Что делает триггер при отсутствии входных сигналов

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.

Как работает триггер

Таким образом, две отличающихся друг от друга комбинации потенциалов на выходных клеммах устройства (триггера) соответствуют двум разным состояниям, которые условно можно назвать 0 и 1. Про саму ячейку говорят, что она может хранить 1бит информации.

1. Пусть на входе R установлена 1, на S — 0. Логические элементы D1 и D2 инвертируют эти сигналы, т.е. меняют их значения на противоположные. В результате на вход элемента D3 поступает 1, а на D4 — 0.

Поскольку на одном из входов D4 есть 0, независимо от состояния другого входа на его выходе (он же является инверсным выходом триггера -) обязательно установится 1. Эта единица передается на вход элемента D3 и в сочетании с 1 на другом входе порождает на выходе D3 логический 0.

Итак, при R=1 и S=0 на прямом выходе триггера устанавливается Q=0, а на инверсном — =1.

Обозначение состояния триггера по договоренности связывается с прямым выходом. Тогда при описанной выше комбинации выходных сигналов результирующее состояние можно условно назвать нулевым: говорят, что триггер "устанавливается в 0" или "сбрасывается". Сброс по-английски называется "Reset", отсюда вход, появления сигнала на котором приводит к сбросу триггера, обычно обозначается буквой R.

2. Проводя аналогичные рассуждения для "симметричного" случая R=0 и S=1, получим, что на прямом выходе получится логическая 1 (Q=1), а на инверсном — 0 (=0).

3. Теперь рассмотрим наиболее распространенную и интересную ситуацию R=0 и S=0 — входных сигналов нет.

Рис. 5.1.б. Логическая схема триггера

(R=0, S=0, "предыдущие" состояния выходов Q=1, =0)

Тогда на входы элементов D3 и D4, связанные с R и S, будет подана 1 и их выходной сигнал будет зависеть от сигналов на противоположных входах. Нетрудно убедиться, что такое состояние будет устойчивым. Пусть, например, на прямом входе 1. Тогда наличие единицы на обоих входах элемента D4 "подтверждает" нулевой сигнал на его выходе. В свою очередь наличие 0 на инверсном выходе передается на D3 и поддерживает его выходное единичное состояние. Аналогично доказывается устойчивость картины и для противоположного состояния триггера, когда Q=0.

Таким образом, при отсутствии входных сигналов триггер сохраняет свое "предыдущее" состояние.

Иными словами, если на вход R подать 1, а затем убрать, триггер установится в нулевое состояние и будет его сохранять, пока не поступит сигнал на другой вход S. В последнем случае он перебросится в единичное состояние и после прекращения действия входного сигнала будет сохранять на прямом выходе 1.

Мы видим, что триггер обладает замечательным свойством:

после снятия входных сигналов он сохраняет свое состояние, а значит может служить устройством для хранения одного бита информации. Поскольку один триггер может запомнить только один разряд двоичного кода, то для запоминания байта нужно 8 триггеров, для запоминания килобайта, соответственно, 8 • 210 = 8192 триггеров. Современные микросхемы памяти содержат миллионы триггеров.

4. В заключении проанализируем последнюю комбинацию входных сигналов: R=1 и S=1. В этом случае на обоих выходах триггера установится 1. Такое состояние помимо своей логической абсурдности еще и является неустойчивым: после снятия входных сигналов триггер случайным образом перейдет в одно из своих устойчивых состояний. Вследствие этого, комбинация R=1 и S=1 никогда не используется на практике и является запрещенной.

Триггеры. Триггер – это устройство, имеющее два устойчивых состояния, способное под воздействием управляющего сигнала скачком переходить из одного состояния в другое и

Триггер – это устройство, имеющее два устойчивых состояния, способное под воздействием управляющего сигнала скачком переходить из одного состояния в другое и хранить это состояние сколь угодно долго. Способность хранить состояние сколь угодно долго и определяет "память" триггера.

