Что такое синхронный триггер

16

Триггеры

Триггер — устройство, которое может находиться в одном из двух устойчивых состояний и переходить из одного состояния в другое под воздействием входного сигнала. При этом напряжение на его выходе скачкообразно изменяется. Триггер является базовым элементом последовательностных цифровых устройств.

Триггеры предназначены для запоминания двоичной информации. В нем может храниться либо 0 либо 1. Использование триггеров позволяет реализовывать устройства оперативной памяти (то есть памяти, информация в которой хранится только на время вычислений). Однако триггеры могут использоваться и для построения некоторых цифровых устройств с памятью, таких как счётчики, преобразователи последовательного кода в параллельный или цифровые линии задержки.

Для удобства использования триггеры имеют два выхода:

• прямой Q;
• инверсный Q .

Логические уровни на этих двух выходах противоположны. Это сделано для удобства соединения триггеров с другими логическими элементами устройств. Некоторые типы триггеров инверсного выхода не имеют.

Состояние триггера определяется по выходному сигналу. Состоянию триггера 1 соответствует на выходе Q высокий уровень сигнала (1). Состоянию триггера 0 соответствует на выходе Q низкий уровень сигнала (0).

Входы триггера делятся на информационные и вспомогательные (управляющие). Сигналы, поступающие на информационные входы, управляют состоянием триггера. Сигналы на вспомогательных входах используются для предварительной установки триггера в требуемое состояние и синхронизации.

Рис. 1 — Стандартное обозначение триггера

Обозначения входов триггеров:

S — раздельный вход установки в единичное состояние (напряжение высокого уровня на прямом выходе Q);
R — раздельный вход установки в нулевое состояние (напряжение низкого уровня на прямом выходе Q);
D — информационный вход (на него подается информация, предназначенная для занесения в триггер);
C — вход синхронизации;
Т — счетный вход.

Число входов зависит от структуры и функций, выполняемых триггером.

Классификация триггеров

По способу приема информации:

• Асинхронные триггеры воспринимают информационные сигналы и реагируют на них в момент появления на входах триггера.
• Синхронные(тактируемые )триггеры реагируют на информационные сигналы при наличии разрешающего сигнала на специальном управляющем входе С, называемом входом синхронизации.

Синхронные триггеры подразделяются на:

• Триггеры со статическим управлением воспринимают информационные сигналы при подаче на вход С уровня 1 (прямой С-вход) или 0 (инверсный С-вход).
• Триггеры с динамическим управлением воспринимают информационные сигналы при изменении сигнала на С—входе от 0 к 1 (прямой динамический С-вход) или от 1 к 0 (инверсный динамический С-вход).

По принципу построения триггеры со статическим управлением подразделяются на:

• Одноступенчатые триггеры характеризуются наличием одной ступени запоминания информации.
• В двухступенчатых триггерах имеются две ступени запоминания информации. Вначале информация записывается в первую ступень, а затем переписывается во вторую и появляется на выходе.

По функциональным возможностям различаются:

• триггер с раздельной установкой состояний 0 и 1 (RS-триггер);
• триггер с приемом информации по одному входу D (D-триггер или триггер задержки);
• триггер со счетным входом Т (T-триггер);
• универсальный триггер с информационными входами J и K (JK-триггер).

Наибольшее распространение в цифровых устройствах получили RS-триггер с двумя установочными входами, тактируемый D-триггер и счетный Т-триггер.

Для обозначения функциональных возможностей триггеров в интегральном исполнении используется следующая маркировка: TR — RS-триггер; TB — JK-триггер; ТМ — D-триггер.
В качестве базовых логических элементов можно использовать элементы ИЛИ-НЕ, И-НЕ. Поскольку триггер является простейшим ПЦУ, закон функционирования может быть задан таблицей переходов, в которой входные сигналы в момент их изменения и состояние триггера обозначены индексом t, а после переключения — индексом t+1.

Основные характеристики триггеров

• Быстродействие — максимальная частота переключения состояний триггера.
• Чувствительность — наименьшее напряжение на входе (пороговым напряжением), при котором происходит переключение.
• Помехоустойчивость — способность триггера нормально работать в условиях помех.
• Функциональные возможности характеризуются числом входных сигналов.

RS-триггер

Асинхронный RS-триггер c прямыми входами

Асинхронный RS-триггер c прямыми входами имеет два информационных входа S и R, используемые для установки соответственно 1 и 0, а также два выхода: прямой и инверсный. RS-триггер построен на двух логических элементах ИЛИ-НЕ, соединенных в контур (рис. 2).

