Триггерное устройство

 

Использование: изобретение относится к импульсной технике и позволяет уменьшить затраты. Сущность изобретения: триггерное устройство содержит два элемента ИЛИ-НЕ (1,2), асинхронный RS-триггер (З), выполненный на двух элементах ИЛИ-НЕ, элемент памяти (4) на магнитном сердечнике с прямоугольной петлей гистерезиса и обмоткой, резистор (5), информационную шину (6) и шину (7) перемагничивания. 2 ил. С/3 d 00 -4 О 4

р 00 Фиг.1 Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах вычислительной техники и систем управления. Известно трштерное устройство, содержащее триггер, первый и второй элементы совпадения, первый и второй элементы памяти на магнитных сердечниках, первый и второй диоды, первый, второй, третий и четвертый резисторы, первый и второй конденсаторы. Тактовый вход триггера соединен с входом триггерного устройства и с первыми входами первого и второго элементов совпадения, выходы которых соединены соответственно с входами сброса и установки триггера, прямой и инверсный выходы которого соединены с входами обмоток записи соответственно первого и второго элементов памяти на магнитных сердечниках . Первый и второй резисторы соединены со вторыми входами 19-93 соответственно первого и второго элементов совпадения. Третий и четвертый резисторы соединены с шиной питания. Вход обмоток считывания первого и второго элементов памяти соединены с общей шиной. Шина питания соединена с первым и вторым резисторами. Вторые входы первого и второго элементов совпадения соединены с общей шиной, соответственно, через первый и второй конденсаторы. Третий и четвертый резисторы соединены с входами обмоток записи соответственно первого и второго элементов памяти, выходы обмоток записи которых соединены между собой. Выходы обмоток считывания первого элементов памяти соединены с катодами соответственно первого и второго диодов, аноды которых соединены со вторыми входами соответственно первого и второго элементов совпадения. Недостатком данного триггерного устройства является сложность схемы, связанная с использованием счетного триггера и большого количества дискретных элементов, в том числе двух элементов памяти на магнитных сердечниках. Известно триггерное устройство содержащее триггерную ячейку, имеющую управлений вход, установки и сброса, прямой и инверсный выходы, элемент памяти на магнитном сердечнике с прямоугольной петлей гистерезиса (ППГ) и обмотками записи и считывания, конденсатор, первый и второй резисторы. Входы установки и сброса триггерной ячейки соединены с одним из выводов соответственно первого и второго резисторов. Вход обмотки записи элемента памяти соединен с прямым выходом триггерной ячейки, вход сброса которой соединен с одним из выводов конденсатора. Вход и выход обмотки считывания элемента памяти соединены с другим выводами соответственно второго и первого резисторов, а ее средняя точка - с общей шиной. Выход обмотки записи элемента памяти соединен с инверсным выходом триггерной ячейки, вход установки которой подключен к другому выводу конденсатора. Недостатком данного триггерного устройства является низкая помехоустойчивость по управляющему входу, обусловленная высоким быстродействием микросхем и малым временем перемагничивания элемента памяти на магнитном сердечнике. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является энергонезависимая ячейка памяти, содержащая сердечник с ППГ и обмоткой, первый и второй элементы И-НЕ с открытыми стоками, третий элемент И-НЕ, резистор и триггер. Средняя точка обмотки подключена через резистор к источнику питания. Конец обмотки подключен к выходу первого элемента И-НЕ, начало к выходу второго элемента И-НЕ и к одному из входов третьего элемента И-НЕ. Второй вход третьего элемента И-НЕ подключен к шине разрешения, а выход - к единичному входу триггера. Нулевой вход триггера подключен к шине сброса, а счетный вход к информационной шине. Прямой и инверсный выходы