— по числу информационных входов: с одним входом, с двумя входами и более;

— по моменту срабатывания: асинхронные и синхронные триггеры;

— по функциональному назначению:

триггеры с раздельным запуском (RS-типа),

счетные (Т-типа), комбинированные (RST-типа), универсальные (JK-типа), задержки (D-триггер) и др.;

— по типу входного воздействия: триггеры со статическими входами, триггеры с динамическими входами.

Статические входы – это такие, по которым входной сигнал оказывает свое воздействие в течение всей его длительности. При динамических входах сигнал воздействует на триггер только на длительности фронта или среза.

Все триггеры имеют два выхода – прямой " Q " и инверсный "". Информация на одном выходе является инверсией информации на другом. В основу построения триггеров положено применение логических элементов "ИЛИ-НЕ" или "И-НЕ" и обратных связей.

Схема RS триггера на элементах "ИЛИ-НЕ" приведена на рис.18.1а. На рис. 18.1б показано его условное обозначение. Управление схемой.

осуществляется по уровню логической "1". Это значит, что когда на входах присутствует "0", т. е. , , состояние триггера не меняется. Уровень "0" является нейтральным.

Перед анализом работы схемы приведем логические действия элемента "ИЛИ-НЕ":

(18.1)

Пусть после включения питания на входах и выходах схемы установились состояния: R = 0; S = 0; Q = 1; . Уровень "1" с выхода Q поступает на вход С элемента Э2. На входе В по условию присутствует "0". Согласно (18.1) входные сигналы Э2 сформируют на его выходе уровень логического "0".

Этот уровень поступает на вход D элемента Э1. На входе А этого элемента также присутствует "0". Такие состояния, согласно (18.1), формируют на выходе Э1 уровень логической "1". Таким образом, состояние первого элемента поддерживает состояние второго и наоборот, т. е. это устойчивое состояние триггера.

Пусть в некоторый момент времени t ₁ на вход R поступает сигнал с логическим уровнем "1". Так как на входе D Э1 в это время присутствует уровень "0", то, согласно (18.1), уровень выхода Э1 скачком изменится с "1" до "0", т. е. Q = 0. Теперь на входы С и В элемента Э2 воздействует уровень логического "0". Поэтому выход Э2 скачком изменяет уровень от "0" до "1", т. е. .

Новое состояние триггера так же устойчивое. Оно не изменится, когда на вход R будет воздействовать уровень логического "0". При поступлении на вход R новых "1" состояние триггера останется прежним. Оно изменится только в том случае, когда уровень "1" поступит на вход S. Таким образом, RS -триггер управляется поочередно по двум входам.

Таблица возможных состояний триггера приведена на рис. 18.1в. При отсутствии входных сигналов триггер сохраняет информацию о последней из поступивших команд, т. е. служит элементом памяти. Сочетание входных сигналов является недопустимым. При таком сочетании триггер может принять любое состояние. Потому оно не применяется.

Схема RS -триггера на элементах "И-НЕ" приведена на рис. 18.2. На рис. 18.1б показано его условное обозначение. Собственно триггер собран на элементах Э3 и Э4. Элементы Э1 иЭ2 выполняют роль инверторов. Логические действия для элементов "И-НЕ" имеют вид:

(18.2)

Исполнительным значением двоичного сигнала для элементов "И-НЕ" является "0", нейтральным – "1". Если на А и В присутствует уровень "1", то состояние триггера устойчивое. Пусть, например, А = В = 1, Q = 1, . Уровень "1" с выхода Q поступает на вход С, а так как вход В = 1 по условию, то согласно (18.2) на выходе элемента Э4 формируется уровень логического "0". Этот уровень поступает на вход D элемента Э3. Вход А этого элемента равен "1" по условию. По (18.2) эти уровни сформируют на выходе элемента Э3 логическую "1". Таким образом, состояние элемента Э3 поддерживает состояние элемента Э4 и наоборот, т. е. это устойчивое состояние триггера.