Рис. 2 — Схема асинхронного RS-триггера на логических элементах ИЛИ-НЕ.
Входы R и S прямые (активный уровень ‘1’)

При комбинации сигналов S=1, R=0 (табл. 1) триггер переходит в состояние 1 независимо от предыдущего состояния. При S=0, R=1 триггер устанавливается в состояние 0. Комбинация сигналов S=0, R=0 не изменяет состояния триггера, т. е. состояние триггера в момент t+1 равно состоянию триггера в момент t. Набор сигналов S=1, R=1 является запрещенным, так как он приводит к нарушению работы триггера и неопределенности его состояния.

RS-триггер может быть построен на элементах «И-НЕ» (рис. 3). Вход S (Set) позволяет устанавливать выход триггера Q в единичное состояние при подаче на его вход логического нуля. Вход R (Reset) позволяет сбрасывать выход триггера Q в нулевое состояние при подаче на его вход логического нуля.

Риc. 3 — Схема простейшего триггера на схемах «И-НЕ».
Входы R и S инверсные (активный уровень "0")

Так как триггер при построении его на различных элементах работает одинаково, то его изображение на принципиальных схемах тоже одинаково. Изображение простейшего триггера на принципиальных схемах приведено на рисунке 4.

Рис. 4 — Условное графическое обозначение асинхронного RS-триггера
а) — с прямыми входами, б) — с инверсными входами

Синхронный RS-триггер со статическим управлением

Схема триггера позволяет запоминать состояние логической схемы, но так как в начальный момент времени может возникать переходный процесс (в цифровых схемах этот процесс называется опасные гонки), то запоминать состояния логической схемы нужно только в определённые моменты времени, когда все переходные процессы закончены. То есть цифровые схемы требуют синхросигнала. Все переходные процессы должны закончиться за время периода синхросигнала.Для таких цифровых схем требуются синхронные триггеры.

Синхронный RS-триггер со статическим управлением (рис. 3) отличается от асинхронного наличием С-входа, на который поступают синхронизирующие (тактовые) сигналы.
Синхронный RS-триггер принимает состояние 1, если на входы С и S поступают уровни 1, или сохраняет единичное состояние при отсутствии единичных сигналов на входе С или R.

Схема синхронного триггера приведена на рисунке 5, а обозначение на принципиальных схемах на рисунке 6.

Рис. 5 — Схема синхронного триггера на схемах «И-НЕ»

Рис. 6 — Условное графическое обозначение
синхронного RS-триггера со статическим управлением

Синхронный RS-триггер с динамическим управлением

В синхронном RS-триггере с динамическим входом (рис. 7) информация воспринимается триггером со входов S и R при смене уровней С=1 на С=0.

Рис. 7 — Условное графическое обозначение
синхронного RS-триггера с динамическим управлением

JK-триггер

JK-тригггер (рис. 8) представляет собой двухступенчатый синхронный триггер. Закон функционирования JK-триггера задан в табл. 2.

Если на входе J высокий потенциал, а на входе K – ноль, то триггер установится в единичное состояние. Если на входе J – ноль, а на входе К высокий потенциал, то триггер «сбросится» в нулевое состояние. Когда J=K=0 независимо от тактовых импульсов состояние триггера не меняется. .В отличие от RS-триггера JK-триггер не имеет запрещенных комбинаций сигналов на входах J и К: при J=1 и K=1 триггер изменяет свое состояние на противоположное. В этом случае триггер работает как делитель частоты на два

Рис. 8 — Условное графическое обозначение JK-триггера

На рис. 9 представлен синхронный JK-триггер с динамическим управлением и выводами предустановки S и R. Такой триггер изменяет состояние по фронту (переход от "0" к "1") тактового импульса на входе С.

Рис. 9 — Условное графическое обозначение
синхронного JK-триггера с динамическим управлением

Т-триггер

Т-триггер (счетный триггер) имеет один вход Т, куда подают тактирующие (счетные) импульсы. Функционирование T-триггера описывается диаграммой на рис. 10. После подачи каждого тактирующего импульса состояние Т-триггера меняется в обратное (инверсное) предыдущему состоянию.

Рис. 10 — Временная диаграмма работы Т-триггера

Рис. 11- Условное графическое обозначение Т-триггера

D-триггер

D-триггер (от англ. delay) запоминает входную информацию при поступлении синхроимпульса.

