Универсальный JK-триггер.
Триггер такого типа имеет два информационных входа J и K, динамический тактовый вход С и статические входы R, S. При этом входы R и S имеют приоритет над всеми остальными входами. Это делает его похожим на RS-триггер, однако у него благодаря наличию входов J и K все-таки есть целый ряд отличий. Специфика работы такого триггера следующая.
Вход J (от англ. Jump — прыжок) аналогичен входу S у RS-триггера. Если подать на него логическую единицу при К=0, то при совпадении этого сигнала по времени (момент t1 на диаграмме рис.7) с сигналом синхронизации С, выход Q перейдет в состояние логической 1. Вход K (от англ. Kill — отключение) аналогичен входу R у RS-триггера. Если подать на этот вход логическую 1 при J=0 (момент времени t2 на диаграмме), то выход Q перейдет в состояние логического 0. Логика работы JK-триггера такова, что при подаче логической единицы на оба входа J и K состояние выхода триггера изменяется на противоположное (момент времени t3 на диаграмме). На практике применяются только синхронные JK-триггеры. В этом случае состояния основных входов J и K учитываются только в момент наличия сигнала тактирования С, например по положительному (переднему) фронту импульса на входе синхронизации. На диаграмме (рис.7) также показана приоритетность сигналов со входов R и S.
Рисунок 7 – Условное обозначение и временная диаграмма JK -триггера
JK-триггер называют универсальным из-за того, что из него легко можно получить D-триггер или Т-триггер. Он переходит в инверсное состояние каждый раз при одновременной подаче на входы J и K логической 1. К примеру, если объединить эти входы, то получим Т-триггер
Вопросы
1. Дайте определение триггеру.
2. Чем различаются асинхронный и синхронный триггеры?
3. Чем различаются статический и динамический триггеры?
4. При каком условии на прямом выходе асинхронного RS-триггера будет 1?
5. При каком условии на прямом выходе асинхронного RS-триггера будет 0?
Тема 15 Системы автоматики и их элементы
1. Виды, структурные схемы и особенности систем автоматики.
2. Элементы систем автоматики
1.Виды, структурные схемы и особенности систем автоматики.
Автоматизация производственных процессов облегчает условия работы людей, повышает производительность труда, надежность работы производственных машин и механизмов, улучшает качество продукции, уменьшает расход материалов и энергии.
Различают следующие системы автоматики:
1. Системы автоматического контроля (измерения)
2. Системы автоматического управления
3. Системы автоматического регулирования
В автоматике применяют пневматические, гидравлические, механические, электронные, оптические и другие элементы, но самыми многочисленными являются электрические и магнитные элементы.
По структуре системы автоматики могут быть замкнутые и разомкнутые. Замкнутые системы имеют цепь обратной связи.
Система автоматического контроля (САК) предназначена для автоматического контроля различных физических величин (параметров), сведения о которых необходимы при управлении объектом.
Рисунок 1 – Структурная схема системы автоматического контроля
ОК – объект контроля (уровень жидкости, температура, давление и т.д.)
ИП – измерительный преобразователь. Он воспринимает измеряемую величину преобразует ее в электрическую величину. В связи с теми функциями, которые выполняют измерительные преобразователи, их еще называют чувствительными элементами или датчиками.
КС – канал связи. Он может содержать усилительные элементы, шифраторы, дешифраторы и др.
УО – управляющий орган
ВО – воспринимающий орган.
Конечные элементы ВО или УО на объект контроля никакого обратного воздействия не оказывают, т.е. система автоматического контроля разомкнутая.
Система автоматического управления предназначена для частичного или полного (без участия человека) управления объектом либо технологическим процессом. Эти системы широко применяют для автоматизации, например, процессов пуска, регулирования частоты вращения и реверсирования электродвигателей в электроприводах всех назначений.