Совершенно аналогично можно показать, что состояние А = В = 1, Q = 0, так же устойчиво. Включение инверторов Э1 и Э2 позволяет изменить исполнительный уровень входных сигналов, т. е. для входов S и R исполнительным уровнем является "1", а нейтральным "0". Поэтому возможные состояния схемы рис. 18.2 соответствуют таблице рис. 18.1в. Согласно этой таблице состояние входов S = R = 0 является нейтральным и позволяет триггеру сохранять память о последней из поступивших команд. Чтобы изменить состояние выходов триггера, необходимо на вход S или R подать "1". Состояние S = R = 1 недопустимо.

Триггеры по рис. 18.1а и 18.2 переходят в новое состояние сразу после поступления входного сигнала и поэтому называются асинхронными.

Во многих устройствах необходимо синхронизировать во времени переключение триггеров. Дело в том, что неодновременное переключение может привести к появлению непредусмотренных состояний устройства и к срыву его работы. Синхронные триггеры имеют дополнительный вход для подачи на него синхронизирующего (тактового) импульса определенной длительности.

Синхроимпульс своим исходным (нулевым) значением блокирует (закрывает) информационные входы S и R. В этом случае триггер не реагирует на входные сигналы, сохраняя предыдущее состояние. Триггер воспринимает информацию на входах, когда значение синхронного импульса равно "1" и переходит в новое состояние на интервале среза синхроимпульса.

Схема синхронного RS -триггера приведена на рис. 18.3а. На рис. 18.3б – его условное обозначение. Во всех случаях, когда С = 0 на выходах элементов Э1 и Э2 уровни , т. е. нейтральны для элементов Э3 и Э4 не зависимо от состояния входных сигналов S и R. В этом и заключается эффект блокирования входов.

При С = 1 на выходах элементов Э1 и иЭ2 сигналы становятся инверсными по отношению к исходным S и R. Их комбинация вызовет реакцию триггера в соответствии с таблицей рис. 18.1в.

— если S = R = 0, то , триггер сохраняет «память» о предыдущем состоянии;

— если S = 1, а R = 0, то ; , триггер переходит в состояние "1", т. е. ;

— если S = 0, а R = 1, то , триггер переходит в состояние "0", т. е.

Пример наглядно показывает, что для входов S, R и С исполнительным уровнем является "1".

Кроме синхронных входов R и S синхронный триггер снабжается асинхронными входами S_A и R_A. Асинхронные входы позволяют задать триггеру определенное исходное состояние перед началом работы в синхронном режиме. При синхронном управлении триггером на входах S_A и R_A должен поддерживаться нейтральный уровень, т. е. "1".

JK -триггеры – это универсальные синхронные триггеры. Работа JK -триггера описывается таблицей рис. 18.4а. Входы триггера . Как и RS -триггер, он сохраняет свое состояние при J = K = 0. Когда J = 1, триггер переходит в состояние . При R = 1 – в состояние . При J = K = 1 начальное состояние триггера меняется на противоположное, т. е. . Это основное отличие JK от RS -триггера.

Условное обозначение JK -триггера показано на рис. 18.4б, а временные диаграммы, поясняющие его работу на рис. 18.4в. Во время действия тактового

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

Рекомендуем для прочтения:

Определение, предмет, объект изучения, задачи клинической психологии Клиническая психология – отрасль психологии, изучающая психологические особенности людей, страдающих различными заболеваниями.
Принципы физического воспитания Общепедагогические принципы – это отправные положения, определяющие общую методику процесса физического воспитания.
Прокуратура РФ: понятие, задачи, функции. Законодательство, регулирующее организацию и деятельность прокуратуры РФ Прокуратура РФ является одним из старейших и важнейших правоохранительных органов государства.
Завершающий этап Великой Отечественной войны. Итоги и уроки войны Заключительный этап войны. В январе 1944 г. советские войска при активном участии партизан разгромили крупную немецкую группировку.
Обратные тригонометрические функции, их свойства и графики. Обратные тригонометрические функции (арксинус, арккосинус, арктангенс и арккотангенс) являются основным элементарным функциями.