Хранение информации в D-триггерах обеспечивается за счет синхронизации, поэтому все реальные D-триггеры имеют два входа: информационный D и синхронизации С (рис. 12). Под действием синхросигнала С информация, поступающая на вход D, принимается в триггер, но на выходе Q появляется с задержкой на один такт. В D-триггере с динамическим входом прием в триггер информации со входа D происходит в момент смены на входе С уровня 0 на уровень 1.

Рис. 12 — Схема D-триггера

Условное графическое обозначение D-триггера показано на рис. 13.

Рис. 13 — Условное графическое обозначение D-триггера

Так как информация на выходе остается неизменной до прихода очередного импульса синхронизации, D-триггер называют также триггером с запоминанием информации или триггером-защелкой. Легче всего объяснить появление этого названия по временной диаграмме, приведенной на рисунке 14.

Рис. 14 — Временная диаграмма D-триггера

По этой временной диаграмме видно, что триггер-защелка хранит данные на выходе только при нулевом уровне на входе синхронизации. Если же на вход синхронизации подать активный высокий уровень, то напряжение на выходе триггера будет повторять напряжение, подаваемое на вход этого триггера. Входное напряжение запоминается только в момент изменения уровня напряжения на входе синхронизации C с высокого уровня на низкий уровень. Входные данные как бы «защелкиваются» в этот момент. Отсюда и название — триггер-защелка.

Принципиально в этой схеме входной переходной процесс может беспрепятственно проходить на выход триггера. Поэтому там, где это важно, необходимо сокращать длительность импульса синхронизации до минимума. Чтобы преодолеть такое ограничение были разработаны триггеры, работающие по фронту. Схема такого триггера приведена на рисунке 15, а обозначение на принципиальных схемах на рисунке 16.

Рис. 15 — Схема универсального D-триггера

Рис. 16 — Обозначение универсального D-триггера на принципиальных схемах

На рис. 17 представлено условное обозначение D-триггера микросхемы К155ТМ2, содержащей два D-триггера. Входы R и S выполняют те же функции, что и в RS-триггере.

Рис. 17 — D-триггер микросхемы К155ТМ2

D-триггер несложно преобразовать в счетный триггер, т. е. такой, состояние которого изменяется после поступления очередного импульса на счетный вход. Для обеспечения счетного режима необходимо вход D соединить с инверсным выходом триггера (рис. 18,а). Из логики работы D-триггера следует, что после прихода импульса на вход С состояние триггера будет изменяться на противоположное. Это иллюстрируется временными диаграммами, или эпюрами напряжений (рис. 18,б). Подобно таблице истинности, эпюры напряжений дают наглядное представление о работе устройства.

Рис. 18 — Работа D-триггера в счетном режиме
а) — соединение выводов, б) — временные диаграммы

Необходимо отметить, что изменение состояния D-триггера данного типа происходит при изменении напряжения на счетном входе с низкого уровня на высокий. Такое изменение напряжения часто называют положительным перепадом напряжения или фронтом импульса. Реакцию триггера на положительный перепад напряжения отображают косой чертой, пересекающей линию входа С (рис. 18,а). Аналогично изменение напряжения с высокого уровня на низкий называют отрицательным перепадом напряжения, спадом или срезом импульса. На схемах это отображают также косой чертой, но повернутой на 90° относительно показанной на рисунке 18,а. В зависимости от своей внутренней структуры триггер реагирует или на положительный, или на отрицательный перепад напряжения.

4.2.1. Асинхронные и синхронные триггеры.

Независимо от способа организации логических связей триггеры различаются по способу ввода информации и по этому признаку могут быть асинхронными и синхронными.

У асинхронных триггеров имеются только информационные (логические) входы. Асинхронные триггеры отличает свойство срабатывать непосредственно за изменением сигналов на входах, не считая времени задержки в элементах, образующих триггер.

У синхронных триггеров смены сигналов на входах еще недостаточно для срабатывания. Необходим дополнительный командный импульс, который подается на синхронизирующий, или, как его чаще называют, тактирующий, вход. Синхронизирующие (тактирующие) сигналы вырабатываются специальным генератором тактовых импульсов, которые и задают частоту смены информации в дискретные моменты времени — t l ,t 2 . t n -1 ,t n ,t n + l . В эти же моменты обновляется информация на выходах триггера, которая поступает на входы последующих устройств. Синхронизация обеспечивает привязку сигналов ко времени и объединяет в общем ритме работу многих узлов аппаратуры.

