9

Триггеры

Триггером называется электронное устройство, имеющее два устойчивых состояния. Эти состояния называются единичным и нулевым. В одном из них на выходе триггера присутствует высокий уровень сигнала (логическая 1), в другом – низкий (логический 0). Состояние триггера определяется по значению прямого выхода, обозначаемого как Q. Чаще всего триггер имеет и второй выход с инверсным сигналом Q.

Цифровой автомат, у которого внутреннее состояние совпадает со значением его выходного сигнала, называется элементарным цифровым автоматом. Поэтому триггер является элементарным цифровым автоматом.

Переход триггера из одного состояния в другое происходит под воздействием входных переключающих сигналов. В интервале между переключающими сигналами состояние триггера не меняется, т. е. триггер «запоминает поступление сигнала. Т. о. Триггер – это управляемый элемент памяти (ЭП).

Практически все серии цифровых ИС содержат готовые триггеры, и поэтому задача проектировщика — правильное использование имеющихся триггеров. Отсюда важное значение приобретают классификация триггеров, изучение их параметров и особенностей функционирования.

Классификация триггеров проводится по признакам логического функционирования, способу записи информации и по характеру процесса переключения.

По логическому функционированию различают триггеры RS, D, Т, JK типов.

По способу записи информации различают асинхронные (нетактируемые) и синхронные (тактируемые) триггеры. В нетактируемых переход в новое состояние вызывается непосредственно изменениями входных информационных сигналов. В тактируемых, имеющих специальный тактовый вход, переход в новое состояние происходит только при подаче на этот вход тактовых сигналов. Тактовые сигналы называют также синхронизирующими. Обозначаются они буквой С (от слова Clock).

По способу восприятия тактовых сигналов триггеры делятся на управляемые уровнем и управляемые фронтом. Управление уровнем означает, что при одном уровне тактового сигнала триггер воспринимает входные сигналы и реагирует на них, а при другом не воспринимает и остается в неизменном состоянии. Такое управление называют статическим.

При управлении фронтом разрешение на переключение дается только в момент перепада тактового сигнала (на его фронте или спаде). В остальное время независимо от уровня тактового сигнала триггер не воспринимает входные сигналы и остается в неизменном состоянии. Триггеры, управляемые фронтом, называют также триггерами с динамическим управлением.

Перепад тактового сигнала может быть прямым или инверсным. Управление прямым перепадом означает разрешение на переключение при изменении тактового сигнала с нулевого значения на единичное (фронт), инверсным — при изменении тактового сигнала с единичного значения на нулевое (спад).

На рис. 3.1 показаны процессы, происходящие в синхронных (тактируемых) триггерах. На диаграммах тактовых импульсов отмечено содержание процессов на отдельных этапах, под диаграммами даны обозначения входов для соответствующих триггеров.

По характеру процесса переключения триггеры делятся наодноступенчатые и двухступенчатые триггеры.

В одноступенчатом триггере переключение в новое состояние происходит сразу, а в двухступенчатом — по этапам. Двухступенчатые триггеры состоят из входной и выходной ступеней. Переход в новое состояние происходит в обеих ступенях поочередно. Один из уровней тактового сигнала разрешает прием информации во входную ступень при неизменном состоянии выходной ступени. Другой уровень тактового сигнала разрешает передачу нового состояния из входной ступени в выходную. Двухступенчатые триггеры часто называют также триггерами типа MS (от английского Master-Slave, т. е. хозяин — раб). Эта аббревиатура отражает характер работы триггера: входная ступень вырабатывает новое значение выходной переменной Q, а выходная его копирует.

Триггер может быть выполнен на транзисторах, операционных усилителях или реализован на логических элементах. Далее будут рассмотрены построение триггеров на ЛЭ и их функционирование. Логическое функционирование триггеров описывается способами, принятыми для автоматов вообще: таблицами истинности (таблицами переходов), графами переходов, словарями переходов, картами Карно и характеристическими уравнениями.

Ниже описывается логика работы наиболее распространенных триггеров RS, JK D и T.