2.4. Триггеры

Триггер — одноразрядный эле­мент памяти, предназначенный для хранения логической перемен­ной (бистабильная ячейка с двумя устойчивыми состояниями). Его схема в отличие от комбинационных схем, рас­смотренных в предыдущем разделе, являетсяпоследовательностной,т. е. такой схемой, в которой текущие значения выходов за­висят не только от текущих значений входов, до и от работы схемы до текущего момента.

Последовательностные системы выполняют систематические последовательности действий, синхронизуемые управляющим сигналом, называемым тактовым.Генера­тор тактовых импульсов — устройство, генерирующее серию пооче­редно появляющихся нулей и единиц (последовательность импуль­сов). Время одного полного цикла так­тового сигнала называетсяпериодом.Частота тактовых сигналов является величиной, обратной периоду. Для генерации тактовых сигналов обычно используется нестабильный мультивибратор, ра­ботающий на частоте нескольких Мгц.

Триггер является основным компонентом более сложных последовательностных устройств, таких, как счетчики, сдвиговые реги­стры и регистры памяти, которые в свою очередь являются базо­выми для микро-ЭВМ. Хотя известно много разновидностей триггеров, их основу составляет несколько простых схем.

Триггер этого типа имеет два входа, обозначаемых буквами S(от английскогоset— установить) иR(отreset— сбросить) и используемых соответственно для установки и сброса триггера. Функционирование такого RS-триггера описано в табл. 2.7. Обратите внимание, что триггер оказывается в состоянии логической 1 (установлен), когда логическая 1 подается только на вход S, и в состоянии логического 0 (сброшен), когда логическая 1 подается только на входR. Состояние триггера не меняется, если на оба входа подаются логические 0. По этой причине о входной комбинации и говорят как о случае отсутствия входных сигналов. И наконец, поведение триггера для комбинации и не определено.

Простой RS-триггер можно сконструировать, соединив «крест-накрест» два вентиля И-НЕ, как показано на рис. 2.20. Вентили могут быть выполнены по любой технологии: ТТЛ, КМОП и т.п. Состояние триггера соответствует значению выходной переменнойQна верхнем вентиле И-НЕ. В дальнейшем мы увидим, что на выходе нижнего вентиля И-НЕ будет значение Q, являющееся дополнением Q. Входные линии вентиля обозначены S и R, поскольку триггер устанавливается при и сбрасывается при .

Чтобы удостовериться, что наша схема действительно ведет себя в соответствии с определением RS-триггера, рассмотрим сначала комбинацию входов и, соответствующую отсутствию входных сигналов. В этом случае перекрестные связи между двумя вентилями И-НЕ приведут к поддержанию одного из двух возможных состоянии.

Функционирование RS-триггера

Q обозначает текущее состояние триггера, a Q*—результирующее состояние, получающееся при заданной комбинация входов.

Рис. 2.20. Простой RS- триггер

В частности, если на выходе линии будет логическая 1, то на обоих входах нижнего вентиля будут логические 1, приводящие к логическому 0 на выходе . Этот логический 0, поданный на один из входов верхнего вентиля, вызовет логическую 1 на его выходе , что и было предположено в начале нашего рассуждения.

С другой стороны, если на выходе логический 0, то он подается на вход нижнего вентиля, в результате чего выход оказывается равным 1. На обоих входах верхнего вентиля при этом окажутся единицы, что приведет к нулевому значению на выходе , а это также соответствует начальному предположению. Таким образом, мы можем заключить, что любое из двух возможных состояний триггера стабильно, когда на входы подается комбинацияи .