Основной недостаток асинхронных триггеров, ограничивающий их использование в быстродействующей аппаратуре,— незащищенность перед опасными состязаниями сигналов. Явление состязаний, или, как его еще называют, гонок, состоит в том, что сигналы, поступающие на разные информационные входы триггера, проходят по разным цепям, пройдя различное число элементов. Вследствие задержек распространения между сигналами возможны временные сдвиги, которые будут меняться с колебаниями температуры, и по мере старения, деталей. Состязания сигналов могут оказаться причиной ложных срабатываний триггера. Тактированием этот недостаток удается устранить.

Синхронные триггеры сравнительно с асинхронными обладают также более высокой помехоустойчивостью. Опрокидывание синхронных триггеров происходит только при участии тактовых импульсов, длительность которых гораздо меньше их периода. В остальное время на входные сигналы, равно как и помехи различного происхождения, триггер не реагирует. При асинхронном же управлении опрокидывание может произойти как от полезного сигнала на входе, так и от помехи. Асинхронный триггер по большей части используют в качестве ключей, прерывателей, делителей частоты, асинхронных счетчиков и т.п. В вычислительной и цифровой технике, связанной с обработкой и преобразованием информации, почти везде используются синхронные системы.

4.2.2. Способы управления триггерами.

В зависимости от того, какой параметр входных сигналов используют для записи информации, триггеры подразделяются на три категории: со статическим управлением записью (управляемые по уровню входного сигнала), с динамическим управлением (управляемые по фронту или срезу) и двухступенчатые триггеры.

Для асинхронных триггеров в качестве управляющих служат сигналы на информационных входах. Применительно к синхронным триггерам управляющим сигналом служит тактовый импульс, так как считается, что к его приходу смена сигналов на информационных входах уже завершилась.

Триггер со статическим управлением срабатывает в момент, когда входной сигнал достигает порогового уровня (рис. 4.4,а). Это простейший вид управления.

Рис. 4.4. Способы управления триггерами

Специфика синхронных триггеров со статическим управлением такова, что в продолжение времени действия тактового импульса смена сигналов на информационных входах вызывает новые срабатывания. Другими словами, синхронные триггеры со статическим управлением при активном состоянии тактового входа ведут себя подобно асинхронным. Во многих случаях это свойство является недостатком, так как может оказаться причиной нарушений в работе.

От этого свободны триггеры с динамическим и двухступенчатым управлением. Триггеры с динамическим управлением в зависимости от схемы исполнения реагируют на перепад напряжения от нуля к единице (активный фронт) либо от единицы к нулю (активный срез управляющего импульса) (рис. 4.4 б, в), т.е. сигналы, поступающие на динамический вход, воспринимаются только в те моменты времени, когда их состояние изменяется определенным образом. Триггеры, управляемые срезом входного сигнала, или, как их еще называют, триггеры с внутренней задержкой, широко применяются на практике. Возможность задержки момента опрокидывания триггера на время, равное длительности тактового импульса, эффективно используется при обработке информации, позволяя производить по фронту тактовых импульсов считывание информации, а по срезу — запись.

В зависимости от комбинации управляющих сигналов Х (рис. 4.3), вызывающих изменение состояния, триггеры подразделяются на несколько функциональных типов. Тип триггера определяется по его таблице состояний, которые указывают значение выходного сигналаQ n +1 после переключения триггера (в моментt_n+1) в зависимости от значений управляющих сигналов Х и выходного сигналаQ n до переключения триггера (в момент времениt_n). В микросхемотехнике наиболее часто используются триггерыRS-,JK-,D-типов и некоторые их разновидности. БуквамиRиS,JиK,T,Dи другими принято обозначать управляющие входы (Х) триггеров соответствующих типов.

Синхронные триггеры

Синхронные триггеры – триггеры, у которых переход в новое состояние вызывается не только изменениями информационных сигналов, но и синхросигнала (синхронизирующего, тактирующего). Синхросигнал (тактовый сигнал) дважды в течение такта меняет свое значение. Примеры синхроимпульсов (CLK1, CLK2) приведены на рис. 3.16.

