Вивчення тригерів. Їх схемотехнічна реалізація
Один із найбільш розповсюджених приладів базових елементів цифрової техніки, - тригер (від англ. trigger – спусковий гачок).
Тригером називається пристрій, що може знаходитися у двох станах стійкої рівноваги й здатний стрибком переходити з одного стану в інший під впливом зовнішнього сигналу керування.
Стан стійкої рівноваги характеризується тим, що після слабкого зовнішнього впливу пристрий повертається до початкового стану, тобто струми й напруги приймають початкові значення у відмінності від стану не стійкої рівноваги, при якому будь-який слабкий зовнішній вплив порушує цей стан. Для переходу тригера з одного стійкого стану в інший необхідно, щоб вхідний сигнал перевищив граничне значення.
В сучасній електроніці тригери виконуються, як правило, у виді мікросхем, побудованих на основі ЛЕ. На рис. 27,а,в, подані схеми тригерів на ЛЕ АБО-НЕ, І-НЕ, а на рис. 27,б,г вказані їх умовні позначення.
Рис. 43. Принципові схеми та їх позначення
Припустимо, що на входах R і S сигнали рівні “0” (R=0, S=0), а на прямому вході Q сигнал рівний “І” (Q=1). Тоді на інверсному виході Q сигнал рівний (0). Так як на одному з виходів (з’єднаним з Q) логічного елемента АБО-НЕ сигнал рівний “І”. На обох входах елемента Э1 сигнал “0”, тому Q=1. Очевидно, при R=0, S=0 можливий і інший стійкий стан, при якому Q=0, Q=1. Неважко бачити, що при S=1, R=0 тригер знаходиться у першому стійкому складі (Q=1, Q=0), а при S=0, R=1 – в другому стійкому стані (Q=0, Q=1) Комбінація S=1 R=1 недоступна .
Розглянутий тригер називають RS-тригером (від слова reset і set – скидати і встановлювати). Вхід S наз. встановлюючим (від англ. set встановлювати), а вхід R входом зкиду (від англ. reset знову встановлювати). При S=1 тригер установлюється в стан “1” (Q=1,Q=0), при R=1 – зкидається в стан “0” (Q=0, Q=1).
Рис. 44. Принципова схема транзисторного бістабільного мультивібратора (тригера)
На рис. 28 подано схему бістабільного мультивібратора (або тригера). Схема має два стабільні стани. Керуючі імпульси забезпечують перехід мультивібратора в один з цих станів.
Припустимо, що транзистор VT2 в схемі находиться в режимі насичення. В цьому випадку спадання напруги на ньому рівне 0. Вихід транзистора VT2 звязаний із входом (базою) VT1 транзістора VT1. В результаті VT1 закритий, а в колі колектора проходить невеликий струм витоку, яким можна знехтувати. Так, як VT1 закритий, база транзистора VT2 керується через Rk1 і R1. Можна бачити, що в такому стані схема дійсно стійка. Те саме можно сказати про стан, в якому VT1 насиченний, а VT2 закритий.
Дану схему можна “перекинути”, якщо подати на базу провідного транзистора від’ємний запускаючий імпульс. В цьому випадку той транзистор, який знаходиться в режимі насичення, закривається, а інший транзистор перейде в режим насичення.
Вказані на схемі ємності є так званими прискорюваючими конденсаторами, які служать для полегшення переходу від одного стану в інший. Вони виконують в деякому ступені роль памяті і забезпечують круті фронти при перекиданні схеми.
Рис. 45. Принципова схема та позначення синхронного RS-тригера
Аналогічно працює RS-тригер на елементах І-НЕ рис.27,в з тієї різницею, що він має інверсні входи, тобто встановлюється в стан “1” при при S=0 и зкидається в стан «0» при R=0 . Заборонена комбінація вхідних сигналів для цієї схеми – “0”,”0”.
Тригери класифікуються за функціональною ознакою і за способом керування. За функціональній ознаці розрізняють тригери RS, Д, Т, JK, і інших типів, по способу управління – асинхронні і синхронні (тактируємиє). Розглянутий RS-тригер відноситься до асинхронних, перехід його із одного стану в другий проходить в темпі доставки сигналів на інформаційні (R, S) входи і не зв’язаний із таким сигналом. У синхронних тригерах крім інформаційних є вхід тактових (синхронних) сигналів і перемикання тригера проходить тільки при наявності тактового сигналу. Синхроний режим роботи є основним у ЕОМ, на ньому заснований принцип роботи ряду вузлів цифрової техніки, наприклад D- і JK-тригерів, регісторів тощо.
На рис. 29, а, б, подані схема й умовне позначення синхронного RS-тригера на елементах І-НЕ . Схема рис. 29а, відрізняється від асинхронного тригера рис. 27в, наявністю двох додаткових елементів І-НЕ , завдяки яким керуючі сигнали проходять на входи R і S тільки при дії на синхронізуючий вхід сигнала “1” (С=1).
Рис.46. Принципова схема та позначення D-тригера
Для прийому інформації по одному вході використовуються D- тригери (від англ. delay - затримка). На рис. 30 подана схема і умовне позначення D-тригера на елементах І-НЕ. D-тригер преходить в стан “1” (Q=1), якщо в момент приходу синхронізуючого сигналу (С=1)на його інформаційному вході сигнал “1”(D=1).
