Логические микросхемы. Часть 9. JK триггер
Рассказ о JK триггере и несложных опытах для изучения его работы.
В предыдущих частях статьи было рассказано о триггерах типа RS и D. Этот рассказ будет неполным, если не упомянуть JK триггер. Также как и D триггер он имеет расширенную входную логику. В серии 155 это микросхема К155ТВ1 выпускающаяся в корпусе DIP-14. Ее цоколевка, или как теперь говорят, распиновка (от английского PIN – вывод) показана на рисунке 1а. Зарубежные аналоги SN7472N, SN7472J.
Если, какой-либо вывод в конкретной схеме не используется, то вполне допустимо просто его не показывать, как показано на рисунке 1б.
Описание и назначение выводов
Триггер К155ТВ1 имеет прямой и инверсный выходы. На рисунке это соответственно выводы 8 и 6. Назначение их такое же, как и у ранее рассмотренных триггеров типа D и RS. Инверсный выход начинается маленьким кружочком.
По входам R и S триггер работает так же, как простой RS триггер. Рабочим для этих входов является низкий уровень, что показано кружочками у основания выводов. Как и у D – триггера эти входы являются приоритетными: появление и удержание на каком либо из них низкого уровня запрещает работу остальных входов, а короткий отрицательный импульс переведет триггер в соответствующее состояние вплоть до следующего импульса на входе C.
Вход C – тактирующий. При работе триггера в счетном режиме он играет роль информационного, – именно на него поступают счетные импульсы. В режиме приема и хранения информации он служит тактирующим, его назначение подобно аналогичному входу D – триггера, но логика работы несколько иная и определяется состоянием JK входов.
Рисунок 1. Цоколевка микросхемы К155ТВ1.
J и K – управляющие входы триггера. Они объединены по схеме 3И, что на условном графическом обозначении показано знаком & – логическое И. Достаточно часто в схемах эти входы просто соединяются вместе, получается как будто по одному J и по одному K входу. В некоторых сериях микросхем также имеются JK триггеры, они также называются ТВ1, но в отличие от 155 серии, имеют по одному J и K входу. Логика работы по этим входам совершенно такая же как, и у К155ТВ1, только не надо собирать воедино 3 логических сигнала высокого уровня. Примером таких микросхем могут служить, например, К176ТВ1, К561ТВ1, К1564ТВ1.
Изучение логики работы JK триггера
Чтобы более подробно познакомиться с работой JK триггера, надо просто включить его, как в предыдущей статье, на макетной плате и вручную подать входные сигналы. Ведь, согласитесь, что можно наизусть выучить самоучитель игры на гитаре или баяне, но, не взяв инструмент в руки, играть не научишься. Также и в случае с микросхемами: пока не проведешь простейших опытов, понять смысл работы будет тяжело.
В качестве входных сигналов, так же, как при изучении D триггера, будем использовать проволочную перемычку, соединенную с общим проводом.
Схема для испытания JK триггера К155ТВ1 показана на рисунке 2.
Рисунок 2. Испытания JK триггера К155ТВ1.
Напряжение питания подается как обычно на 14 и 7 выводы микросхемы, что обозначено на схеме в виде проводников со стрелками.
Для визуального наблюдения за состоянием триггера к его выходам, прямому и инверсному, подсоединены светодиодные индикаторы. Такой же индикатор подключен к входу C. Свечение светодиода указывает наличие на данном выходе уровня логической единицы (2,4…5В). На входе C будет индицироваться уровень выходного сигнала генератора импульсов, подключенного к входу C. Конечно, состояние входов и выходов при такой низкой частоте вполне возможно наблюдать с помощью обыкновенного вольтметра, но это не очень удобно.
Работа JK триггера по RS – входам
Хотя схема получилась очень простая перед включением, как обычно, следует проверить ее на отсутствие ошибок, коротких замыканий и обрывов: даже простое включение питания в обратном направлении может привести микросхему у негодность. Это правило следует запомнить и применять его во всех подобных случаях, даже если это просто электрическая схема без полупроводниковых приборов.
Итак включаем. При первом включении обязательно должен зажечься один из светодиодов на выходе, какой неизвестно. Это обусловлено переходными процессами при включении. Теперь будем подавать низкий логический уровень, пользуясь вышеупомянутой проволочной перемычкой, поочередно на R и S входы. При этом светодиоды на выходе должны поочередно переключаться, индицируя состояние триггера. Такой режим работы называется асинхронным – он не требует дополнительных стробирующих (разрешающих, тактирующих) сигналов.
Подавать одновременно низкий уровень сразу на R и S входы не следует: такое состояние для триггера считается запрещенным. Хотя к необратимым последствиям в виде выхода микросхемы из строя не приведет, состояние выходов в таком случае будет неизвестным, не отвечающим логике работы триггера. Если все нормально, то можно перейти к опытам по изучению работы триггера по JK – входам.