Рисунок 3.16 – Примеры синхроимпульсов

Синхронизирующий сигнал CLK имеет уровни 1, 0, передний фронт (или в некоторых источниках фронт) – переход из 0 в 1 и задний фронт (спад) – переход из 1 в 0 (рис. 3.17). Иногда условно передний фронт обозначают буквой E, а задний фронт – буквой H.

Рисунок 3.17 – Условные обозначения фронтов синхроимпульсов

Существует синхронизация по уровню (статическое управление) и по фронту (динамическое управление). В случае статического управления восприимчивость t_в триггера к входным сигналам ограничивается временем, когда CLK= 1 (по уровню 1) или CLK= 0 (по уровню 0). Чаще всего это полтакта, а в общем случае это время, в течение которого синхросигнал принимает значение 1 (по уровню 1) или 0 (по уровню 0). Это часто накладывает временные ограничения на схему, где эти триггеры используются.

Чтобы уменьшить время, в течение которого триггер был бы чувствителен к изменению состояния, используют динамическую синхронизацию. В данном случае триггер чувствителен к изменению состояния в течение короткого промежутка времени – в окрестностях фронта (спада) (см. рис. 3.18). Это дает преимущество перед другими триггерами, поскольку таким триггером легче управлять. Вероятность неожиданных переключений такого триггера сводится к нулю.

Если триггер асинхронный, он чувствителен к изменению состояния в течении всего времени функционирования. Статически управляемые триггеры называют latch, динамически управляемые триггеры называют flip-flop.

Рисунок 3.18 – Статическая и динамическая синхронизации

Условные обозначения триггеров с различными типами синхронизации приведены на рис. 3.19 на примере RS -триггера.

Рисунок 3.19 – Условные обозначения RS -триггеров

Сокращенная таблица переходов синхронного RS -триггера по уровню 1 приведена в табл. 3.27.

Таблица 3.27 – Сокращенная таблица переходов синхронного RS -триггера по уровню 1

Сокращенная таблица переходов синхронного RS -триггера по переднему фронту приведена в табл. 3.28.

Таблица 3.28 – Сокращенная таблица переходов синхронного RS -триггера по переднему фронту

Для понимания разницы в работе между выше приведенными триггерами (рис. 3.19), необходимо разобраться во временных диаграммах, приведенных на рис. 3.20.

Рисунок 3.20 – Временные диаграммы работы RS -триггеров

Преимущество, которое дает динамическая синхронизация достигается усложнением внутренней структуры триггера. На рис. 3.21 и 3.22 для сравнения приведены структуры двух триггеров типа R*S* — синхронизируемого уровнем 1 и передним фронтом. Структура асинхронного R*S* -триггера приведена на рис. 3.3.

Рисунок 3.21 – Структура и условное обозначение R*S* -триггера, синхронизируемого уровнем 1

Рисунок 3.22 – Структура и условное обозначение R*S* -триггера, синхронизируемого передним фронтом

Также на рис. 3.23 и 3.24 для сравнения приведены структуры двух триггеров типа D (VD) — синхронизируемого уровнем 1 и передним фронтом.

Рисунок 3.23 – Структура и условное обозначение D (VD) -триггера, синхронизируемого уровнем 1

Рисунок 3.24 – Структура и условное обозначение D -триггера, синхронизируемого передним фронтом c асинхронной установкой

Асинхронная установка D -триггера (рис.3.24) осуществляется подачей комбинации R* = 0 и S* = 1 для сброса триггера в 0 и R* = 1 и S* = 0 для сброса триггера в 1. В случае подачи комбинации R* = 1 и S* = 1 триггер выполняет функции D -триггера, комбинацию R* = 0 и S* = 0 подавать нельзя.

Вообще существует большое количество D -триггеров.

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

RS-триггер и его принцип работы

В любой электронный прибор заложена возможность управления встроенной функциональностью и ее взаимодействие со смежными системами.

Статья подробно раскроет тему, что такое RS-триггер. Будет дана информация о назначении этого элемента, разновидностях и принципах действия.

Назначение

Основным назначением RS-триггеров является запись и хранение полученной информации. RS-триггер может легко оперировать данными и использовать их для периодического изменения общего состояния принципиальной схемы. Например, элемент может использоваться для включения определенных функций в электронной схеме.

Принцип работы

Простой RS-триггер использует особый принцип работы, основанный на получении входных сигналов, которые в зависимости от поставленной задачи изменяют состояние выходов устройства. При входе сигнала на основной блок, на выходах происходит скачкообразное изменение напряжения, вследствие чего осуществляется управление поставленной задачей.

