Триггер (Разновидности триггеров)

Если говорить о триггерах обобщенно, то триггер - это целый класс цифровых устройств, которые могут длительное время находиться в одном из двух устойчивых состояний. Переходят они из одного устойчивого состояния в другое под воздействием внешних сигналов. Первое устойчивое состояние — это когда на выходе триггера устанавливается логический 0 (низкое напряжение). Второе устойчивое состояние — это логическая 1 (высокое напряжение).
Самым наглядным бытовым аналогом триггера является обычный выключатель света. Вы приложили усилие к нему и нажали (подали сигнал) — свет включился. Руку убрали, а лампочка в люстре продолжила светиться — высокое напряжение на выходе в системе осталось (в качестве системы выступает люстра с выключателем). Получается, что выключатель запомнил наше нажатие, наш сигнал, а система осталась в устойчивом состоянии. Далее, если нажать на другую часть выключателя и выключить свет, то лампочка погаснет и система перейдет в другое устойчивое состояние — состояние с нулевым напряжением (рис 1). И это состояние тоже фактически запоминается. 

Рисунок 1

Такие сигналы в виде нажатий на выключатель можно подавать бесконечно, и каждый раз система будет переходить из одного состояния в другое и находиться в текущем состоянии, пока не будет приходить очередной сигнал, меняющий это состояние.
Точно так же работает и самый простой триггер в виде микросхемы. При подаче на его вход или несколько входов (зависит от модели триггера) управляющего сигнала (комбинации сигналов) он переходит из одного состояния в другое и после пропадания сигнала он остается в том состоянии, в которое перешел.  
Это свойство триггера является поистине бесценным для вычислительной электроники. Очевидно, что простой триггер — это элемент (ячейка) памяти. Сигнал на него подали и он его запомнил, пока не пришел новый сигнал. Именно поэтому триггеры активно используются при создании элементов вычислительных систем — регистров, процессоров или оперативной памяти. Можно сказать, что с триггера начинается вся вычислительная электроника. Поэтому особенно важно уметь его использовать для создания электронных схем.
Двумя абзацами выше был описан простейший триггер. Однако в электронике все гораздо сложнее. При определении понятия «триггер» говорилось о том, что это класс устройств. Действительно, существует несколько разновидностей триггеров, которые выполняют разные функции и группируются по разным признакам. 

Рассмотрим разновидности существующих триггеров. Классифицировать их можно по нескольким признакам. 

• По способу записи информации (характеру восприятия триггером входных управляющих сигналов) триггеры можно разделить на синхронные и асинхронные. 
• По способу представления выходной информации (характеру сигналов на выходах триггера) триггеры делятся на статические и динамические.
• По количеству ступеней обработки входной информации подразделяются на одноступенчатые и двухступенчатые. У одноступенчатых триггеров пишется одна буква Т на условно-графическом изображении, а у двухступенчатых — две буквы ТТ.
• По логике работы делятся на следующие типы: D, T, RS, JK, DV, TV.
• На примере триггеров с конкретным функциональным назначением рассмотрим особенности приведенной классификации. Для пояснения работы триггеров воспользуемся временными диаграммами и таблицами истинности.

Асинхронный RS-триггер.

Триггер данного типа является самым простым по логике работы, поэтому начнем с него. Он чаще всего используется как основа для более сложных триггеров. Например, триггер Шмитта, применяемый для исключения дребезга кнопок, построен на основе RS-триггера.

RS-триггер оснащен двумя входами, которые обозначаются R и S, а также двумя выходами, Q и ¯Q. Именно в связи с наличием двух управляющих входов  R и S он получил свое название.

Обозначение S происходит от английского слова Set, что в переводе означает «установить». Сигнал (высокое напряжение), поданный на этот вход, устанавливает логическую 1 (высокое напряжение) на прямом выходе Q триггера. Соответственно, на инвертированном выходе триггера ¯Q установится логический 0 (низкое напряжение).

Обозначение R происходит от слова Reset, что означает «сброс». При поступлении на этот вход напряжения в виде логической 1 (высокого напряжения) на прямом выходе триггера Q устанавливается логический 0 (низкое напряжение), а на инвертированном выходе ¯Q устанавливается логическая 1.

Получается, что сигналом на входе S триггер включается (на выходе Q появляется высокое напряжение), а сигналом на входе R триггер выключается (на выходе Q устанавливается низкое напряжение). При этом само собой сохраняется самое главное свойство триггера: при появлении сигналов на входе триггер переходит в другое состояние и сохраняет его независимо от того, сняты сигналы со входов или нет.

Описанные принципы работы асинхронного триггера показаны на временной диаграмме (Рисунок 2). Рядом с диаграммой показаны условное графическое обозначение такого триггера на принципиальных схемах, а также таблица истинности, которая отражает картину на диаграмме.

Рисунок 2

Асинхронным описанный триггер называется потому, что у него нет входа синхронизации и, соответственно, нет сигнала синхронизации. Такой сигнал синхронизирует с самим собой и с сигналами на других входах переключение триггера в другие состояния. Для того чтобы узнать о том, как это работает, переходим к следующему типу триггеров. 

Синхронный RS-триггер.

Логика синхронного триггера заметно сложнее. У него также есть входы R и S, однако добавляется еще синхронизирующий вход С, который серьезно влияет на логику работы. Смысл в том, что считывание триггером сигналов на входах R и S выполняется только тогда, когда на вход синхронизации С подается синхронизирующий сигнал в виде логической 1 (высокого напряжения). Т.е. переключение  выходов  Q и ¯Q при наличии сигналов на входах R и S происходит только при наличии сигнала на входе С. Обозначение такого сигнала буквой С представляет собой первую букву в слове clock, что в переводе с английского означает «тактовый». Поэтому данный вход часто называют «такт».