Теперь рассмотрим две другие входные комбинации, для которых поведение триггера определено. Для каждой из этих комбинаций стабильным оказывается только одно из возможных состояний триггера. В частности, пусть входная комбинация есть и. Выходное значение верхнего вентиля при логическом 0 на входеSбудет равно 1. Теперь логические 1 на обоих входах нижнего вентиля дадут логический 0 на его выходе . Этот логический 0, поданный на вход верхнего вентиля, будет поддерживать значение логической 1 на его выходе даже после того, какSснова примет значение 1.

Таким образом, входная комбинация ивызовет установку триггера в соответствии с определением. В силу симметрии сразу видно, что входная комбинацияиприведет к логической 1 на выходе и, следовательно, к логическому 0 на выходе . Как и раньше, выходы не изменяются после того, как R вернется к 1. Таким образом, комбинацияи вызывает сброс триггера, что также соответствует определению.

Наконец, заметим, что оставшаяся входная комбинация идаст логические 1 на выходах обоих вентилей. Это приведет к непредсказуемым результатам после возврата к состоянию отсутствия входных сигналов, поскольку результирующее состояние окажется зависящим от тепловых шумов, разбросов параметров электронных компонентов и т. п. Поэтому комбинацияи считается недопустимой. Следует обратить внимание на то обстоятельство, что во всех рассмотренных нами случаях, кроме случая недопустимой входной комбинации, выходоказывался инверсией, или дополнением, выхода.

Синхронный триггер

Чаще всего триггеры применяются при создании синхронных последовательностных схем. В синхронных схемах хранящаяся в триггерах информация может измениться только при появлении импульса на специально предусмотренной линии. Многие компоненты микрокомпьютерных систем работают в соответствии с этим принципом. Для упрощения создания синхронных исследовательностных схем в триггерах особого типа, называемых синхронизируемыми, тактируемыми или просто синхронными триггерами, предусмотрен специальный синхронизирующий вход, с помощью которого происходит синхронизация изменений состояния. Состояние синхронного триггера может измениться только в ответ на приход синхроимпульса (или, как его называют, тактового импульса).

Синхронный RS-триггер можно построить из простогоRS-триггера, добавив еще два вентиля И-НЕ, как показано на рис. 2.21. Два дополнительных вентиля И-НЕ используются для блокирования входных сигналовSиRна то время, пока синхроимпульс равен логическому 0. Пока синхроимпульс равен логическому 0, на входахи будут логические 1. Это соответствует отсутствию входных сигналов, и, следовательно, состояние триггера не может измениться. Однако, когда на синхронизирующем входе появляется логическая 1, сигналыSи R инвертируются и подаются непосредственно на входы триггера. Результирующее состояние триггера при этом будет зависеть от значенийSиRв соответствии с табл. 2.7.

Рис. 2.21. Синхронизируемый RS-триггер.

Когда на синхронизирующий вход подана логическая 1, триггер считается открытым. Если при открытом триггере сигналы Sи R изменяются, то происходит обновление его состояния в соответствии с новыми значениями этих сигналов.

Время, которое проходит от момента изменения выходных сигналов до соответствующего изменения состояния выходов, определяется задержками распространения сигнала для входящих в триггер вентилей. Это время, называемое временем срабатывания (установки, переключения) триггера, должно выдерживаться между последним изменением входных сигналов и моментом установления логического 0 на синхронизирующем входе, иначе триггер не сможет откликнуться на входные сигналы. При нулевом значении синхроимпульса состояние триггера фиксировано и не реагирует на изменение входных сигналов. Поэтому триггеры такого типа часто называют синхронными фиксаторами.

На рис. 2.22. показано графическое обозначение такого триггера, часто используемое на логических диаграммах. На входных и выходных линиях, так же как и для вентилей, могут быть кружочки, обозначающие инверсию сигнала. В частности, кружочек на синхронизирующем входе говорит о том, что триггер открыт при нулевом значении синхросигнала, а не при единичном.

Рис. 2.22. Синхронный RS– триггер.