триггера соединены со входами первого и второго элементов И-НЕ соответственно, вторые входы которых подключены к шине перемагничивания. Недостатком энергонезависимой ячейки является сложность схемы, связанная с использованием счетного триггера с установочным входами и логических элементов с открытыми стоками. Цель изобретения - упрощение устройства . Поставленная цель достигается тем, что в триггерном устройстве, содержащем сердечник с прямоугольной петлей гистерезиса и обмоткой, средняя точка которой соединена с одним из выводов резистора, начало - с одним из выводов резистора, начало - с одним из выводов резистора, начало - с одним из входов первого логического элемента , выход которого подключен к шине перемагничивания, и информационную шину , другой вход первого логического элемента подключен к информационной шине, конец обмотки сердечника соединен с прямым выходом триггера, вход сброса которого подключен к шине перемагничивания, а выход второго логического элемента соединен с другим выводом резистора, причем логические элементы выполнены в виде элементов ИЛИ-НЕ. Указанная совокупность признаков позволяет упростить устройство за счет замены счетного триггера с установочными входами на асинхронный RS-трштер и исключения логических элементов с открытыми стоками. Известно техническое решение, в котором обнаружен один из отличительных существенных признаков, а именно асинхронный RS-триггер на элементах ИЛИ-НЕ с перекрестными связями. Свойства известного и заявляемого технических решений, обусловленные наличием указанного признака, одинаковые - установка триггера в одно из двух устойчивых состояний по входам установки и сброса. Не обнаружены известные технические решении, содержащие остальные отличительные от прототипа существенные признаки. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию существенные отличия. На фиг. 1 приведена схема триггерного устройства; на фиг 2 - временные диаграммы работы триггерного устройства. Триггерное устройство (см. фиг.1) содержит первый 1 и второй 2 элементы ИЛИ-НЕ, асинхронный RS-триггер З,выполненный на двух элементах ИЛИ-НЕ, элемент 4 памяти на магнитном сердечнике с прямоугольной петлей гистерезиса и обмоткой, резистор 5, информационную шину 6 и шину 7 перемагничивания. Первый вход элемента ИЛИ-НЕ 1 подключен к началу обмотки элемента 4 памяти, а второй вход и выход соответственно к информационной шине 6 и к установочному входу триггера 3, вход сброса которого соединен с шиной 7 перемагничивания и вторым входом элемента ИЛИ-НЕ 2.Прямой выход триггера 3 подключен к концу обмотки элемента 4 памяти и к первому входу элемента ИЛИ-НЕ 2 выход элемента ИЛИ-НЕ 2, выход которого через резистор 5 соединен со средней точкой обмотки элемента 4 памяти. Элементы 1, 2 выполнены на микросхемах 564 Л Е5, асинхронный RS-триггер З выполнен на микросхемах 564 ЛЕ5 по схеме двух элементов ИЛИ-НЕ. В кн. И.С.Потемкин . Функциональные узлы цифровой автоматики , М.: Энергоатомиздат, 1988 г, с. 166, рис. 6.1 а). Элемент 4 памяти выполнен на базе сердечника из сплава 77 НМД (типоразмер М2,5 - 3/2,5 - 45), обмотка имеет 140 витков, резистор 5 - ОМЛТ-0, 125 - 100 кОм ± 5%. Счетчик может быть выполнен на микросхемах других серий, например серии К176, К561. Могут быть использованы другие типы резисторов, например С2 - 33. Элемент 4 памяти может быть выполнен на сердечнике ленточном кольцевом ЗМ4 - 3/2,5 - 60. Триггерное устройство работает сведущим образом. В режиме хранения информации на информационной шине 6 и шине 7 перемагничивания присутствует уровень логической единицы, а на выходах элементов 1, 2 и на прямом выходе RS-триггера З - уровень логического нуля. Для записи в сердечник элемента 4 памяти исходного нулевого состояния на шине 7 перемагничивания формируется импульс отрицательной полярности (относительно напряжения питания). На информационной шине 6 сохраняется уровень логической единицы. При этом rs-триггер З остается