ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 07.12.2023
Просмотров: 30
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Триггеры
Триггером называют устройство, которое может находиться в одном из двух устойчивых состояний, например, включен – «1», выключен – «0» и регенеративно (скачком) переходить из одного состояния в другое. Триггер снабжается двумя выходами: прямым Q и инверсным Q Способность триггера фиксировать на любое время свое текущее состояние наделяет его свойством памяти. Вследствие чего триггер является простейшим последовательностным устройством (в дальнейшем будем именовать устройствами последовательного действия), поскольку его состояние в новом такте определяется не только комбинацией входных сигналов, но и исходным, текущим состоянием.
Триггеры являются одним из самых распространенных схемотехнических элементов в цифровой и вычислительной технике и широко применяются в виде самостоятельных изделий и в качестве базовых элементов для построения регистров, счетчиков, запоминающих устройств.
Триггеры существенно различаются между собой по схемному исполнению, выполняемым функциям, способам управления, электрическим параметрам.
Классификация триггеров
Классифицировать триггеры можно по способу приема информации, принципу построения и по функциональным возможностям.
По способу приема информации триггеры делятся на асинхронные и синхронные. Асинхронные триггеры воспринимают управляющие, информационные сигналы в момент их поступления на вход триггера и реагируют на них вплоть до момента их снятия. Синхронные триггеры реагируют на установленные информационные сигналы лишь при наличии специального тактирующего сигнала на управляющем входе С (вход синхронизации). Синхронные триггеры со статическим управлением принимают информационные сигналы при подаче на вход С уровня лог.1 (прямой С-вход) или уровня лог. 0 (инверсный С-вход). Триггеры с динамическим управлением воспринимают информационные сигналы в момент перехода тактирующего сигнала на входе С из 0 в 1(0/1) или из 1 в 0 (1/0).
По принципу построения триггеры со статическим управлением можно разделить на одноступенчатые и двухступенчатые. Одноступенчатые триггеры имеют в своем составе одну ступень запоминания информации (одну элементарную триггерную ячейку) и схему управления. Двухступенчатые триггеры имеют две последовательно включенные запоминающие ячейки, запись информации вначале производится в первую ячейку (ступень), а затем переписывается во вторую (выходную) ступень.
По функциональным возможностям различаются:
– триггеры с раздельным управлением по входам R и S (RS-триггеры);
– триггеры с приемом информации по входу D (D-триггеры);
– триггеры со счетным входом (T-триггеры);
– универсальные триггеры с информационными входами J и K (JK-триггеры).
Обозначения и назначения входов триггеров:
R (от англ. Reset) – раздельный вход установки в состояние 0 (сброс);
S (от англ. Set) – раздельный вход установки в состояние 1 (включение);
К (от англ. Kill) – внезапное отключение, управление нулем;
J (от англ. Jerk) – внезапное включение, управление единицей;
Т – счетный вход;
D (от англ. Delay – задержка, Data – данные) – информационный вход установки триггера в состояние, соответствующее логическому уровню на этом входе;
С (от англ. Clock) – исполнительный, управляющий (синхронизирующий) вход, вход тактовых импульсов;
V – разрешающий управляющий вход.
Основными техническими характеристиками триггера являются: быстродействие, потребляемая мощность, напряжение питания, помехоустойчивость, уровни входных и выходных сигналов, функциональные возможности.
Для обозначения функциональных возможностей триггеров в интегральном исполнении используется следующая маркировка: TR – RS-триггер, TB – JK-триггер, TM – D-триггер.
Триггеры относятся к цифровым автоматам. В отличие от комбинационных схем состояние на выходе триггера в данный момент времени определяется не только состояниями на входах триггера в этот же момент времени, но и предыдущим состоянием триггера. Цифровые автоматы, к которым относятся триггеры, иногда называют последовательными схемами.
Триггеры строились по самым разнообразным электрическим схемам. В последнее время триггеры обычно конструируют, используя логические элементы.
RS - триггер
Важным методом, используемым для описания функционирования RS- триггера, является метод таблиц состояний (таблиц переходов). Таблица состояний (рис. 3.3.а) RS-триггера в сокращенной форме (эту таблицу называют также управляющей таблицей, таблицей функционирования) содержит два входных сигнала (сигналы R и S) и один выходной сигнал Q (функция). Хотя триггеры имеют два выхода - один прямой Q, а другой - инверсный `Q, в описании триггера и в таблице состояний указывают лишь состояние прямого выхода Q.
Из таблицы состояний триггера видно, что при подаче на вход R уровня лог. «1» триггер принимает состояние логического «0», а при подаче управляющего сигнала «1» на вход S - состояние «1». Следует отметить также, что если до подачи управляющего сигнала, например, на вход R, триггер находился в состоянии логического «0», его состояние не изменится и после подачи сигнала «1» на вход R. Если на обоих входах триггера имеются уровни логического «0»- это состояние соответствует режиму хранения и триггер сохраняет предыдущее состояние. В таблице это состояние обозначено условно Q0. При подаче на входы R и S одновременно уровня «1» триггер будет находиться в неопределенном (или неправильном) состоянии, поэтому такое сочетание сигналов R и S называется запрещенной комбинацией управляющих сигналов и в таблице состояний обозначается буквой a.