Пример RS-триггера

Микросхема ТР2 является триггером RSс парафазными входами для записи информации. Триггер ТР2 выполнен на двух логических элементах 2И—НЕ с обратными связями. Назначение входов R и S выбрано относительно выхода Q так, что записываемая информация соответствует 1 высокому или низкому уровню напряжения с учетом инверсии входных сигналов R и S. Микросхема ТР2 включает четыре триггера. Для расширения функциональных возможностей ИС два триггера из четырех имеют по два входа S, логически объединенных по И, в отрицательной логике по ИЛИ. Достаточно на одном из входов S триггера установить низкий уровень напряжения, а на входе R разрешить запись 1 соответствующей информации высоким уровнем и триггер установится в состояние высокого уровня. Установка триггера в состояние высокого или низкого уровня осуществляется кодом 01 или 10 на входах S и R со сменой кода информации триггер является асинхронным. Временная диаграмма его работы приведена на рис. 2.23

Рис 2.23. Временная диаграмма работы микросхемы ТР2

Триггеры типов JK, D и T

Наряду с RS– триггерами широкое распространение получили триггеры, обладающие другими характеристиками. Их можно получить из двухтактногоRSтриггера, добавляя в схему некоторое количество вентилей. На рис. 2.24. показано, те модификации, какие нужно сделать для получения триггеров трех распространенных типов:JK,DиT.

JK– триггер представляет собой обобщенную версию RS – триггера. ВходJсоответствует входуS(т.е. по нему триггер устанавливается), а входKсоответствует входу R (т.е. по нему триггер сбрасывается). Разница в поведенииRSиJKтриггеров обнаруживается, когда на оба входа подается логическая 1. В то время как поведение для входной комбинации,RS– триггера не определено, поведениеJK– триггера определено. А именно если на вход подана комбинация,,JK– триггер по синхроимпульсу изменяет свое состояние на противоположное.

Схема двухтактного JK– триггера показана на рис. 2.24(а). Она отличается от схемы двухтактногоRS– триггера двумя вентилями И на входахRиS. Эти вентили блокируют воздействие одного из входовJилиKв зависимости от состояния триггера. Блокируется та линия, единичное значение на которой не вызывало бы изменения состояния триггера. В частности,Jблокируется в состоянии, когда на выходе логическая 1, а, К блокируется, когда на выходелогический 0. Действительно, значениеJлогически умножается на , а, К — на . Следовательно, когда на обоих входах J и К логическая 1, срабатывает только тот вход, который вызывает изменение состояний, и по синхроимпульсу триггер действительно изменит состояние.

Для триггера типа Dсоотношение между сигналом на входной линии и следующим состоянием триггера формулируется проще, чем для любого другого типа триггера. По синхроимпульсу D-триггер принимает то состояние, которое имеет входная линия D.

Как показано на рис. 2.24 (б), D-триггер можно реализовать, соединив S – вход двухтактного RS– триггера непосредственно с входной линией D, а входR— с инверсией (дополнением) D. При таком соединении, если на D логическая 1, то и наSбудет логическая 1, и триггер по синхроимпульсу будет установлен. Если же на D логический 0, то наRбудет 1, и триггер по синхроимпульсу будет сброшен.

Соотношение между состоянием Т-триггера и его входом довольно интересно и, как мы увидим в дальнейшем, полезно в некоторых приложениях, особенно при реализации счетчиков. Если входная линия Т имеет значение 1, то по синхроимпульсу триггер изменит свое состояние на противоположное. В противном случае его состояние сохранится неизменным.

На рис. 2.24(в) представлена одна из возможных реализации T– триггера на базе двухтактногоRS– триггера. Она отличается от реализацииJK– триггера на рис. 2.24(а) только объединением входов J и К, в один вход Т.

Функционирование триггеров всех трех описанных типов сведено в табл. 2.8.

Во всех случаях Q обозначает состояние триггера до прихода синхросигнала, а Q* — после, (a)JK-триггер, (б)D- триггер. (в)T — триггер.