ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 15.06.2025
Просмотров: 4581
Скачиваний: 2
Ц. Анализ с учетом задержки вентилей
величины. При этом говорят о двухкомпонентном переходе. В этом случае решающим моментом является соотношение задержек. Пе реход с более короткой задержкой вентиля первым воздействует на выход и вентиля это определяет следуюп1;ее состояние.
Таблица 7.3. Таблица последовательностей состояний в форме iiTF-диаг раммы.
п'т-\-11I ^т-\-\ |
||||
ут пгт |
-п/г-5 |
-^RS |
RS |
R^S |
00 |
п |
01 |
(00) |
10 |
01 |
® |
© |
00 |
00 |
11 |
00 |
00 |
00 |
00 |
10 |
® |
00 |
00 |
® |
Теперь в соответствии с табл. 7.3 составим диаграмму состоя ний. Поясним это на примере. Допустим, что триггер с входны ми переменными i? = 1, 5 = 1 находится в стабильном состоянии ^т2^771 _ QQ g табл. 7.3 находим в первой строке стабильное состо яние
^m+i^m+i ^ QQ Переключим ВХОДЫ в состояние R = 0^ S = 0. Состояния, которые могут установиться, следует искать в первом столбце таблицы. Поскольку характеризующие состояние перемен ные Z'2'Z'i^ — 00 вначале остаются без изменения, мы должны про вести считывание в первой строке таблице под новой комбинацией входных переменных новых переменных, характеризующих состоя ния. Находим Z^"^^Z]^~^^ = 11. Это означает, что обе, характеризу ющие состояние, переменные имеют тенденцию к изменению. При этом возможны три варианта:
1. Если время задержки у первого вентиля меньше (t\ < ^2)7 то
триггер переходит в стабильное состояние Z^~^^Z]^~^^ = 01. |
|||
2. |
Если ^1 > ^2, то триггер переходит в стабильное |
состояние |
|
3. |
Если ti = t2^ то переход переходит в направлении Z^^ |
Z^'^ |
= 1 1 . |
Опять имеет место двухкомпонентный переход. Следователь |
|||
но, триггер опять переключится обратно к Z^'^^Z^'^^ |
= 00, |
||
после чего процесс будет повторяться периодически.
Таким образом, мы видим, что поведение триггеров зависит от времени задержки вентилей. Рассматриваемый процесс называют «гонка» или «race», причем в зависимости от того, различны или одинаковы конечные состояния, различают критичные и некритич ные гонки. В рассматриваемом случае «гонка», переходящая при пе реключении от RS = 11 к RS = 00, представляет собой критичный
Глава 7. Асинхронные |
триггеры |
вариант, так как при этом триггер может вести себя тремя различ ными способами.
Вьппесказанное поясняется на рис. 7.7 а. Переходы состояний при смене — 11 (в состоянии Z'2'Z'^ — 00) на RS = 00 дают конеч ный результат в соответствии с временами задержки вентилей. Это единственный случай, когда в iiS'-NOR-Tpnrrepe имеет место «кри тичная гонка». Ее можно избежать, если исключить состояния 11.
tiXi
Л=/2 -®
h<t2
а)
Р и с . 7.7. а) |
Переходы состояний /?5'-К0К-триггера |
для |
случая замены |
|
RS |
= 11 (в состоянии Z^Z"^ |
= 00) на RS |
= |
00, разделенные |
по направлениям в соответствии с временами задержек вентилей. |
||||
Ь) Диаграмма состояний для |
всех переходов. |
|||
На рис. 7.7 b показана диаграмма состояний со всеми возможны ми переходами. Устанавливаем, что состояние 00 лежит в центре и поэтому его необходимо проходить при каждом переходе. Если за претить входную комбинацию RS = 11, то в этом случае триггер не сможет стабильно оставаться в состоянии 00 и тогда это состояние будет быстро проходиться. Больше «критичных гонок» не имеется, поскольку приходят только однокомпонентные переходы.
Если триггер находится в состоянии 10, он стабилен при S = 0. В этом случае триггер возвращен в исходное состояние. Если затем изменить состояния входов на SR = 10, то триггер перейдет через состояние 00 в состояние 01, не оставаясь в состоянии 00.
