импульсов, записанных в двоичном коде 8-4-2-1. Временные зависимости для рассматриваемого счетчика представлены на рис. 12.24, б.
Обсуждаемая схема частот входит в качестве типовой в состав более крупных счетных систем. Применяются также и другие схемы счетчиков, в том числе с большим числом триггеров, считывающие импульсы в различных кодах. Для сигнализации о состоянии счетчика используются соответствующие дешифрирующие схемы (например, в виде матричной схемы), обеспечивающие сигналы, которые приводят в действие схемы индикаторов состояния счетчиков (например, на лампах тлеющего разряда или на электролюминесцентных диодах). Счетчики находят широкое применение, в частности, во многих электронных приборах, например в частотомерах.
Что такое сумматоры?
Это схемы, выполняющие операцию сложения двух чисел в двоичной системе. Поскольку другие арифметические операции можно также заменить сложением, например
35 — 25 = 35 + (— 25);
35·3 = 35 + 35 + 35,
то сумматоры используются для выполнения таких действий, как сложение, вычитание, деление, умножение. Сумматоры находят широкое применение в калькуляторах и цифровых электронных машинах. На практике сумматоры реализуются из простых логических элементов, таких как И — НЕ, ИЛИ — НЕ, и более сложных, например регистров сдвига, построенных из триггеров, которые в свою очередь выполняют из простых элементов чаще всего типа И — НЕ и ИЛИ — НЕ. Наиболее часто сумматоры собирают на интегральных микросхемах, изготовленных по технологии ТТЛ-схем.