Рисунок 2 – Структурная схема системы автоматического управления
Данная схема является разомкнутой. В такой системе управления функция контроля отсутствует. На управляющий орган УО воздействует оператор или сигнал через задающий орган ЗО поступает сигнал от другой системы автоматики. Задание оператора может быть введено в соответствии с ранее подготовленной программой, например включить или выключить электродвигатель, закрыть или открыть задвижку в водопроводе или газопроводе и т.д.
Управляющий сигнал через канал связи КС поступает на исполнительный орган ИО (если не требуется предварительная расшифровка и усиление сигнала), который воздействует на объект управления ОУ.
Разновидностью подобной системы автоматического управления является система автоматической защиты, назначение которой – прервать процесс при возникновении того или иного предельного режима.
Система автоматического регулирования(САР) поддерживает регулируемую величину в заданных пределах.
Рисунок 3 – Структурная схема системы автоматического регулирования
Система автоматического регулирования объединяет в себе функции контроля и управления, в ней осуществляется замкнутая цепь воздействий: объект регулирования – измерительный преобразователь – управляющий орган – исполнительный орган, который снова воздействует на объект управления.
Измерительный преобразователь ИП измеряет регулируемую величину и преобразует ее в величину другого вида, более удобную для воздействия на управляющий орган УО.
Управляющий орган воспринимает воздействие и срабатывает при достижении одного из заданных значений регулируемой величины, т.е. дает команду на работу исполнительного органа ИО, который в свою очередь, воздействует нужным образом на объект регулирования ОР.
Если разность между верхним и нижним пределами регулируемой величины сокращать, то можно представить себе систему, которая поддерживает с определенной точностью одно заданное значение регулируемой величины (уровня жидкости, скорости вращения вала или других величин).
К системам автоматического регулирования относятся также: система программного регулирования, в которой все операции управления выполняются по заранее заданной программе; следящая система, воспроизводящая на выходе с определенной точностью входное задающее воздействие, изменяющееся по заранее неизвестному закону.
Дата добавления: 2020-06-09 ; просмотров: 1359 ;
JK -триггер
JK-триггеры являются самыми сложными из двоичных триггеров. Но они являются и универсальными. С помощью JK-триггера можно получить все другие типы триггеров. Но универсальность JK-триггеров ограничена. Так как JK-триггеры существуют только двухступенчатые, то, например, D-триггеры на JK-триггерах можно реализовать только непрозрачные.
Логическая схема JK-триггера на логических элементах
Логическая схема JK-триггера на логических элементах
JK-триггер аналогичен RS-триггеру, но отличие от последнего, не имеет запрещенных состояний. Так, вход J JK-триггера соответствует входу S RS-триггера, а вход K — входу R. Но, если в RS-триггере одновременная подача логической единицы на оба входа (R и S) была запрещена, то в JK-триггере при подаче на оба входа единиц, триггер меняет свое состояние на противоположное. При подаче на вход J логической единицы на выходу устанавливается единица, при подаче на вход K логической единицы на выходе получаем логический ноль.
Таблица истинности JK-триггера:
| J | K | Q(t) | Q(t+1) |
|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 1 |
| 0 | 1 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | 0 |
Условное графическое обозначение (УГО) JK-триггера:
УГО JK-триггеров: а)двухступенчатый JK-триггер со статическим управлением по входу С б) двухступенчатый JK-триггер со статическим управлением по входу С с асинхронными установочными входами S и R
D-триггер на основе JK-триггера:
T-триггер на основе JK-триггера:
Промышленные микросхемы JK-триггеров: SN7472, SN74107, SN74109, SN74112, SN74113
Принцип работы JK-триггера
Существует несколько различных типов триггеров, из которых JK считается наиболее универсальным. JK-триггеры находят применение и как отдельные микросхемы, и в качестве элементов для процессоров. Их использование позволяет создавать схемы, действующие по достаточно сложным алгоритмам.
Триггер — что это за устройство
Он представляет собой электронное устройство, способное на протяжении длительного времени сохранять одно из двух или нескольких состояний. Это происходит до тех пор, пока на него подаётся электропитание. Существует несколько типов триггеров, каждый из которых имеет свою сферу применения. Фактически они являются базовыми элементами. На их основе создаются различные цифровые электронные устройства.
