Тригеры и их характеристики


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 зависит от выполняемых функций. По способу записи информации триггеры делятся на асинхронные и синхронные. В асинхронных триггерах информация может изменяться в любой момент времени при изменении входных сигналов. В синхронизируемых триггерах информация 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, охваченных 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 активного 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 запрещенным и в работе не используется. Как легко видеть из схемы, в этом случае на обоих выходах схемы будет состояние лог. «0», т.е. выходы не являются инверсными друг другу.
Работа триггеров (и других последовательных устройств) описывается так называемой 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).
Диаграмма состояний асинхронного RS-триггера на элементах ИЛИ-НЕ:
S R Qn+1
0 0 Qn Хранение
0 1 0 Сброс
1 0 1 Установка
1 1 X Запрещенное состояние

Асинхронный RS-триггер на элементах И-НЕ.
Схема, условное обозначение и диаграмма состояний показаны на рис. 2.
S
R Qn+1
0 0 Qn Хранение
0 1 0 Сброс
1 0 1 Установка
1 1 X Запрещенное состояние
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 находится 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 поступают 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 использованием других логических элементов, например: ИЛИ-НЕ, И, ИЛИ, имеющих свои диаграммы состояний.
В случае если разрешение дается сигналом С = 0, то на входе С ставится кружок — символ инверсии.

Статический D-триггер.
Другие названия: триггер-защелка, прозрачная защелка. D-триггером называется синхронный триггер, имеющий 2 входа: вход данных D и вход синхронизации С. Он переключается 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 перепада 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 двухступенчатого 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 первого 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.

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 меняется;
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 противоположного состояния.
Из диаграммы состояний видно, что работа асинхронного JK-триггера аналогична работе 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. Примеры построения T-триггеров показаны на рис. 10.