Логическое электронное устройство состоит из нескольких активных входных и выходных контактов. Рассмотрим эти контакты:

1. Вход, использующийся для формирования выхода «Q». Его условное обозначение «R». На этом участке схемы происходит запись единицы.
2. Вход, использующийся для сброса выхода «Q» обозначается буквой «S». На этом участке происходит запись нуля.

Далее рассмотрим, как работает простой RS-элемент.

Принцип работы простого RS-триггера невозможен без выходов. Они имеют такие обозначения:

1. «Q» — является прямым выходом.
2. «Q¯» — инверсный выход. В обозначение такого выхода добавлена черточка над буквой Q.

Самый первым был сделан триггер на транзисторах. Современные логические элементы сильно минимизированы, поэтому в основе всех таких устройств обязательно лежит микросхема. Такие устройства не подвержены воздействию помех, имеют низкий процент метастабильности, немного больше памяти и более широкие возможности для использования.

Транзисторные модели надежнее, но их основные недостатки: размер, наличие множества компонентов. Для увеличения памяти такие элементы подключаются параллельно в схему.

Разновидности

Набор функциональности и задач, которые выполняются современными логическим устройствами, требует их постоянной модификации. Далее будет дано описание существующих разновидностей RS-устройств.

Синхронный триггер

Синхронные триггеры относятся к сложным логическим устройствам. Синхронные RS-элементы отличаются от своих простых аналогов наличием синхронизирующего входного контакта «С», необходимого для улучшения логической работы.

Синхронный RS-триггер намного сложнее, так как схема принимает сигнал на контакт «С» в виде высокого напряжения. Сигнал синхронизируется, считывается входами «R»/«S» и только после этого создается переключение к выходам «Q». Принципиальная схема с входом «С» синхронного RS-триггера может дополняться обозначением «Clock», что означает «такт». Иными словами, синхронный элемент — это тактируемый точный RS триггер.

Синхронный триггер имеет очень важное назначение. Он нашел применение в цепях, где используется защита от электромагнитных помех.

Далее будет приведена таблица истинности простого синхронного RS-триггера. Графическое изображение диаграммы синхронизации сигналов приведена ниже.

Благодаря таблице можно проследить зависимость значений выхода от состояния входов.

Асинхронный триггер

Асинхронный RS-элемент можно отнести к самым простым логическим устройствам. Их главное отличие заключается в отсутствии сигнала синхронизации. Как работает асинхронный RS-триггер, можно понять по его схеме. Принцип работы следующий:

1. Сигнал поступает к входу «S» (установить), устанавливается на нем и передается к выходу «Q». При этом на входе и выходе установлено высокое напряжение.
2. В этот момент на выходе «Q¯» устанавливается логически низкое напряжение в виде 0.

На момент установки сигнала схема будет находиться во включенном состоянии, например, будет запущен электродвигатель.

После того как функция переключается на сброс, подается напряжение на логический вход «R». При этом с прямого входа «Q» снимается напряжение (0) и подается на инвертированный выход «Q¯». На нем устанавливается высокое напряжение, например, происходит выключение электродвигателя.

Подобное простое сочетание и переключение напряжения с входных сигналов, используется для обеспечения работы более сложных триггеров или схем автоматического управления. Синхронный тип элемента относится к нетактируемым устройствам.

Для прослеживания принципа работы используется таблица истинности асинхронного RS-триггера. Она показана ниже.

Для асинхронных триггеров существует ряд измененных схем работы. Можно реализовать RS-триггер на буквенных логических элементах «ИЛИ-НЕ» и «И-НЕ».

В схеме RS-триггера на логических элементах «И-НЕ» осуществляется работа за счет перехода 1 с входа к выходу (R 1 прямой на Q) или наоборот (S 0 инверсный к Q¯). Весь принцип управления этой цепи осуществляется за счет положительного входа и высокого напряжения.

Цепь ИЛИ-НЕ полностью идентична. Основное отличие заключается только в подаче 0 и низкого напряжения к входному контакту. Любое нарушение закономерности этих схем приводит общую цепь к уровню запрещенного состояния, чего можно достичь только при неправильном подключении или ошибки управления. Далее будут представлены УГО триггера на логических элементах И-НЕ и ИЛИ-НЕ.

RS-триггер с активными инверсными выходами сильно зависим от работоспособности и скачков напряжения. Его правильная эксплуатация осуществляется с использованием устройств защиты.

