Цифровой элемент памяти

Наряду с выполнением арифметических и логических операций в задачи цифрового устройства входит осуществление функций запоминания и хранения данных. Цифровой элемент памяти, предназначенный для ввода, хранения и выдачи одного двоичного разряда числа, называемый ячейкой памяти (ЯП) или запоминающим элементом (ЗЭ), находится длительное время в одном из устойчивых состояний при отсутствии входного сигнала. Состояние запоминающего элемента зависит от входного сигнала и состояния выхода в предыдущем такте.

Электронное устройство, носящее название триггер (trigger), реализует свойства ячейки памяти благодаря наличию релейной характеристики с двумя уровнями выходного сигнала U⁰ и II^х (рис. 12.5, а).

Множество триггеров строят на основе транзисторных усилителей с организацией передачи сигналов с выходов на их входы, которая приводит к образованию релейной передаточной характеристики. В интегральной технологии триггер реализуют на базе логических элементов, например двух логических элементов ИЛИ-HE (рис. 12.5, б).

Триггер представляет собой симметричную систему и при включении электропитания в отсутствие входных информацион;

Рис. 12.5. Релейная характеристика триггера (а), его схема (б) и обозначение (в) ных сигналов имеющееся небольшое отклонение от симметрии приводит к его случайной установке (неопределенное состояние). Силовое управление триггером можно осуществлять с помощью входных разнополярных сигналов достаточной амплитуды, причем выходное напряжение зависит от полярности импульса и предшествующего состояния. Если элемент находился в нулевом состоянии (г/_цых = U⁰), то подача положительного импульса u_s переводит его в единичное состояние, а отрицательный импульс u_R не изменяет выходного напряжения. Входные сигналы подают на свободные входы ЛЭ и обозначают S (Set — установка) и R (Reset — сброс). Выходную переменную триггера, которой соответствует значение сигнала на одноименном выходе, обозначают Q. Благодаря наличию в цепи инвертора на другом выходе имеется дополняющий сигнал Q.

Логику работы приведенного запоминающего элемента, представляющего собой триггер с установочными RS-входами и парафазным Q-выходом, описывают с помощью функции переходов, задающей состояние выходной переменной Q⁽" ' в зависимости от ее значения в предшествующем такте Q⁽" «и входных сигналов R и S (табл. 12.3).

Неопределенные состояния триггера, как правило, исключают схемным путем.

По таблице состояний можно получить логическую формулу функционирования ^-триггера.

в которой запрещенные состояния приняты единичными. Посредством преобразований логическую формулу можно привести к виду.

Переключение триггера (установка или сброс) начинается непосредственно в момент поступления соответствующего сигнала на информационные входы. Уровень выходного сигнала устанавливается спустя интервал времени ?_пер. Таким образом, на выходе.

Таблица 123

Функция переходов RS-триггера.

некоторое время существует ложный сигнал, который может накапливаться в цепочке триггеров и приводить к логическим ошибкам функционирования устройства. Триггер с наличием только информационных (логических) входов, сигналы которых управляют его функционированием, называют асинхронным.

Параметры запоминающего элемента (триггера) принято характеризовать с использованием статических и динамических параметров. Статические параметры, такие как логические уровни напряжения f/_B°_x, t/_BbIX, f/_BX, f/_BbIX, определяют по проходной релейной характеристике триггера. Очевидно, что они зависят от параметров образующих триггер логических элементов.

Быстродействие запоминающего элемента характеризуют временем его переключения с момента подачи соответствующего входного сигнала до установления сигнала на выходе. Для приведенной структуры переключение триггера происходит за интервал времени последовательного изменения состояния двух входящих в него ЛЭ, т. е. 7_пер = 2 ?_зрср. Наряду с временем переключения быстродействие характеризуют также максимальной частотой переключения триггера /_тах = 1/?_пер.

Рассмотренный триггер с раздельными входами является базовым элементом для построения различных триггерных систем.

Контрольные вопросы и задания

• 1. Какие функции реализуют логические элементы?
• 2. Что представляет собой минимальный логический базис?
• 3. Какими параметрами принято характеризовать свойства логических элементов?
• 4. Какие функции реализует запоминающий элемент?
• 5. Что описывает функция переходов запоминающего элемента?