Триггер способен на протяжении довольно длительного промежутка времени пребывать в одном устойчивом режиме из нескольких возможных, а затем под действием входных сигналов переходить из одного режима в другой. Состоит он из элементарных логических элементов, функционирующих по правилам математической логики. Это могут быть ИЛИ-НЕ и И-НЕ. Первые из них функционируют в одноединичном прямом коде, то есть, на выходе одного из элементов будет 1, а на выходах других — 0. Устройство с элементами второго вида работает в однонулевом инверсном коде: на выходе одного из них 0, а на выходах других — 1.
Как работает JK-триггер
Это электронное устройство работает строго по определённому алгоритму, предусматривающему поступление входных значений и обеспечивающему формирование выходных.
Как видно из схемы, триггер имеет три входа, на которые поступают следующие сигналы:
- J, K — информационные сигналы. Они принимают значение 0 или 1. Каждой комбинации соответствует определённое выходное значение.
- C — двоичный сигнал, который определяет, будут ли меняться выходные сигналы на основании действующего алгоритма или нет. Обычно срабатывание происходит при переходе от единичного к нулевому значению. Также говорят, что срабатывание происходит при отрицательном фронте сигнала.
В этой схеме имеется два выхода:
- Q — прямой. Выдает значение, которое на данный момент хранится в триггере.
- Q1 также обозначают как Q с горизонтальной чертой сверху — инверсный. Этот сигнал всегда будет противоположным по отношению к Q.
JK-триггер — это своего рода усовершенствованный RS-триггер. В последнем наблюдается одно запрещённое состояние, использование которого приводит к неопределённому результату на выходе. В JK-устройстве такое состояние исключено. В остальном оба элемента действуют аналогично.
JK-триггер — универсальное устройство. На его базе можно построить простой и асинхронный Т-триггер, D-триггер, синхронный RS-триггер
Есть еще комбинированный JK-триггер. От универсального он отличается двумя дополнительными асинхронными входами S и R. Последние позволяют предварительно установить устройство в определенный режим (логического нуля или единицы).
Алгоритм работы
Если на вход C поступает сигнал, равный нулю, то выходные значения будут сохранены. Как только он станет равным единице, формирование значения Q будет происходить по следующим правилам:
- Если J=K=0, режим триггера не меняется.
- Когда J и K равны 1, происходит изменение состояния элемента на противоположное при поступлении каждого тактового импульса. В этом случае триггер функционирует идентично делителю частоты. Такой режим работы называют счётным, поскольку его использование позволяет осуществлять подсчёт определённых событий.
- При K = 1, J = 0 выходное значение принимает нулевое значение.
- Если K = 0, J = 1, тогда на выходе будет получена единица.
Алгоритм работы отображает таблица истинности JK-триггера, так как каждой входной комбинации значений соответствует строго определённая выходная.
Разобраться в работе триггера помогает еще временная диаграмма, на которой графически отображаются сигнальные импульсы, присутствующие одновременно на входах и выходах устройства.
На приведённой диаграмме срабатывание происходит по фронту импульса C с задержкой. Момент, когда это происходит, зависит от конкретной схемы реализации.
Как реализованы функции JK-триггера
JK-тригер описание и схема которого были представлены выше, собран на основе четырех элементов И-НЕ. На вход каждого из них поступают двоичные значения, которые преобразуются по закону конъюнкции. Это электронное устройство имеет относительно несложную схему, работающую на основании простых логических операций. Использование входа C позволяет рассматривать ситуацию для значений, которые подаются на вход или получаются с выхода в последовательные моменты времени. Последние обозначаются латинской буквой «n». Таким образом, в момент t (n) на выходе будет значение Q(n), а в следующий — Q(n+1).
