3. Цифровые устройства.

3.1. Триггеры их назначение и типы.

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 тактируемые 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); C - 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.

Триггер – это простейшее устройство обладающее памятью.

S – Set – установка 1

R – Reset – установка 0

С – счётный вход триггера

Триггер выполнен на двух схемах или-не

Данная схема представляет собою триггер выполненный на двух элементах ИЛИ-НЕ. Открытое состояние транзистора в элементе ИЛИ – НЕ определяет низкий потенциал на его коллекторе, который подаётся на базу транзистора второго элемента и транзистор второго элемента закрывается.

Если триггер находится в нулевом состоянии (транзистор VT1 открыт, а VT2 закрыт), то при подаче сигнала «установка 1» на базу транзистора VТ2 последний открывается, потенциал на его коллекторе понижается, что вызывает запирание транзистора VT1. По окончании переходных процессов триггер оказывается в единичном состоянии. В этом состоянии он будет находится до тех пор, пока не поступит сигнал «установка 0». Таким образом, при поочерёдной подаче сигналов «установка 1» и «установка 0» триггер последовательно переключается из одного состояния в другое.

Приведённая схема это схема асинхронного RS – триггера, т.е. изменение состояния выходов происходит без дополнительного управляющего сигнала – сигнала синхронизации.

Этот триггер называется однотактным, потому что изменение состояний выходов происходит после изменения входных уровней сигналов.

2.3.2. Логическая структура rs – триггера

RS -триггер с прямыми входами.

Логическая структура триггера пред­ставлена на рис. 1,а. Триггер построен на двух логических элементах ИЛИ-НЕ, связанных таким образом, что выход каждого элемента под­ключен к одному из входов другого. Такое соединение элементов в устройстве обеспечивает два устойчивых состояния, в чем легко убе­диться.

Пусть на входах R и S действуют пассивные для элементов ИЛИ-НЕ уровни лог. О, которые не влияют на состояние триггера. В состоянии О триггера на выходе элемента А имеем Q = 0; это значение подается на вход элемента В; при этом на обоих входах элемента В действует уро­вень лог .О, а на его выходе Ō = 1; с выхода элемента В это значение поступает на вход элемента А, что обеспечивает на его выходе Q = 0. Это одно из устойчивых состояний триггера. В состоянии 1 триггера на выходе элемента А имеем Ō = 1, что обусловливает на выходе элемента. В Ō = 0, при этом на обоих входах элемента А действуют уровни лог. О, что обеспечивает на выходе этого элемента уровень лог. 1. Таким образом, в каждом из состояний триггера элементы А и В оказы­ваются в противоположных состояниях.

рис. 1

Переключение триггера из одного устойчивого состояния в другое происходит при подаче активных сигналов на входы.

При R = 1 элемент А устанавливается в состояние, в котором на его выходе Q = О, следовательно, на инверсном выходе Ō = 1, и таким образом, триггер устанавливается в состояние 0. Если триггер до подачи сигнала R = 1 находился в состоянии 0, то его состояние не изменится. Если же триггер находился в состоянии 1, то при R = 1 произойдет переключение элемента А и на его выходе установится Q = 0; это значение подается на вход элемента В, переключает его и на выходе элемента В устанавливается Ō = 1, после чего триггер оказы­вается в состоянии 0.

Таким образом, при переключении триггера из одного состояния в другое его элементы последовательно переключаются и время переклю­чения равно удвоенному среднему времени задержки распространения сигнала в логическом элементе ИЛИ-НЕ: t_n = 2t₃. Очевидно, чем меньше t_п, тем большее число переключений триггера удастся произвести в единицу времени, т.е. будет выше допустимая частота переключений или, иначе говоря, быстродействие триггера.

Процесс установления триггера в состояние 1 при подаче на его вход S = 1 аналогичен описанному.

Одновременная подача активных уровней лог. 1 на оба входа R и S не допускается, так как при этом на обоих выходах установится уровень лог. 0, а после снятия со входов активных логических уровней состояние триггера окажется неопределенным: в силу случайных причин триггер может установиться либо в состояние 0, либо в состояние 1. На рис. 1,6 приведена таблица состояний RS-триггера в форме таблицы Вейча.

RS -триггер с инверсными входами.

Логическая структура триггера приведена на рис. 2,а. Отличие от логической структуры рассмотренного выше RS-триггера с прямыми входами состоит лишь в том, что здесь использованы логические эле­менты И-НЕ

рис. 2

При этом активным логическим уровнем на входах является лог. О, пассивным - лог .1. Для того чтобы активными были, как и в предыду­щем триггере, входные сигналы S = 1 и R = 1, будем считать, что на входы подаются инверсии S и R. Тогда при S = 1 (или R = 1) полученная S = 0 (или R = 0) и на входе триггера будет действовать активный уровень лог. О. Другое удобство такого обозначения входных величин состоит в том, что триггер с инверсными входами описывается той же таблицей состояний (рис. 1,6), что и триггер с прямыми входами.

Рассмотрим устойчивые состояния триггера. Пусть на входах дейст­вуют пассивные уровни S = 0 R = 0 (S= I и R = 1 инверсии). В состоянии О триггера Q = 0 этот уровень передается на вход элемента В и вызывает на его выходе Ō = 1, это значение с выхода элемента В подается на вход элемента А, и так как на обоих входах элемента А уровень лог. 1, то на выходе элемента Q = 0. Аналогично определяется второе устойчивое состояние триггера.

При подаче активного уровня инверсное S = О (S = 1) на выходе элемента А устанавливается Q = 1, на выходе элемента В устанавливается Ō = 0 и триггер оказывается в состоянии 1. При подаче активного уровня инверсное R = О ( R = 1 ) триггер устанавливается в состояние 0. Как и для триггера с прямыми входами, одновременная подача активных логических уров­ней на оба входа не допускается.

На рис. 2 (6) показано условное обозначение RS-триггера с инверс­ными входами.