В цьому стані тригер залишається і після закінчення сигналу на вході D до прихіду наступного синхронізуючого сигналу, повертаю- чого тригер в стан ”0”. Таким чином, D-тригер “затримує” інформацію, що надходить на його вхід на певний час, рівний періоду синхронізуючого сигналу сигналу.
Дійсно при, D=1, С=1 на виході S елемента “Э1, сигнал “0”(S=0), а на виході Э2-«1» (R=1) (оскільки на його входах “1”і “0” рис. 14а ). Так як RS-тригер має інверсні входи, то при S=0, R=1 він переходить в стан “1”(Q=1,Q=0) і залишається до того моменту, коли при D=0 не отримується С=1. В цьому випадку S=1, R=0 і тригер повертається в стан “0”(Q=0,Q=1). При D=0, S=1 незалежно від C Q=0.
Рис.47. Умовне позначення та часові діаграми Т-тригера
Т-тригер (від англ. tumble – перевертатися), чи рахуючий тригер, має один інформаційний вхід і преходить у протилежний стан в результаті дії на його вхід кожного чергового сигналу. Назва “рахуючий” (чи “з рахуючим запуском”) пов’язана із широким застосуванням Т-тригерів в лічильниках імпульсів. На рис. 31, а, б подане умовне позначення і часові діаграми Т-тригера. .
Т-тригери виконують на основі двох послідовно з’єднаних RS- тригерів (MS-
схема), перший з яких називають ведучим (від англ. master – господар), а другий ведомим (від англ. slave – раб). На рис. 32, а, б подані схеми і умовне позначення MS-тригера (двохступеневого тригера), в якому тригер Т1-ведучий, а тригер Т2 – ведомий. При надходженні сигналів на інформаційні входи R чи S тригера Т1 він приймає відповідний стан (“0” чи “1”) у момент, коли С1=1. Сигнали з виходу Q1,Q1 ведучого тригера не проходить у ведомий, оскільки С2=0. Інформація пройде у ведомий тригер тільки після закінчення синхронізуючого сигналу (С1=0, С2=1) і буде відображена на виході Q2,Q2.
Рис. 48. Двостуневий Т-тригер
Для отримання двохступеневого Т-тригера достатньо вести зворотні зв’язки (рис. 32а, пунктир) і використати вхід С1, як інформаційний (Т). Тоді при Т=1 тригер Т1 встановлюється в стан, протилежний стану тригера Т2 ( наприклад, при Q2 =0, Q2 =1 – в стан Q1=1, Q1=0), а при Т=0 тригер Т2 переходить в стан, що співпадає з станом тригера Т1 (Q2 =1, Q2 =0). Таким чином, на виходах Q2, Q2 сигнал зміниться на протилежний по закінченню кожного наступного імпульса Т, що відповідає діаграмі на рис. 31б.
Рис. 49. Універсальний JK-тригер
Універсальний тригер, або JK-тригер, має інформаційні входи J і K та синхронізуючий вхід С (рис. 33,а). JK-тригер отримують з двохступеневого Т-тригера шляхом використання трьохвхідного елемента I-НЕ у вхідних колах ведучого тригера подібному тому, як використовують двох-вхідні елементи І-НЕ в схемі на рис. 13а. Використання третіх входів елементів I-НЕ дозволяє реалізувати два додаткові інформаційні входи: J і K (рис. 29а). При J=K=1 тригер змінює свій стан на протилежний у момент закінчення кожного синхронізуючого сигналу. Таким чином, з’єднуючи входи JK- тригера за схемою рис.33б, отримують Т-тригер.
Використовуючи вхід 1 як вхід S, а К- як R, реалізують синхронний RS-тригер, особливість якого полягає в тому, що при комбінації S=R=1, недозволеній для звичайного RS-тригера, він перемикається на кожний синхронізуючий сигнал. Додаючи інвертор на вході JK- тригера отримують D-тригер (рис. 33в).
Всі типи тригерів, що реалізують на основі JК-тригера дають затримку в появі вихідних сигналів, яка рівна тривалості синхронізуючого сигналу.
Рис. 50. Позначення динамічних тригерів
Розглянуті тригери відносяться до статичних тригерів, що реагують на рівні вхідних сигналів. Існують також динамічні тригери, які реагують на перепади рівнів сигналів.
На рис. 34а, наведено умовне позначення синхронного RS-тригера, реагуючого на перепад рівня сигнала від ”0” до “І”, а на рис. 34б – те ж для тригера, реагуючого на перепад від “І” до “0”. В першому випадку вхід називають прямим динамічним, а в другому – інверсним динамічним.
В ТТЛ-серіях набори D-тригерів: КІ55ТМ5, КІ55ТМ; МОН- серіях: 564ТМЗ. RS- тригери в ТТЛ-серіях – К555ТР2, в МОН-серіях – 564ТР2.
Універсальним тригером є КІ55ТМ2. Він може працювати як D-тригер, як RS – тригер і як лічильний тригер, якщо з’єднати вихід Q із входом D ( в МОН-серіях 564ТМ2).
Найбільш універсальні тригери з індексом ТВ: вони можуть працювати в усіх 4 варіантах .
ТТЛ-серіям належать тригери КІ55ТВІ, К555ТВ6, К555ТВ9, К5ЗІТВ10П, КІ55ТВІ5, в МОН-серіях – 564ТВ1.).
***