Триггер


Простейшими цифровыми автоматами с памятью являются триггеры. Триггер — это устройство последовательного типа с двумя устойчивыми состояниями равновесия, предназначенное для записи и хранения информации. Под действием входных сигналов триггер может переключаться из одного устойчивого состояния в другое. При этом напряжение на его выходе скачкообразно изменяется.
Как правило, триггер имеет два выхода: прямой и инверсный. Число входов зависит от структуры и функций, выполняемых триггером. По способу записи информации триггеры делят на асинхронные и синхронизируемые (тактируемые). В асинхронных триггерах информация может записываться непрерывно и определяется информационными сигналами, действующими на входах в данный момент времени. Если информация заносится в триггер только в момент действия так называемого синхронизирующего сигнала, то такой триггер называют синхронизируемым или тактируемым. Помимо информационных входов синхронизирующие триггеры имеют тактовый вход (вход синхронизации).

В цифровой технике приняты следующие 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);
С — вход синхронизации;
Т — счетный вход;
Наибольшее распространение в цифровых устройствах получили RS-триггер с двумя установочными входами, тактируемый D-триггер и счетный Т-триггер. Рассмотрим функциональные возможности каждого из них.
Асинхронный RS-триггер. В зависимости от логической структуры различают RS-триггеры с прямыми и инверсными входами. Их схемы и условные обозначения приведены на рис. 12. Триггеры такого типа построены на двух логических элементах: 2ИЛИ—НЕ — триггер с прямыми входами (рис. 12,а), 2И—НЕ — триггер с инверсными входами (рис. 12,б). Выход каждого из элементов подключен к одному из входов другого элемента, что обеспечивает триггеру два устойчивых состояния. Здесь приведены таблицы истинности для каждого из этих триггеров.

Таблица 8 Таблица 9
S R Q1 Qt Qt+1 Q-t S R Q1 Qt Qt+1 Q-t
0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0
1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1
0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 * *
1 1 0 1 * * 1 1 0 1 0 1
0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0
1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1
0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 * *
1 1 1 0 * * 1 1 1 0 0 1
В таблицах Qt и Qt обозначают уровни, которые были на выходах триггера на подачи на его входы так называемых активных уровней. Активным называют логический уровень, действующий на входе логического элемента и однозначно определяющий логический уровень выходного сигнала (независимо от логических уровней, действующих на остальных входах). Для элементов ИЛИ — НЕ за активный уровень принимают высокий уровень, а для элементов И — НЕ — низкий уровень. Уровни, подача которых на один из входов не приводит к изменению логического уровня на выходе элемента, называют пассивными. Уровни Qt+1 и Qt+1 обозначают логические уровни на выходах триггера после подачи информации на его входы.
Для триггера с прямыми входами Qt+1=1 при S=1 и R=0; Qt+1=0 при S=0 и R=1; Qt+1=Qt при S=0 и R=0. При R=S=1 состояние триггера будет неопределенным, так как во время действия информационных сигналов логические уровни на выходах триггера одинаковы (Qt+1=Qt+1=0), а после окончания их действия триггер может равновероятно принять любое из устойчивых состояний. Поэтому такая комбинация является запрещенной.
Режим S=1, R=0 называют режимом записи 1 (так как Qt+1=1); режим S=0 и R=1 — режимом записи 0. Режим S=0, R=0 называется режимом хранения информации, так как информация на выходе остается неизменной. Для триггера с инверсными входами режим записи логической 1 реа¬лизуется при S=0, R=1, режим записи логического 0 — при S=1, R=0.
При S=R=1 обеспечивается хранение информации. Комбинация S=R=0 является запрещенной.
Следует, однако, отметить, что самостоятельно RS-триггеры в устройствах цифровой техники практически не используются из-за их низкой помехоустойчивости.
Тактируемый D-триггер. Он имеет информационный выход и вход синхронизации. Одна из возможных структурных схем однотактного D-триггера и его условное обозначение показаны на рис. 13. Если уровень сигнала на входе С=0, состояние триггера устойчиво и не зависит от уровня сигнала на информационном входе. При этом на входы RS-триггера с инверсными входами (элементы 3 и 4) поступают пассивные уровни (S=R=1). При подаче на вход синхронизации уровня С=1 информация на прямом выходе будет повторять информацию, подаваемую на вход D. Таким образом, при С=0 Q t+1=Qt, а при C=1 Q t+1=D. Таблица истинности тактируемого D-триггера имеет вид:
Таблица 10
D C Q t+1
0 0 0
0 1 0
1 0 1
1 1 1
Здесь Qt означает логический уровень на прямом выходе до подачи импульса синхронизации, a Q t+1 — логический уровень на этом выходе после подачи импульса синхронизации.
На рис. 14 изображены временные диаграммы тактируемого D-триггера. В таком триггере происходит задержка сигнала на выходе по отношению к сигналу, поданному на вход, на время паузы между синхросигналами. Для устойчивой работы триггера необходимо, чтобы в течение синхроимпульса информация на входе была неизменной.
Тактируемые D-триггеры могут быть с потенциальным и динамическим управлением. У первых из них информация записывается в течение времени» при котором уровень сигнала С=1. В триггерах с динамическим управлением информация записывается только в течение перепада напряжения на входе синхронизация. Динамические входы изображают на схемах треугольником. Если вершина треугольника обращена в сторону микросхемы, то триггер «срабатывает» по фронту входного импульса, если от нее — по срезу импульса. В таком триггере информация на выходе может быть задержана на один такт по отношению к входной информации.
Счетный Т-триггер (рис. 15,а). Его называют также триггером со счетным входом. Он имеет один управляющий вход Т и два выхода Q и Q. Информация на выходе такого триггера меняет свой знак на противоположный при каждом положительном (или при каждом отрицательном) перепаде напряжения на входе. В сериях выпускаемых микросхем Т-триггеров, как правило, нет. Но триггер такого типа может быть создан на базе тактируемого D-триггера, если его инверсный выход соединить с информационным входом (рис. 15). Как видно из диаграммы на (рис. 5) частота сигнала на выходе Т-триггера в два раза ниже частоты сигнала на входе, поэтому такой триггер можно использовать как делитель частоты и двоичный счетчик.
В сериях выпускаемых микросхем есть также универсальные JK-триггеры. При соответствующем подключении входной логики JK-триггер может выполнять функции триггера любого другого типа.