D-триггер

Синхронные и асинхронные элементы относятся к типу статических устройств. D-триггер — это динамическое устройство. Динамический элемент более простой. Отличается от ранее описанных отсутствием входных контактов «S» и «R». Вместо них присутствует вход «D».

Принцип работы зависит от фронта сигнала. Фронт осуществляет переход от логического числа 1 к числу 0 и наоборот. Переход 0-1 называется передним, 1-0 задним фронтом. Динамические триггеры часто оснащаются дополнительным входом «V» (подтверждение). Он необходим для задерживания сигнала, поступающего на D вход. Может быть реализован в качестве таймера. Для более стабильной работы D-триггера, часто устанавливается первичное устройство с входом «V», которое помогает сгладить время возникшей метастабильности, а так же защищает цепь от возникновения ошибки при переходе.

Динамические устройства используются в вычислительной технике и простой автоматике в качестве дополнения к синхронным триггерам (дополнительная ячейка). УГО схемы работы устройства представлено ниже.

JK-триггер

Это универсальный простой триггер. Этот элемент имеет рабочие входы «J» и «K». По принципу работы и построению схож с асинхронной моделью. Отличается только логической цепью работы. Логическая 1 на выходе поступает с входа «J». При этом логический 0 на выходе «K» осуществляется за счет появления на входе высокого напряжения, а значит логической 1. Иными словами, на обоих входных контактах может одновременно быть высокое напряжение в виде логической 1.

Одновременно две логические 1 не приводят общую цепь в запрещенное состояние. Если запрещенная комбинация приводит к общей нестабильности цепи, один из выходов просто меняет свое положение с 0 на 1 или наоборот. Для стабилизации запрещенного сочетания, если оно необходимо практически, используется дополнительный триггер синхронного типа. Такие модели устройств могут использоваться для одновременного включения 2 функций одного устройства.

Метастабильность

Работоспособность триггеров строится на точности перехода от логических параметров 1 и 0. Устройство способно работать в одном состоянии 0 или 1. При этом переход от логических величин осуществляется без задержки в заданное время. Переход зависит от смены напряжения на входах элемента.

Основная проблема устройств кроется в эффекте метастабильности. Это состояние, при котором сигнал попадает на контакт входа в момент перехода из одного состояния в другое. В такие моменты напряжение находится между переходами. Это может привести:

1. К полному нарушению работоспособности.
2. Несанкционированному включению/выключению цепи.
3. Общему нестабильному состоянию.
4. Выгоранию ячейки памяти.

Метастабильность можно представить, как шарик, установленный в верхней точке холма. В момент перехода из логического состояния, шарик (напряжение) переходит в одну из сторон согласно схеме. При метастабильности шарик (напряжение) замедляет переход. Этот эффект зависит от шумов цепи, высокого электромагнитного потока и скачков напряжения.

Данный эффект сильно зависим от временного интервала перехода. Также существует погрешность нахождения триггера в состоянии метастабильности. Для снижения данного эффекта инженеры вносят в схему 2 устройства, подключенных параллельно. Такая цепь позволяет снизить возможность появления метастабильности, уменьшить время нахождения цепи в этом состоянии. Так же 2 триггера в цепи значительно увеличивают время перехода, снижают зависимость от частотных и электромагнитных влияний.

Использование

Все выше описанные разновидности триггеров используются только в простейших электронных схемах контроля. Способность устройств к синхронизации и удерживанию сигнала используется в технике для взаимодействия с простейшими таймерами. Большая доля использования приходится для стабилизации работы механических кнопок и клавиш. Эти устройства испытывают эффект дребезга контактов. Например, при включении электрических двигателей. Дребезг контактов становится причиной появления сигналов с высокой частотой взаимодействия. Триггеры выравнивают и сглаживают этот эффект.

В персональных компьютерах простые триггеры не используются. Причина заключается в малом операционном объеме памяти. Устройство обладает только ячейкой емкостью 1 бит, что очень мало для сложной вычислительной техники.

Заключение

Триггер — очень нужный элемент в схеме автоматического управления. Такие логические устройства способны управлять функциональностью сложного электронного оборудования. Обладая маленькой памятью, они могут контролировать рабочее состояние аппаратуры, моменты включения и выключения, перераспределять логические задачи в приборах, работающих с высокочастотными сигналами, применяться в составе цифровых фильтров.