Принцип работы очень хорошо иллюстрирует временная диаграмма, представленная на рисунке 3. Рядом с диаграммой показаны условное графическое обозначение такого триггера на принципиальных схемах, а также таблица истинности, которая отражает картину на диаграмме.

Рисунок 3

Cинхронизация в триггерах и подобных им устройствах применяется для того, чтобы сделать такие микросхемы более устойчивыми к помехам.

D-триггер. 

Такой тип триггера используется как простейшая ячейка памяти. Он может активно применяться в несложных вычислительных системах или устройствах автоматики. 
На первый взгляд D-триггер похож на синхронный RS-триггер. У него тоже есть синхронизирующий вход С и он тоже является синхронным. Но у этого триггера все-таки есть коренное отличие, и заключается оно в одном управляющем входе D вместо двух входов R и S. Каждый новый импульс напряжения на входе D приводит к переключению выхода Q в состояние логической 1 или 0 в зависимости от того, в каком состоянии выход находился до этого. Конечно, переключение состояний выхода Q происходит только при условии, что на входе С есть сигнал синхронизации. 
На рисунке 4 приведена временная диаграмма, которая прекрасно иллюстрирует принцип его работы. Вместе с диаграммой изображены таблица истинности и условное графическое обозначение, которое используется в принципиальных схемах.

Подробное описание D-триггера, а также  интересные схемы на его основе вы можете найти на страницах учебного поосбия к Основному набору Уровня 1 конструкторов Эвольвектор. 

Рисунок 4

Все предыдущие рассмотренные триггеры были статическими — со статическим управлением, т.е. со статическими входами. Статичность означает, что в сигналах (входных или выходных) все определяется уровнем напряжения этого сигнала. В триггер записывается информация или происходят какие-то действия только тогда, когда напряжение сигнала достигает уровня логической 1 или логического 0.
Однако помимо статического управления может быть динамическое. У D-тригера управляющие сигналы могут быть динамическими. Под динамическим управлением понимается управление так называемым фронтом сигнала. Фронт сигнала — это процесс непосредственного перехода от логического 0 к логической 1 или от 1 к 0. При этом переход от 0 к 1 называется передним фронтом, а переход от 1 к 0 — задним фронтом. На рисунке 5 показано графическое обозначение динамического входа с управлением по переднему фронту, которое можно встретить на принципиальных схемах в разных источниках. А на рисунке 6 показано графическое обозначение динамического входа с управлением по заднему фронту.

Рисунок 5

Рисунок 6

Рисунок 7

Если к D-триггеру добавить разрешающий вход V (от слова verify — проверять, подтверждать), то можно получить DV-триггер, который используется в тех случаях, когда требуется задержать входной сигнал до появления тактового импульса или в запоминающих устройствах с большим количеством простых ячеек памяти, в регистрах и счетчиках. Условное графическое изображение такого триггера приведено на рисунке 7.

Т-триггер. 

Очень похож на D-триггер. Суть его заключается в том, что он обладает одним динамическим входом, как и D-триггер. Переключение с логической 1 на логический 0 и обратно на выходе Q происходит по переднему фронту входного сигнала (моменты времени t1, t2, t3, t4). Соответственно, если подавать на вход Т набор импульсов с определенной частотой, то на выходах Q и ¯Q будет картина, которая показана на диаграмме (рисунок 8).

Рисунок 8

Фактически свойства Т-триггера означают, что его, прежде всего, удобно использовать в качестве делителя частоты. По диаграмме видно, что частота импульсов на выходе Q в 2 раза меньше, чем частота на входе T. Также это свойство может использоваться для изменения знака двоичного числа (отрицательный или положительный) в арифметико-логических устройствах и счетчиках с регистрами. Если по аналогии с DV-триггером добавить разрешающий вход V, то можно получить ТV-триггер.

Универсальный JK-триггер.

Триггер такого типа имеет два информационных входа J и K, динамический тактовый вход С и статические входы R, S. При этом входы R и S имеют приоритет над всеми остальными входами. Это делает его похожим на RS-триггер, однако у него благодаря наличию входов J и K все-таки есть целый ряд отличий. Специфика работы такого триггера следующая.

Вход J (от англ. Jump — прыжок) аналогичен входу S у RS-триггера. Если подать на него логическую единицу при К=0, то при совпадении этого сигнала по времени (момент t1 на диаграмме рисунок 9) с сигналом синхронизации С, выход Q перейдет в состояние логической 1. Вход K (от англ. Kill — отключение) аналогичен входу R у RS-триггера. Если подать на этот вход логическую 1 при J=0 (момент времени t2 на диаграмме), то выход Q перейдет в состояние логического 0. Логика работы JK-триггера такова, что при подаче логической единицы на оба входа J и K состояние выхода триггера изменяется на противоположное (момент времени t3 на диаграмме). На практике применяются только синхронные JK-триггеры. В этом случае состояния основных входов J и K учитываются только в момент наличия сигнала тактирования С, например по положительному (переднему) фронту импульса на входе синхронизации. На диаграмме (рисунок 9) также показана приоритетность сигналов со входов R и S.

Рисунок 9

JK-триггер называют универсальным из-за того, что из него легко можно получить D-триггер или Т-триггер. Он переходит в инверсное состояние каждый раз при одновременной подаче на входы J и K логической 1. К примеру, если объединить эти входы, то получим Т-триггер.

 

Написать отзыв

Ваше Имя:


Ваш отзыв: Внимание: HTML не поддерживается! Используйте обычный текст.

Оценка: Плохо           Хорошо

Введите код, указанный на картинке: