ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ.

Триггер является основным элементом последовательностной логики. Триггер — это устройство с двумя устойчивыми состояниями равновесия, предназначенное для записи и хранения информации.
Как правило, триггер имеет 2 выхода: прямой Q и инверсный . Число входов зави-сит от выполняемых функций. По способу записи информации триггеры делятся на асин-хронные и синхронные. В асинхронных триггерах информация может изменяться в любой момент времени при изменении входных сигналов. В синхронизируемых триггерах инфор-мация на выходе может изменяться только в определенные моменты времени, задаваемые дополнительным синхронизирующим сигналом.

Асинхронный RS-триггер на элементах ИЛИ-НЕ.
Асинхронный RS-триггер может быть построен на двух элементах ИЛИ-НЕ, охвачен-ных цепями обратных связей. Схема и условное обозначение его показаны на рис.1.
Триггер имеет 2 входа: S (от англ. set — установка) и R (reset — сброс).
Рассмотрим его работу. Активным уровнем на входе триггера является состояние логической 1.
Пусть на обоих входах уровни сигналов не активны, т.е. S=R=0. Тогда триггер находится в одном из устойчивых состояний Q=0 =1 или наоборот, Q=1 =0, в чем легко убедиться по схеме. Теперь пусть на входе S уровень равен 1. Тогда =0, и, следовательно, Q=1. Триггер установлен. «1» на выходе Q, в свою очередь, по цепи обратной связи поддерживает выход Q в состоянии 0.
По этой причине триггер будет находиться в состоянии «1» даже после снятия лог. «1» на выходе S. После того, как на вход S будет подан не активный уровень лог. «0», триггер, будет находиться в состоянии хранения информации.
В силу симметрии схемы, аналогичные процессы будут происходить при подаче ак-тивного сигнала лог. «1» на вход R. Триггер будет сброшен (т.е. установлен в состояние «0»).
Состояние, когда на оба входа подан активный уровень (т.е. S=R=1), является запре-щенным и в работе не используется. Как легко видеть из схемы, в этом случае на обоих вы-ходах схемы будет состояние лог. «0», т.е. выходы не являются инверсными друг другу.
Работа триггеров (и других последовательных устройств) описывается так называе-мой диаграммой состояний. Состояние после воздействия входных сигналов обозначаются Qn+1 (т.е. в n+1-й момент времени), а состояние до воздействия входных сигналов – Qn. (Либо, соответственно, Qn и Qn-1).

Асинхронный RS-триггер на элементах И-НЕ.
Схема, условное обозначение и диаграмма состояний показаны на рис. 2.

Логика работы этого триггера совершенно аналогична работе триггера на элементах ИЛИ-НЕ. Отличием является то, что активным уровнем на входах является уровень лог. «0», состояние хранения — S=R=1, а запрещенное состояние — S=R=0.

Синхронный RS-триггер.
Синхронный RS-триггер отличается от асинхронного тем, что изменение информации в нем может происходить только при наличии определенного синхронизирующего сигнала, обычно обозначаемого буквой C (clock). В отсутствие синхросигнала триггер всегда нахо-дится в состоянии хранения. Пример синхронного RS-триггера, его условное обозначение и диаграмма состояний изображены на рис. 3.

Когда С = 0 выходы лог. элементов 1 и 2 находятся в состоянии «1» независимо от сигналов на входах S и R и RS-триггер на элементах 3 и 4 всегда находится в состоянии хранения информации. В случае С = 1 сигналы S и R инвертируются элементами 1 и 2 и по-ступают на входы элементов 3 и 4, т.е. при С = 1 триггер работает как обычный асинхронный RS-триггер на элементах И-НЕ, за исключением того, что входы S и R инвертируются.
Естественно, можно построить другие варианты синхронных RS-триггеров с использо-ванием других логических элементов, например: ИЛИ-НЕ, И, ИЛИ, имеющих свои диаграм-мы состояний.
В случае если разрешение дается сигналом С = 0, то на входе С ставится кружок — сим-вол инверсии.

Статический D-триггер.
Другие названия: триггер-защелка, прозрачная защелка. D-триггером называется син-хронный триггер, имеющий 2 входа: вход данных D и вход синхронизации С. Он переключа-ется по сигналу на С-входе в состояние, в котором в данный момент находится D-вход.
Схема, условное обозначение и диаграмма состояний этого триггера (см.рис. 4) похожи на схему синхронного RS-триггера, у которого входы S и R всегда инверсны и заменены одним входом D (сравнить с рис. 3.). Данную схему можно минимизировать и получить более компактную (см. рис. 5.).

В случае когда С = 0, триггер находится в состоянии хранения. Если С = 1, то выход Q повторяет состояние входа D. При С = 1 защелка прозрачна: любое изменение входа D вызывает изменение выхода Q. При переходе сигнала на входе С из «1» в «0» триггер-защелка фиксирует (защелкивает) последнее состояние входа D.
При С = 1 свойство запоминания информации проявляться не будет и триггер будет представлять собой просто повторитель входного сигнала D.
В некотором смысле D-триггер задерживает прохождение поступившего на D-вход сигнала, откуда и произошло название триггера (англ. delay — задержка).

Динамический D-триггер.

Другое название: триггер Вебба.
Динамический триггер исключает сквозную передачу сигнала с D-входа на выход триггера во время действия синхроимпульса. Информация записывается только в момент пе-репада напряжения (или фронта) на входе С. Схема такого триггера значительно сложнее, а условное обозначение отличается тем, что динамический вход С изображается наклонной чертой, либо стелкой (см. рис. 6).

Двухступенчатый триггер.