Далее рассмотрим принцип работы универсального JK-триггера для каждой из возможных ситуаций. Для удобства описания использования микросхем И-НЕ они будут пронумерованы. Микросхема слева вверху схемы обозначена D1. Та, что под ней — D2. Находящаяся справа вверху — D3, справа внизу — D4.
На J и K нулевые значения
В этом случае на первых двух микросхемах применение логического элемента И приведёт к получению нуля, но поскольку нужно брать дополнительное значение, будет образована единица на обеих микросхемах.
Так как выходное значение от Q и от отрицания Q будет подано на вход микросхем D3 и D4 (значение в момент времени n), то элемент И вместе с логической единицей просто передаст на выход это значение.
При этом необходимо учитывать, что значение отрицания Q будет подано на микросхему для формирования Q и наоборот. После этого на выходе микросхемы будет применено НЕ, которое сохранит прежнее значение. Таким образом, комбинация J = K = 0 приведёт к сохранению прежнего значения. Нужно помнить, что работа в соответствии с указанным алгоритмом возможна лишь в момент поступления отрицательного фронта сигнала на C. На протяжении остального времени ничего происходить не будет.
На J и K единичные значения
Если Q = 0, то отрицание Q будет равняться 1. Если на вход элемента D1 будет подано J = 1 и отрицание Q, тогда на выходе D1 сформируется ноль. С учетом того, что на входе D3 имеется логический 0, на выходе будет получена единица как результат функционирования элемента И-НЕ. Следовательно, в момент времени n + 1 сформируется инвертированное значение.
Для D2 и D4 значения находят аналогичным образом в соответствии с таблицей истинности JK-триггера.
J и K имеют противоположные значения
Если J = 1 и K = 0, то на вход D1 поступят сигналы J = 1 и отрицание Q. Результатом логического И станет отрицание Q. После инвертирования значение приобретает Q. На вход D3 поступят одновременно Q и отрицание Q. Поэтому результатом логического И всегда будет ноль. Этот результат не зависит от предыдущего значения отрицания Q.
В случае, когда J = 0, K = 1 аналогичным образом можно убедиться, что Q = 0.
Области применения триггера
JK-триггер можно рассматривать как ячейку памяти объёмом в 1 бит. Подача управляющих сигналов позволяет устанавливать значение памяти, равное 0 или 1, сохранять или инвертировать его, что наглядно демонстрирует таблица переходов.
На практике JK-устройства выпускают в виде микросхем, действующих в соответствии с таблицей истинности синхронного триггера. Обычно для того, чтобы запрограммировать определённый алгоритм сначала составляют логическую формулу преобразования двоичных сигналов. Затем реализовывают её в виде платы, включающей в себя установку триггеров.
Триггеры нашли широкое применение в таких компонентах вычислительных систем, как счетчики, регистры, процессоры и ОЗУ. Универсальность JK-триггеров позволяет использовать их в устройствах с разным уровнем сложности логики работы. Например, на основе JK-триггера можно собрать делитель частоты на 10. При поступлении на вход данного устройства импульсов частотой 10 кГц на выходе будут получены значения, равные 1 кГц. Подобные схемы получили название декадного делителя или декады.
Использование JK-устройств в составе цифровых счетчиков – это их основная область применения. Цифровые схемы в современной технике собираются на основе микросхем программируемой логики (FPGA) или заказных микросхем (ASIC).
Еще одна область применения JK-триггеров — устройства для обнаружения коротких импульсов. В данном случае импульс после поступления на вход С переходит в единичное состояние, которое затем обнаруживается последующей схемой, например, микропроцессором. Подобно схеме обнаружения КИ работает и схема ждущего мультивибратора.
При создании сложных логических схем нужны приборы разных видов. Поэтому выгоднее использовать универсальный тип устройства, которое может работать в различных режимах. Именно такими устройствами являются JK-триггеры.