в нулевом состоянии, а на выходе элемента ИЛИ-НЕ 2 появляется уровень логической единицы. Через резистор 5 и нижнюю часть обмотки элемента 4 памяти протекает ток, намагничивающий сердечник элемента 4 памяти в нулевое состояние. За нулевое состояние сердечника условно принято состояние, в которое он намагничивается при вытекающем из конца обмотки токе. После записи нулевого состояния на шине 7 перемагничивания восстанавливается уровень логической единицы . Цикл переключения триггерного устройства начинается в момент времени tl (см. фиг. 2), когда на шине 7 перемагничивания формируется импульс отрицательной полярности . При этом триггер 3 сохраняет нулевое состояние, а на выходе элемента ИЛИ-НЕ 2 появляется уровень единицы (фиг. 2, поз. 14), через резистор 5 и нижнюю часть обмотки элемента 4 памяти начинает протекать ток, но так как сердечник находится в нулевом состоянии, на начале обмотки элемента 4 памяти сформируется только короткий импульс помехи (фиг. 2, поз. 10) из-за непрямоугольности петли гистерезиса магнитного сердечника. Через время, превышающее возможную длительность импульса помехи, в момент t2( фиг. 2) на информационной шине 6 формируется импульс отрицательной полярности (фиг. 2, поз. 8). При этом на выходе элемента ИЛИ-НЕ 1 (фиг. 2, поз. 11) и соответственно на установочном входе триггера 3 появляется уровень логической единицы, переключающий триггерЗ в единичное состояние (фиг. 2, поз. 12, 13). На выходе элемента ИЛИ-НЕ 2 (фиг. 2, поз. 14)появляется уровень логического нуля и через нижнюю часть обмотки элемента 4 памяти и резистор 5 начинает протекать ток в обратном направлении и перемагничивает сердечник элемента 4 памяти в противоположное состояние. При этом на начале обмотки формируется импульс отрицательной полярности, не влияющий на состояние триггера 3. В момент времени t 3 ( фиг. 2) импульс на информационной шине 6 заканчивается и на выходе элемента ИЛИ-НЕ 1 появляется уровень логического нуля (фиг. 2, поз. 8, 11), состояние триггера 3 при этом не меняется (фиг. 2, поз. 12, 13). После перемагничивания сердечника элемента 4 памяти в единичное состояние в момент t4 ( фиг. 2) заканчивается импульс на шине 7 перемагничивания и триггер 3 переходит в нулевое состояние (фиг. 2, поз. 9, 12, 13). На прямом выходе триггера Зи на выходе элемента ИЛИ-НЕ2 (фиг. 2, поз. 13, 14) - уровень логического нуля и в сердечнике элемента 4 памяти хранится единица. Цикл переключения триггерного устройства в противоположное состояние начинается в момент времени t5 ( фиг. 2) с прихода импульса отрицательной полярности на шину 7 перемагничивания (фиг. 2, поз. 9). Триггер 3 остается в нулевом состоянии, а на выходе элемента ИЛИ-НЕ2 появляется уровень логической единицы (фиг. 2 поз. 12,13,14). Через резистор 5 и нижнюю часть обмотки элемента 4 памяти начинает протекать ток. Так как сердечник до этого находился в единичном состоянии, то он начнет перемагничиваться в нулевое состояние и при этом на начале обмотки элемента 4 памяти формируется полезный импульс (фиг. 2, поз. 10). В момент времени t6 на информационную шину 6 поступает импульс, но он не проходит через элемент ИЛИ-НЕ 1 на установочный вход триггера 3, так как в это время блокируется высоким уровнем по первому входу элемента ИЛИ-НЕ 1 (фиг. 2, поз. 8,10). Импульс на информационной шине 6 должен закончится раньше, чем закончится импульс на первом входе элемента ИЛИ-НЕ 1 (фиг. 2, поз. 8,10). После перемагничивания сердечника элемента 4 памяти в нулевое состояние заканчивается импульс на шине 7 перемагничивания (фиг. 2,поз. 9, 10). Триггер 3 остается в нулевом состоянии, на выходе элемента ИЛИ-НЕ 2 появляется уровень логического нуля, и сердечник хранит нулевое состояние (фиг. 2, поз.9,12, 13, 14). Аналогичным образом в сведущем цикле триггерное устройство переключится в единичное состояние. Информация о состоянии триггерного устройства снимается с выходов триггера 3 во время присутствия