Троичный MS-триггер и однотритный счетчик
Рассмотренные ранее схемы троичных синхронных триггеров являются одноступенчатыми. И как уже было отмечено, применение одноступенчатых статических синхронных триггеров в качестве самостоятельных узлов счетных схем весьма и весьма ограничено фактом их «прозрачности», что приводит к неустойчивой работе последовательностных схем (цифровых автоматов), выполненных на их основе.
В двухступенчатых триггерах входная и выходная ступени между собой тактируются «асинхронно», прием информации в них разрешается поочередно. Следствие этого – отсутствие режима «прозрачности» триггера при любом уровне синхросигнала, что позволяет реализовать любые типы триггеров, свободные от режимов генерации, и дает возможность построения синхронных автоматов без опасных временных состязаний.
Один из возможных вариантов схемотехнического исполнения двухступенчатого триггера в двоичной цифровой технике приведен на рисунке ниже.
Двухступенчатый триггер состоит из двух секций (ступеней), соединенных каскадно, как показано на рисунке выше, причем, каждая секция представляет собой синхронный RS–триггер. Первая ступень — ведущая, или М–секция (М — от английского Master, что в переводе означает «хозяин»), принимает информацию с входных информационных линий. Состояние выходов ведущей секции подается на вторую секцию, ведомую, или S–секцию (S — от английского Slave, что в переводе означает «раб»).
Для противофазного управления ступенями в цепь тактового сигнала S–секции включен инвертор. Изменение состояния выхода ведущего триггера будет происходить в момент появления положительного импульса синхронизации, и эти изменения будут переданы на входы ведомого триггера. Однако никакие изменения на выходе ведомого триггера не будут происходить до тех пор, пока не появится положительный сигнал инвертированного импульса синхронизации, т.е. отрицательный (задний фронт) фронт входного синхроимпульса. Следовательно, изменения на выходах Q и /Q не произойдет до тех пор, пока не завершится импульс синхронизации.
Таким образом в каждый отдельный момент времени синхроимпульс разрешает работу лишь одному из триггеров, а запись информации в выходной триггер происходит за очень короткий момент времени изменения тактового сигнала. При этом М–секции работа запрещается, и она не может изменить состояние на своих выходах, а S–секции работа разрешается, и она фиксирует неизменное состояние на выходах М–секции.
Очевидно, что МS–триггер непрозрачен по своему принципу работы. Триггеры, записывающие информацию с информационных входов по фронту или спаду тактового импульса получили название динамических.
Модель троичного двухступенчатого триггера, реализованная в программе схемотехнического моделирования, приведена на следующем рисунке.
Модель была протестирована в динамике, как это показано на схеме ниже, также, как и модель статического D–триттера.
На вход D троичного двухступенчатого триггера подавался трёхуровневый сигнал, сформированный троичным инвертором DD9 из синусоидального сигнала источника V3 частотой 500 Гц и амплитудой 6 В.
На вход C подавался импульсный синхросигнал от источника G1 частотой 3 кГц, амплитудой 12 В и скважностью 50. Частоты синхросигнала и сигнала данных были выбраны в соотношении 6 : 1, чтобы синхроимпульс приходился на все части трёхуровневого сигнала.
Осциллограммы сигналов при тестировании троичного двухступенчатого триггера в динамике приведены на рисунке ниже.
Очевидно, что троичный двухступенчатый триггер успешно фиксирует на своём выходе Q трёхуровневый входной сигнал по стробирующему импульсу на входе C с задержкой на период синхросигнала.
Сравнение с аналогичной осциллограммой сигналов, наблюдаемой при тестировании модели статического D–триттера и приведенной на рисунке ниже:
показывает, что троичный двухступенчатый триггер, благодаря свойству непрозрачности, более помехоустойчив и формирует на своём выходе сигнал без артефактов, свойственных переходным процессам статического D–триттера.
Для удобства применения в составе более сложных троичных цифровых систем модель троичного двухступенчатого D–триттера с динамическим управлением была оформлена в виде законченного функционального модуля, как это показано на рисунке ниже.
Модель троичного двухступенчатого триггера была протестирована и в режиме счетного триттера (T–триттера).
Ниже представлены осциллограммы счёта на увеличение троичного Т–триггера, выполненного на основе двухступенчатого D–триттера.
Тактирование осуществлялось импульсным сигналом вида меандр, частотой 10 кГц, амплитудой 12 В.
Очевидно, что Т–триггер, выполненный на основе двухступенчатого D–триттера с динамическим управлением, корректно отрабатывает счет входных импульсов в пределах одного разряда по срезу тактового сигнала. При этом счётчик не нуждается ни в подборе длительности импульсов синхросигнала, ни в цепях задержки, препятствующих возникновению паразитной генерации.
На следующем рисунке представлена модель троичного счетного триггера, осуществляющего счет на уменьшение, реализованная в программе схемотехнического моделирования на основе двухступенчатого D–триттера с динамическим управлением и элемента левой циклической инверсии.
Тактирование модели осуществлялось также импульсным сигналом частотой 10 кГц, амплитудой 12 В и скважностью 2.
Ниже представлены осциллограммы счёта на уменьшение троичного Т–триггера, выполненного на основе двухступенчатого D–триттера с динамическим управлением и элемента левой циклической инверсии.
Осциллограммы наглядно подтверждают, что Т–триггер, выполненный на основе двухступенчатого D–триттера с динамическим управлением, корректно отрабатывает счет входных импульсов на уменьшение в пределах одного разряда по срезу тактового сигнала. При этом счётчик также не нуждается ни в подборе длительности импульсов синхросигнала, ни в цепях задержки, препятствующих возникновению паразитной генерации.
Каскадирование двухступенчатых D–триттеров с динамическим управлением и со вспомогательными элементами правой и левой циклических инверсий позволяет реализовать многоразрядные троичные асинхронные счётчики, работающие как на сложение, так и на вычитание.
Все упомянутые в тексте модели устройств
можно скачать здесь:
http://sgu-wap.narod.ru/Ternary/Download