Что произойдет, если с помощью проволочной перемычки подавать низкий уровень на JK входы? Ровным счетом ничего: триггер будет хранить предыдущее состояние, что будет видно по свечению индикаторов. Для того, чтобы эти входы могли влиять на состояние триггера, необходимо на вход C подать импульсы от генератора, схема которого показана на рисунке 3. Для его сборки понадобится дополнительная микросхема К155ЛА3. Частота следования и длительность импульсов должна быть такова, чтобы было возможно визуальное наблюдение за состояниями триггера.
Рисунок 3. Генератор тактовых импульсов.
Работа JK триггера в счетном режиме
Если JK входы соединить, как показано на рисунке 2а, то триггер будет работать в счетном режиме: состояние триггера будет изменяться с каждым входным импульсом. Резистор R4 показан на схеме пунктиром – его можно и не ставить, ведь неподключенные входы все равно находятся в состоянии логической единицы. Главным назначением этого резистора является защита от помех через входы JK.
Временная диаграмма работы JK триггера показана на рисунке 2б, и она очень похожа на подобную диаграмму для D – триггера. Основное отличие состоит в том, что изменение состояния триггера происходит не по положительному перепаду уровня на входе C, а по отрицательному – переходу уровня входного импульса из высокого уровня в низкий.
Нетрудно заметить, что частота импульсов на выходе триггера ровно в два раза ниже, чем частота входных импульсов. Поэтому триггеры в счетном режиме часто используются как делители частоты на два. Два триггера включенные последовательно разделят частоту на четыре, а три триггера уже на восемь и так далее по степени числа 2.
Если требуется делитель частоты с нечетным коэффициентом деления, то используются несколько триггеров с обратными связями, но об этом будет рассказано в следующей части статьи о счетчиках и формирователях импульсов.
Из сказанного можно сделать вывод: если JK входы одновременно находятся в состоянии логической единицы (высокого уровня), триггер работает в счетном режиме. Это значит, что по каждому отрицательному перепаду уровня на входе C состояние триггера меняется на противоположное.
Работа триггера по JK – входам
Что произойдет, если на входах JK одновременно будет присутствовать уровень логического нуля? Чтобы это проверить, достаточно хотя бы по одному JK входу (напомним, что К155ТВ1 имеет по 3 J и 3 K входа, объединенных по схеме 3И) замкнуть на общий провод. Но можно соединить с общим проводом и все входы JK, это уже непринципиально. По светодиодным индикаторам увидим, что тактовые импульсы приходят, а состояние триггера не меняется. В состоянии, когда на J и K входах логический нуль, JK – триггер находится в режиме хранения информации.
Осталось рассмотреть два случая. Случай первый – когда на входе J высокий уровень, а на входе K низкий. В этой ситуации триггер по входу C установится в единичное состояние – светится индикатор HL3, присоединенный к прямому выходу триггера. HL2, конечно же, погашен.
Если состояние JK входов в дальнейшем не изменится, то каждый импульс на входе C также будет стремиться установить триггер в единичное состояние, хотя он уже в нем находится. В таком случае говорят, что по входу C просто подтверждается предыдущее состояние триггера в данном случае единичное.
Второй случай, когда на J входе нуль, а на входе K единица. При таком состоянии на JK входах первым же импульсом на входе C триггер установится в нуль (сбросится) – погаснет индикатор HL3 и включится HL2. Если состояние JK входов меняться не будет, то по входу C также происходит подтверждение состояния, как было написано выше, только на этот раз нулевого.
Итак, чтобы было проще запомнить, подведем итог: две единицы на входах JK это счетный режим. Подразумевается, что выполнено условие 3И для JK входов: единица на всех трех входах J, а также единица и на всех трех входах K.
Два нуля на JK входах – режим хранения информации: импульсы на входе C состояния триггера изменить не смогут. Для получения такого состояния достаточно, чтобы хотя бы на одном входе J И хотя бы на одном входе K был уровень логического нуля.
В случае, когда на всех трех J – входах высокий уровень, триггер устанавливается в единичное состояние. При этом хотя бы на одном из 3 входов K должен присутствовать низкий уровень.
Чтобы сбросить триггер, нуль должен присутствовать хотя бы на одном из входов J, а на всех трех входах K должна удерживаться единица.
Все, что было написано выше, можно посмотреть в таблице истинности для триггера К155ТВ1, которая показана на рисунке 4.
Рисунок 4. Таблица истинности для микросхемы К155ТВ1.
Триггеры различных типов применяются также в качестве элементов счетных устройств, или просто счетчиков, а также в качестве формирователей импульсов. Об этом будет рассказано в следующей части статьи о логических микросхемах.
Продолжение статьи: Логические микросхемы. Часть 10. Как избавиться от дребезга контактов
Электронная книга – руководство про микроконтроллеры AVR для начинающих