Почему jk триггер называется универсальным
Шадинова К.С. 1 Жусипбекова Ш.Е. 1 Жакипова Ш.А. 1 Мажибаева Г.П. 2 Маметжанова Н.Х. 2 Рсалина Л.А. 2 Байшыгашова Э.А. 2 Суранчиева З.Т. 2 Шаденова Н.С. 3
1 Казахский национальный медицинский университет имени С.Д. Асфендиярова
2 Казахский государственный женский педагогический университет
3 Общая средняя школа имени С. Аширова
Асинхронные триггеры изменяют свое состояние непосредственно в момент появления соответствующего информационного сигнала и не обладают логическим разнообразием. Синхронизируемые триггеры реагируют на информационные сигналы только при наличии соответствующего сигнала на входе синхронизации – С (от англ. clock). Иногда этот вход называют тактирующим или стробирующим. Сигнал на информационном входе этих триггеров записывается и передается на выход по сигналу синхронизации. Еще более широкими возможностями управления обладают тактируемый D- и универсальный JK-триггеры, на которых строятся основные узлы цифровых устройств автоматических комплексов. Поэтому изучение принципа действия, области использования и функциональных возможностей таких триггеров следует считать обязательной необходимой задачей. Цель работы: Исследование принципа построения и работы комбинированного RS-D и универсального JK-триггеров с последующим переводом их в счетный режим.
логические элементы
1. Горбачев Г.Н., Чаплыгин Е.Е. Промыш-ленная электроника. – М.: Энергоатомиздат. 1988.
2. Прянишников В.А. Электроника. – С.-Пб.: Корона принт. 1998.
3. Эндерлайн Р. Микроэлектроника для всех. – М.: Мир. 1989.
4. Наумов Ю.Е. Интегральные логические схемы. – М.: Радио и связь. 1980.
5. Партала Ю.Е. Цифровая электроника. – С.-Пб.: Наука и техника. 2000.
D-триггер (от англ. delay) отличается от синхронного RS-триггера тем, что вместо двух информационных входов R и S у него имеется только один информационный вход D (рис. 1, а). Часто его называют триггером задержки. Предположим, что первоначально триггер находится в нулевом состоянии, т.е. Q = 0. Если на вход D подать логическую «1», а на вход С подать тактирующий импульс, то на выходе Q установится логическая «1», т.е. триггер примет единичное состояние (Q = 1). Если на вход D подать логический «0», а на вход С – следующий импульс, то триггер перейдет в нулевое состояние (Q = 0). Поступление новых синхроимпульсов на вход С без смены сигнала на информационном входе, не может изменить состояние триггера (рис. 1, б).
Каждый раз смена состояния триггера совершается только по переднему фронту тактирующего импульса на входе С с небольшой задержкой tз по переднему и заднему фронту.
Асинхронные 
и 
входы имеют приоритет перед информационным, поскольку элемент памяти в этом случае управляется Лог.
Рис. 1. Комбинированный RS – D триггер (а) и его временные диаграммы (б)
«0» (Q = 1) и уже его ничто не может изменить (табл. 1). Чтобы иметь возможность записать информацию на входе D, следует подать на входы 
и 
логическую «1». Условно-графическое изображение D-триггера представлено на рис. 2. На возможность управления триггером только низким потенциалом по входам S и R указывает знак инверсности.
Если информационный вход D триггера соединить с его инверсным выходом , то у триггера остается только один вход С (без учета R и S). При поступлении серии импульсов на вход С, триггер меняет свое состояние каждый раз по переднему фронту этих сигналов и, поскольку лог. «1» на выходе Q появляется в два раза реже, чем импульсы на входе С, то такой триггер осуществляет деление частоты входных сигналов на два. В этом случае такой триггер называют счетным или Т-триггером. Запрещенным состоянием для D-триггера считается одновременное присутствие на входах R = S = 0, в результате чего на обоих выходах возникает логическая «1» (табл. 1). В настоящей работе изучается D-триггер, построенный на ИМС типа К155ТМ2. Данная микросхема имеет в своем составе два независимых D-триггера, представленные на рис. 3.
Рис. 3. Расположение выводов ИМС К155ТМ2
Таблица истинности D-триггера