Чарльз Петцольд - Код. Тайный язык информатики

Для решения некоторых задач бывает достаточно входа Clk со срабатыванием по уровню. Для решения других более предпочтительным является вход Clk со срабатыванием по фронту . В этом случае выходы изменяются только во время перехода значения сигнала Clk от 0 к 1 . Как и при использовании триггера со срабатыванием по уровню, когда вход Clk равен 0, любые изменения входного сигнала «Данные» не влияют на выходы. Отличие триггера со срабатыванием по фронту заключаются в том, что изменения входного сигнала «Данные» не воздействуют на выходы даже тогда, когда вход Clk равен 1. Входной сигнал «Данные» влияет на выходы только в тот момент, когда значение входного сигнала Clk меняется с 0 на 1. D-триггер со срабатыванием по фронту состоит из двух блоков RS-триггера, соединенных следующим образом.

В данном случае идея в том, что вход Clk управляет как первым, так и вторым блоком. Однако в первом блоке сигнал Clk инвертируется, или первый блок работает так же, как D-триггер, за исключением того, что входной сигнал «Данные» сохраняется, когда сигнал Clk равен 0. Выходы второго блока — входы первого, и их сигналы сохраняются, когда вход Clk равен 1. В итоге входной сигнал «Данные» сохраняется в момент изменения сигнала Clk с 0 на 1.

Давайте рассмотрим эту схему подробно. На следующем изображении показан триггер в состоянии покоя, когда входы «Данные» и Clk, а также выход Q равны 0.

Теперь измените значение входного сигнала «Данные» на 1.

Это изменит состояние первого триггера, поскольку инвертированный входной сигнал Clk равен 1. Однако второй блок остается неизменным, так как неинвертированный входной сигнал Clk равен 0. Теперь измените входной сигнал Clk на 1.

Это приведет к изменению второго блока, при этом значение выхода Q поменяется на 1. Разница заключается в том, что входной сигнал «Данные» теперь может меняться (например, обратно на 0), не влияя на значение выхода Q.

Выходы Q и могут меняться только в тот момент, когда входной сигнал Clk изменяется с 0 на 1.

В функциональную таблицу D-триггера со срабатыванием по фронту требуется добавить новый символ — стрелку вверх (↑), которая обозначает изменение значения сигнала с 0 на 1.

Стрелка указывает на то, что значение выходного сигнала Q становится равным входному сигналу «Данные» в момент изменения значения сигнала Clk с 0 на 1. Этот процесс называется положительным переходом сигнала Clk ( отрицательный переход с 1 к 0). Схема триггера выглядит следующим образом.

Маленькая угловая скобка указывает на то, что триггер срабатывает по фронту.

Теперь хочу показать вам схему, использующую D-триггер, срабатывающий по фронту, которую нельзя продублировать с помощью триггера, срабатывающего по уровню. Вспомните осциллятор, который мы создали в начале этой главы. Значение выходного сигнала этого осциллятора чередуется между 0 и 1.

Давайте подключим выход осциллятора ко входу Clk D-триггера, срабатывающего по фронту, а выход — ко входу D.

Выход триггера одновременно является его же входом. Это обратная связь с обратной связью! На практике это может привести к проблеме. Осциллятор сконструирован из реле, которое вибрирует с максимально возможной скоростью. Выход осциллятора подключен к реле, из которых сконструирован триггер. Эти другие реле могут не поспевать за скоростью осциллятора. Чтобы избежать этого, предположим, что реле, используемое в осцилляторе, работает медленнее, чем реле, применяемые в других местах этой схемы.

Чтобы понять, что происходит в этой схеме, давайте посмотрим на функциональную таблицу, иллюстрирующую различные изменения. Допустим, что вход Clk и выход Q равны 0. Значит, выход Q, подключенный к входу D, равен 1.

Когда значение входного сигнала Clk изменяется с 0 на 1, выходной сигнал Q становится равным входному сигналу D.

Поскольку выходной сигнализменяется на 0, входной сигнал D также поменяется на 0. Теперь входной сигнал Clk станет равен 1.

Входной сигнал Clk возвращается к 0, не влияя на значения выходных сигналов.

Теперь значение входного сигнала Clk снова изменяется на 1. Поскольку входной сигнал D равен 0, выходной сигнал Q становится равным 0, а выходной сигнал — 1.

Таким образом, входной сигнал D также становится равным 1.

То, что здесь происходит, можно описать очень просто: каждый раз, когда значение входного сигнала изменяется с 0 на 1, значение выходного сигнала Q меняется либо с 0 на 1, либо с 1 на 0. Ситуацию может прояснить следующий график.

Когда входной сигнал Clk изменяется с 0 на 1, значение на входе D (которое совпадает со значением на выходе Q) передается на выход Q, при этом также изменяется значение Q и D до следующего перехода значения входного сигнала Clk от 0 к 1.