Сокращенная таблица состояний триггера отражает лишь динамику изменения состояния триггера и не учитывает свойство триггера запоминать единицу информации. Полная таблица состояний триггера должна учитывать влияние (на процесс управления) значения предыдущего состояния триггера Q0. Причем Q0 представляется как входная переменная. Полная таблица состояний RS -триггера приведена на рис. 3.3, б.
Таблицу состояний строят так же, как и таблицу истинности.
Анализ таблицы показывает, что только в ситуациях, описываемых строками 4 и 5, происходит изменение состояния триггера.
Рис. 3.3. RS - триггер: а) - упрощенная таблица состояний; б) полная таблица
переходов; в) Карта Карно; г) RS - триггер, управляемый сигналом низкого
уровня (
триггер); д) RS - триггер на элементах базиса ИЛИ-НЕ Рассмотрим строку 4. После того, как подается сигнал на вход R, триггер сбрасывается, т.е. переходит из состояния “1” в состояние “0”.
Рассмотрим строку 5. Триггер устанавливается, т.е. переходит из состояния “0” в состояние “1”, в результате подачи сигнала “1” на вход S. Для строк 1 и 2 сигналы S =01* и R=0, и, следовательно, никаких изменений в состоянии триггера не происходит. Для строки 3 сигнал R=1, и этот сигнал в нормальных условиях должен сбросить триггер, но так как триггер уже “сброшен” и Q = 0, то сигнал R = 1 не изменяет его состояние.
Аналогично для строки 6 сигнал S = 1, и этот сигнал в обычных условиях будет устанавливать триггер в “1”, но Q = 1, и, следовательно, состояние триггера останется без изменений до поступления следующего сигнала R.
Особенность RS-триггера заключается в том, что при подаче одновременно на входы R и S сигнала, соответствующего логической 1, состояние триггера становится неопределенным: на обоих выходах Q и `Q установится уровень “1”, а после снятия со входов управляющих сигналов, в силу случайных причин, триггер может установиться в состояние “0” либо “1”. Очевидно, что для нормальной работы триггера необходимо исключить указанное сочетание входных сигналов, приводящее к неопределенному состоянию, что можно осуществить, предусмотрев выполнения запрещающего условия R × S=0.
Из таблицы состояний может быть получено уравнение, описывающее поведение триггера. Это уравнение носит название характеристического уравнения триггера. Оно показывает, как меняется состояние триггера в зависимости от текущих значений состояния и входов.
Для получения упрощенного аналитического выражения, описывающего поведение RS-триггера, построим карту Карно и проведем соответствующие контуры (рис. 3.3, в). Полученное характеристическое уравнение триггера имеет вид
. Применив закон де Моргана преобразуем полученные выражение в базис И-НЕ:
. Схема RS- триггера, реализованного в выбранном базисе, приведена на рис. 3.3, г.
Из формулы RS - триггера видно, что при реализации его в базисе И-НЕ, триггер управляется сигналами низкого уровня, т.е. уровня лог. "0" (если не предусмотрены инверторы). Для приведения поведения триггера, выполненного на элементах И-HE, в соответствие с таблицей состояний сигналы S и R необходимо инвертировать.
Из анализа схемы рис. 3.3, г очевидно, что простой RS триггер можно сконструировать, соединив “крест-накрест” два элемента И-НЕ.
Входные линии триггера обозначены как
и
, поскольку триггер устанавливается при 
=0 и сбрасывается при =0. Такой триггер иногда называют RS-триггер с инверсными входами или конъюнктивной бистабильной ячейкой.Схема RS-триггера, реализовнная в базисе И-HЕ в соответствии с таблицей состояний, приведена на рис. 3.3, д. Для построения RS -триггера на элементах ИЛИ-НЕ приведем формулу триггера в базис ИЛИ-НЕ
. Схема RS -триггера, выполненная на элементах базиса ИЛИ-HЕ, приведена на рис. 3.4, а. Временные диаграммы, поясняющие работу RS-триггера, приведены на рис. 3.4, б.
Из временных диаграмм (рис. 3.4, б) следует, что рассмотренные выше RS-триггеры опрокидываются, т.е. управляются сигналами R и S, в любой момент времени. В тех случаях, когда длительности управляющих сигналов не синхронизированы (не согласованы), триггер может находиться в неопределенном состоянии (интервалы времени t4, t5), и поэтому такие триггеры называют асинхронными.
Триггер, построенный на базе элементов ИЛИ-НЕ, называют также дизьюнктивной бистабильной ячейкой. Бистабильные ячейки, помимо самостоятельного применения, входят в качестве составного узла в триггеры других типов.
Синхронный RS -триггер. Синхронные триггеры снабжаются дополнительным входом, по которому поступает синхронизирующий (тактирующий) сигнал. При этом изменение состояния триггера происходит (при наличии управляющего сигнала) только в те моменты времени, когда на специальный синхровход триггера поступает тактирующий импульс (рис 3.5, а). Синхронный RS-триггер строится в соответствии с рис. 3.5, б, а его условное изображение на принципиальных и функциональных схемах приведено на рис. 3.5, в. Синхронизирующий вход обозначается буквой С.
Входные сигналы S и R являются информационными, а на входе С - синхронизирующими, по ним происходит переключение триггера. Следует отметить, что для надежной работы триггера необходимо, чтобы длительность переключающего сигнала (синхронизирующего сигнала) на входе