1.2. Основные типы триггеров

RS - триггеры.

Этот тип триггеров является простейшим как по логике работы, так и по реализации. RS - триггеры служат основой для построения более сложных триггеров, т.е. представляют собой собственно триггеры.

Асинхронные RS - триггеры реализуется на базе двухвходовых элементов "ИЛИ-НЕ" или "И-НЕ". Структурные схемы и условные обозначения таких триггеров приведены на рис. 2.

Рис.2. Структурные схемы и условные обозначения асинхронных RS-триггеров: а- на элементах ИЛИ-НЕ; б-на элементах И-НЕ

RS - триггер имеет два информационных входа, предназначенных для его установки в состояние 1 или 0. Эти входы обозначают соответственно буквами S и R (от слов set - установка и reset -сброс). Обратите внимание на то, что триггер, реализованный на элементах "И—НЕ", имеет инверсные входы, т.е. установка триггера в то или иное состояние осуществляется уровнем логического 0.

Рассмотрим RS-триггер с прямыми входами. Возможны четыре комбинации входных сигналов S (t) = R (t) = 0; S (t) = 1, R (t) = 0; S (t) = 0, R (t) = 1; S (t) = R (t) = 1. Каждой из этим комбинаций отвечает определенное поведение триггера.

При комбинации S (t) = R (t) = 0 сигналы на выходах могут иметь одну из двух комбинаций: Q (t + 1) = 1, = 0 либо Q (t + 1) = 0, = 1. В этом легко убедиться, если вспомнить что переключающим сигналом для элемента ''ИЛИ-НЕ" служит 1. Допустим, что Q (t+ 1) = 1. Этот сигнал, действуя на входы нижнего элемента создает на его выходе сигнал = 0. В свою очередь, на входах верхнего элемента два нулевых сигнала со входа R и выхода обеспечат на выходе сигнал Q (t + 1) = 1. Это cостояние устойчивое. Аналогично можно показать, что второе возможное состояние = 1 (Q (t +1) = 0) тоже устойчивое, т.е. схема обладает свойствами триггера.

Комбинацию входных сигналов S (t) = R (t) = 0 называют нейтральной (она соответствует режиму хранения информации) - при ней триггер хранит состояние, в котором он находился до воздействия входных сигналов.

Легко убедиться в том, что при входных сигналах S (t) = 1 и R (t) = 0 триггер примет единичное состояние (Q (t + 1) = 1), а при R (t) = 1 и S (t) = 0 - нулевое.

Если входная комбинация сигналов имеет вид S(t) = R (t) = 1, на обоих выходах появятся логические нули (Q (t + 1) = = 0) и устройство утратит свойства триггера. Такую комбинацию называют неопределенной. Если затем на один из входов, например R, подать логический ноль, свойства триггера восстановятся и сигналы на выходах примут значения, соответствующие единичному состоянию триггера. То же можно сказать и при смене сигнала на нулевой на входе S – триггер установится в нулевое состояние.

Комбинацию сигналов S(t) = R(t) = 1 называют запрещенной комбинацией. Такое сочетание входных сигналов ведет к непредсказуемому поведению триггера: при переходе к нейтральной комбинации входных сигналов триггер c равной вероятностью может принять либо единичное, либо нулевое состояние.

Полная таблица переключений RS – триггера c прямыми входами приведена на рис. 3. Часто вместо полной используют сокращенную таблицу переключений (рис. 4).

Отметим, что в рассмотренных асинхронных RS-триггерах исполнительные входы отсутствуют, однако их можно ввести, например, если использовать логические элементы с числом входов больше двух.

Стробируемые RS - триггеры реализуются на базе асинхронных путем введения схемы управления, выполненной на двух вентилях. Структурные схемы и условные обозначения таких триггеров приведены на рис. 5.

Таблицы переключений стробируемых RS - триггеров аналогичны таблицам переключений асинхронных триггеров, но должны быть дополнены указанием значений синхроимпульса.

Динамические синхронные RS - триггеры строятся путем введение в схему управления запоминающих устройств, в качестве которых могут использоваться асинхронные RS – триггеры.

Таблицы переключений RS-триггера с прямыми входами

Q(t)	R(t)	S(t)	Q(t+1)
0	0	0	0	1
0	0	1	1	0
0	1	0	0	1
0	1	1	н/о	н/о
1	0	0	1	0
1	0	1	1	0
1	1	0	0	1
1	1	1	н/о	н/о

Рис. 3. Полная таблица переключения RS -триггера с прямыми входами.

R(t)	S(t)	Q(t+1)
0	0	Q(t)
0	1	1
1	0	0
1	1	н/о

Рис. 4. Сокращенная таблица переключения RS -триггера с прямыми входами.

На рис. 6 приведена структурная схема и условное обозначение синхронного RS – триггера с прямым динамическим входом, т.е. переключающегося при изменении синхроимпульса от 0 до 1.

Триггер на рис. 6 содержит кроме собственно триггера еще два запоминающих устройства с выходами А,В и D,Е. При отсутствии синхроимпульса, т.е. при С = 0, выходы В = 1 и D = 1, поэтому изменение состояния входов и не могут оказывать влияния на состояния выхода Q. В процессе изменения состояния входа С со значения С = 0 на значение С = 1 выходы В и D перейдут в состояния, соответствующие информации на входах и перед появлением синхроимпульса. В зависимости от того, В = 0 или D = 0, блокируется работа схем А, Е или B, D, а выход Q перейдет в соответствующее состояние. В отличие от стробируемого триггера состояние Q здесь изменится еще во время перехода синхроимпульса от значения логического нуля до значения логической единицы.

а б

Рис. 5. Структурные схемы и условные обозначения стробируемых RS – триггеров с прямыми (а) входами и с инверсными(б) входами.