Другое название — MS-триггер (от англ. Master-Slave: хозяин-раб). Он представляет собой два последовательно включенных синхронных RS-триггера. Первый из них называется ведущим или M-триггером, а второй — ведомым или S-триггером. Вариант схемы двухсту-пенчатого триггера изображен на рис. 7.

Из схемы видно, что при С = 1 происходит запись информации в первый триггер, а второй находится в состоянии хранения, т.к. на его входе в результате инверсии С = 0. При С = 0 прекращается запись информации в первый триггер и происходит запись состояния пер-вого триггера во второй.
Данный триггер непрозрачен по входам S и R, хотя каждая его ступень прозрачна. Один из триггеров всегда является запертым по входу С. Смена информации происходит только в момент заднего фронта синхросигнала С.

JK-триггер.

Вариант схемы асинхронного JK-триггера изображен на рис. 8.

При J=K=0 состояние триггера не изменяется — хранение.
Если J = 1, K = 0, то выход установится в состояние Qn+1 = 1;
а) в случае, если предыдущее состояние Qn = 1, Qn~ = 0, то открыт нижний элемент И и разрешена запись по входу K, однако K = 0, следовательно, состояние триггера не ме-няется;
б) в случае, если предыдущее состояние Qn = 0, Qn~ = 1, открыт верхний элемент И и происходит запись 1 по входу S, т.к. J = 1.
Аналогично, при J=0,K=1 триггер установится в состояние Qn+1=0.
В случае J=K=1 состояние триггера изменится на противоположное Qn+1 = Qn, т.к., в любом случае, будет открыт тот из элементов И, который разрешает запись противополож-ного состояния.
Из диаграммы состояний видно, что работа асинхронного JK-триггера аналогична ра-боте RS-триггера (вход J эквивалентен входу S, а вход K — входу R) за исключением того, что в состоянии J = K = 1, которое для RS-триггера является запрещенным, состояние JK-триггера инвертируется, т.е. меняется на противоположное.
Синхронный JK-триггер с динамическим управлением (по фронту синхросигнала С) можно построить на базе двухступенчатого триггера как показано на рис.10. Изображенный триггер синхронизируется задним фронтом сигнала С.

T-триггер (счетный триггер).

T-триггер имеет один управляющий вход T. При появлении положительного (или отрицательного) фронта на входе T, состояние на выходе изменяется на противоположное.
Счетный триггер строится на основе JK-триггера путем объединения входов J и K. Как легко видеть из диаграммы состояний JK-триггера, в этом случае реализуются только 2 строки: J=K=0 и J=K=1.
Другой вариант построения T-триггера — на основе динамического D-триггера. Приме-ры построения T-триггеров показаны на рис. 10.
ПОДГОТОВКА К ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ.

В работе используются элементы, изображенные на рис. 11.
Следует иметь ввиду, что одновременное использование элементов И-НЕ и ИМС 155ТМ2 невозможно, т.к. входы их объединены.
При подготовке к выполнению работы необходимо изучить теоретический мате-риал, изложенный в первой части методических указаний. Вторая часть работы выполняется по индивидуальным заданиям.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.

1. Исследование триггера на ИМС 155ТМ2.

ИМС 155ТМ2 представляет собой два D-триггера с дополнительными входами S и R. На рис. 11 изображен один такой триггер. Вторая часть ИМС в работе не используется.
Необходимо исследовать работу этого триггера по предлагаемому алгоритму.
1.1. Подавать на входы S и R различные комбинации сигналов и, наблюдая состояния выходов, определить активные уровни сигналов S и R (На входы C и D при этом подать уровни лог. 0).
1.2. Подать на входы S и R уровни сигналов, при которых триггер находится в состоя-нии хранения информации.
1.3. Подать на вход D сигнал от переключателя, а на вход С – от кнопки.
1.4. Подавая сигналы на входы C и D, определить:
а) является вход С статическим или динамическим;
б) какова полярность активного сигнала на входе С.
1.5. Подавая управляющие сигналы одновременно на входы S, R и на C, D, определить, какие из них являются приоритетными. Например: подать активный уровень сигнала на вход S, т.е. установить Q = 1, а затем, установив на вход D уровень лог. 0, записать импуль-сом C состояние Q=0. По результату на выходе установить, какие из сигналов (C,D или S,R)

имеют более высокий приоритет.
1.6. По результатам исследований при необходимости дополнить условное обозначе-ние ИМС 155ТМ2.
2. Исследование триггера, указанного в инд. задании.
2.1. Определить тип триггера, указать входы и выходы.
2.2. Записать диаграмму состояний и условное обозначение данного триггера.
2.3. Собрать схему триггера.
2.4. Подавая сигналы на входы, исследовать диаграмму состояний и сравнить ее с запи-санной в п. 2.2.

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА.

1.Условное обозначение и диаграмма состояний триггера на ИМС 155ТМ2.
2.Схема, условное обозначение и диаграмма состояний для триггера, указанного в индиви-дуальном задании.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

1. Схемы, условные обозначения, диаграммы состояний для триггеров, описанных в первой части методических указаний.
2. Указать, какие типы триггеров возможно собрать из имеющихся элементов (рис.11)
3. Какой из триггеров является наиболее универсальным?
4. На рис. 10 показана возможность получения T-триггера на базе D-триггера. Яв-ляется ли принципиальным статический это D-триггер или динамический?
5. Возможна ли минимизация схемы, исследуемой Вами в соответствии с индивиду-альным заданием?

ЛИТЕРАТУРА.

1.Ямпольский А.А. «Основы автоматки и электронно-вычислительной техники»
2.Потемкин И.С. «Функциональные узлы цифровой автоматики»