импульса на информационной шине 6 (фиг. 2, поз. 8, 12, 13). Помехоустойчивость триггерного устройства по информационной шине и сохранение информации при перерывах в питании обеспечивается за счет хранения информации о состоянии триггерного устройства в энергонезависимом элементе памяти на магнитном сердечнике с ППГ, обмотка которого запитывается только при переключении триггерного устройства в следующее состояние, а также за счет принудительного удержания триггера в нулевом состоянии между циклами переключения. Таким образом, описание работы триггерного устройства подтверждает его работоспособность . За счет замены счетного триггера с установочными входами на асинхронно RS-триггер и исключения логических элементов с открытыми стоками достигнуто упрощение триггерного устройства . Для оценки упрощения схемы триггерного устройства произведено сравнение затрат на уровне логических элементов. Количество дискретных элементов в схемах прототипа и предлагаемого устройства одинаковое. Счетный триггер может быть выполнен на восьми логических элементах в состав которых, должны входить два трехвходовых элемента для организации входов установки и сброса. Затраты на реализацию схемы прототипа составляют одиннадцать логических элементов , а затраты на реализацию предлагаемого устройства - четыре логических элемента. Таким образом, достигается упрощение триггерного устройства по сравнению со схемой прототипа более чем в 2,5 раза. Упрощение достигается и при сравнении на уровне корпусов микросхем, При выполнении триггерного устройства на основе КМОП интегральных схем в прототипе используется 0,5 корпуса микросхемы 564ТВ1, один корпус микросхемы 54ЛАЮ, в котором находятся два элемента И-НЕ с открытым стоком. Предлагаемое устройство может быть реализовано на 0,5 корпуса микросхемы 564ЛЕ5 и 0,25 корпуса микросхемы 564ТР2, в состав которой входят четыре асинхронных RS-тригтера. Для организации инверсного выхода триггерного устройства может быть использовано 0,25 корпуса микросхемы 564ЛЕ5. Таким образом, уменьшение затрат в предлагаемом устройстве по сравнению со схемой прототипа составляет 43% при сравнении на уровне корпусов микросхем. Кроме того, в предлагаемом устройстве по сравнению со схемой прототипа уменьшено в два раза количество шин управления. Для подтверждения работоспособности заявляемого устройства был изготовлен и испытан лабораторный образец. Напряжение питания 10 В. На шины 6, 7 подавались одиночные импульсы. При этом интервалы времени на временных диаграммах (фиг. 2) имели следующие значения: интервал t2 - tl 3 мкс, интервал t3 - t2 5 мкс, интервал t4 - tl 20 мкс. Работа триггерного устройства контролировалась осциллографическим способом на прямом выходе триггера. Работоспособность лабораторного образца заявляемого триггерного устройства подтверждена в диапазоне температуры окружающей среды от минус 50°С до плюс 60°С. Проведенные испытания показали осуществимость заявляемого устройства и подтвердили его практическую ценность.

Формула изобретения

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Триггерное устройство, содержащее сердечник с прямоугольной петлей гистерезиса и обмоткой, средняя точка которой соединена с одним из выводов резистора, начало - с одним из входов первого логического элемента , выход которого подключен к установочному входу триггера, прямой выход которого соединен с первым входом второго логического элемента, второй вход которого подключен к шине перемагничивания, и информационную шину, отличающееся тем, что, с целью упрощения, другой вход первого логического элемента подключен к информационной шине, конец обмотки сердечника соединен с прямым выходом триггера , вход сброса которого поключен к шине перемагничивания, а выход второго логического элемента соединен с другим выводом резистора, причем логические элементы выполнены в виде элементов ИЛИ-НЕ, а триггер - в виде асинхронного RS-трштера на двух элементах ИЛИ.