а б

Рис. 6. Структурная схема(а) и условное обозначение(б) синхронного RS – триггера с прямым динамическим входом .

Двухступенчатые синхронные триггеры строятся по принципу основной и вспомогательной памяти. Их называют также МS – триггерами по первым буквам слов master - основной и slave – вспомогательный. Одна из простейших схем такого RS-триггера приведена на рис. 7.

Рис. 7. Структурная схема и условное обозначение двухступенчатого синхронного RS – триггера.

Информация со входов S и R триггера во время действия синхроимпульса (С = 1) записывается в основной RS-триггер. Переключение вспомогательного RS – триггера в это время невозможно, т.к. его вход С соединен с входом С основного триггера через инвертор. Разрешение на срабатывание основного триггера в данном случае эквивалентно запрещению срабатывания вспомогательного. Когда синхроимпульс заканчивается, появляется разрешение на переключение вспомогательного триггера, и он устанавливается в состояние, в котором находился до этого основной триггер, т.е. определяемое информацией на входах S и R. Как видно, двухступенчатый триггер внешне ведет себя подобно динамическому, хотя обе его ступени имеют статическое управление. Двухступенчатые триггеры условно обозначают двумя буквами ТТ в основном поле (рис. 7), что отражает их внутреннее устройство. Синхронный вход двухступенчатого триггера показывается как статический.

D- триггеры.

D- триггеры имеют только один информационный вход, называемый D—входом. D—триггеры бывают только синхронными. D- триггер может быть получен, например из стробируемого RS - триггера, у которого один из информационных входов соединяется с другим через инвертор. D - триггер называют также триггером с задержкой, отсюда и название по начальной букве слова dеlау — задержка. D- триггер в момент времени t + 1 воспроизводит информацию, которая была на входе D в момент t. Структурные схемы и условные обозначения динамического и двухступенчатого D -триггеров приведены на рис. 8.

а б

Рис. 8. Структурные схемы и условные обозначения D– триггера с прямым динамическим входам (а) и двухступенчатого D-триггера(б).

Т-триггеры.

Т-триггер (от toggle - кувыркаться) имеет один информационный вход, называемый счетным входом и обозначаемый буквой Т. Триггер при поступлении каждого входного информационного сигнала меняет свое состояние на противоположное, т.е. переключается только при изменении входного сигнала, например, со значения 0 на значение 1. Т-триггеры строятся на основе синхронных триггеров других типов.

Общий принцип построения Т-триггеров состоит во введении обратной связи с выходов на входы таким образом, чтобы обеспечить смену сигналов на информационных входах после каждого переключения триггера.

Двухступенчатый RS-триггер преобразуется в Т-триггер, если соединить выход Q со входом R, со входом S (рис. 9)

Рис. 9 . Построение Т– триггера на основе двухступенчатого RS-триггера и его условное обозначение

Для реализации Т-триггера на основе D-триггеров (двухступенчатых или динамических) необходимо инверсный выход соединить с информационным, а вход С использовать как информационный (счетный).

JK-триггеры.

Триггером JK - типа (от слов jump — прыгать, kеер — держать) называется триггер с двумя информационными входами J и К, который при условии J = К = 1 осуществляет инверсию предыдущего состояния, т.е. Q (t + 1) = . В остальных случаях он функционирует в соответствии с таблицей переключений RS - триггера, при этом вход J эквивалентен входу S, в вход K - входу R. При J = K = 0 триггер сохраняет предыдущее состояние.

JK - триггеры могут быть асинхронными и синхронными, однако в интегральной схемотехнике применяются только синхронные JК-триггеры. Пример построения двухступенчатого JK-триггера и его условное обозначение приведены на рис. 10. От двухступенчатого RS-триггера JК-триггер отличается наличием цепей обратной связи с выходов Q и на входы S и R.

Путем введения аналогичных обратных связей в синхронном RS-триггере, схема которого приведена на рис. 5, можно реализовать JK-триггер с прямым динамическим входом.

JК-триггер относится к универсальным триггерам, поскольку на его основе путем несложных внешних коммутаций мощно получать схемы, выполняющие функции RS-, D-, Т- и других типов триггеров (рис. 11).

Рис. 10. . Структурная схема и условное обозначение двухступенчатого JK-триггера.

а б в

Рис.11. Реализация на основе JK -триггеров переключающих устройств других типов: а- RS- триггера; б-D-триггера; в-T – триггера

Наибольшее распространение в интегральной схемотехнике получили D- и JК-триггеры. Как правило, эти триггеры имеет один или два асинхронных входа для установки их в нулевое или единичное состояние независимо от сигналов на информационных или синхронизирующих входах. Кроме того, часто информационные входы являются связанными операцией "И".

На рис. 12 и рис. 13 приведены структурные схемы и условные обозначения триггеров, входящих в состав серийных микросхем К155ТМ2 и К155ТВ1 соответственно.

Рис. 12. . Структурная схема и условное обозначение D-триггера микросхемы К155ТМ2.

Рис. 13. . Структурная схема и условное обозначение JK-триггера микросхемыК155ТВ1.

Микросхема К155ТМ2 содержит два независимых D-триггера, имеющих общую цель питания. Структурная схема триггера отличается от схемы, приведенной на рис. 8,а, только наличием асинхронных инверсных входов установки триггера в нулевое и единичное состояния. Эти входы образованы за счет использования трехвходовых элементов "И—НЕ".

Микросхема К155ТВ1 содержит один двухступенчатый синхронный JK-триггер, имеющий асинхронные инверсные установочные входы. Этот триггер имеет три входа J и три входа К, связанных операцией "И''. Отметим, что основной триггер образован двумя элементами базиса "И-ИЛИ-НЕ" и имеет статическое управление.