Просуммировав выше сказанное, можно установить, что:
1.Состояние R = S = 1 у jR^-NOR-Tpnrrepa приводит к появле нию некомплиментарных выходных сигналов.
2.Если за запреш;енным состоянием RS = 11 следует состоя ние RS = 00, то в результате в соответствие с рис. 7.7 может
7.5, Элементы ЗУ
иметь место поведение трех видов: колебания между 00 и 11, стабильность состояний 10 и 01. Это единственная «критич ная гонка», которая может произойти в триггере. Ее можно избежать, если за запрещенным состоянием сразу не следует состояние RS — 00.
3.В асинхронных схемах возникают проблемы, если переходные функции не реализуются без рисков. Тогда на входах логиче ской схемы SN1 могут появиться короткие помехи, приводя щие к ложному или непредсказуемому поведению триггеров.
4.Двухкомпонентных переходов переменных, характеризующих состояние, следует по возможности избегать, поскольку суще ствует возможность появления «гонки».
7.5.Элементы ЗУ
впоследнем параграфе было показано, что применение асинхрон ных триггеров проблематично. Поэтому применяются только те схемы, поведение которых хорошо известно. К ним относятся триг геры (flip-flop, сокращенно FF), которые кратко описаны в данном параграфе. Все схемы можно реализовать в интегральном виде.
7.5.1.Дд^-триггер
Д^-триггер может быть сконструирован из NANDили NOR-венти- лей. Дб'-триггер с NAND-вентилями можно также рассматривать как работающий с отрицательной логикой.
Проблематичным р^ля Д5-триггеров является то, что появление даже коротких импульсов помехи на входах R и S ведет к ошибоч ным установке и возврату в исходное состояние триггера. Поэто му при работе с Дй'-триггерами, управляемыми тактовым уровнем, применяют дополнительно тактовый сигнал, ограничивающий вре мя, в течение которого входы активны.
7.5.2. Д^-триггер с тактовым входом
RS-триггер с тактовым входом обозначают также как Д^-защелку (RS-latch) или триггер в функции «промежуточное ЗУ» (рис. 7.9). Хотя этот триггер составлен из NAND-вентилей, он работает с по ложительной логикой. Передаточную функцию для управляемого со стояниями Д^-триггера можно определить из структурной схемы 7.9.
gm+i ^^ (^ (5С) ь Ь [RC) ЯП)) = sc^b |
(RC) ЯП = |
=sc у кя"^ \/--ся"" |
' |
202 Глава 7. Асинхронные триггеры
Передаточная функция свидетельствует о том, что триггер уста навливается в следующее состояние, когда SАС = 1 или когда пре дыдущим состоянием было Q^ = 1 и -uR = 1, или -^С = 1. Из пере даточной функции можно составить таблицу состояний.
ri" я |
g^i |
-е^' 1 |
ГТ" -.R |
д^1 |
-б^' 1 |
||
Го" 0 |
е" |
-е" |
гТ" |
0 |
— |
— |
|
1 |
0 |
1 |
0 |
1 1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
г 0 |
1 |
1 |
0 |
1 1 |
1 |
— |
— 1 |
1 "Т |
1 |
0^ |
^0^ \ |
т+1 |
|||||||
Р и с . 7.8. Т^б'-триггер с NORили NAND-вентилями. Сверху вниз: струк турная схема, логический символ, таблица истинности и переда точная функция.
Из рис. 7.9 с следует, что в этом триггере нельзя избежать за прещенного состояния. Теперь, правда, можно избежать помех на входах S и R в интервале времени, в котором тактовый сигнал С = 0. Триггер может быть запущен только при положительном тактовом импульсе. Этот вид управления называют управлением уровнем тактового импульса или управлением состоянием.
На рис. 7.10 показаны временные характеристики Д^-триггера. Можно видеть, что триггер в течение интервала времени, в тече ние которого тактовый сигнал находиться на уровне 1, пропускает все входные сигналы. Таким образом импульсы помехи могут про извести установку триггера и его возврат, даже при наличии фик-