7. Триггеры. Классификация. Rs-, t-, d-, jk-триггер. Способы приема информации: асинхронн

ый и синхронный. Двухступенчатые триггеры.

Триггером называется устройство, имеющее 2 устойчивых состояния, и сохраняющее любое из них сколь угодно долго, после снятия внешнего напряжения. Поэтому говорят, что триггер обладает памятью. Он способен хранить 1 бит информации: 0 или 1.

Различают асинхронные и синхронные триггеры. Синхронизация осуществляется подачей на специальные входы триггеров прямоугольных тактовых импульсов. Они используются по-разному. В одних случаях тактовые импульсы играют роль разрешающего сигнала, и изменение состояния триггера может произойти в любой момент на протяжении действия тактового импульса.

В других случаях схема триггера строится таким образом, что изменения состояния триггера могут происходить лишь в моменты перехода тактового импульса от 0 к 1 или от 1 к 0. Такие триггеры называются триггерами с динамическим входом синхронизации или динамическим управлением.

Асинхронный RS-триггер

На рис. 2 показана схема RS-триггера на логических элементах ИЛИ-НЕ. Название этого триггера происходит от английских слов: Reset – сброс, Set – установка. RS-триггер имеет 2 сигнальных входа R и S и 2 два сигнальных выхода Q и Q.

Рис.2 Асинхронный RS-триггер на элементах ИЛИ-НЕ:

а –схема; б – условное обозначение

Принцип работы.

Если на входах R и S имеется сигнал 0, т.е. R=S=0, то в этом случае схема может находится сколь угодно долго в одном из двух устойчивых состояний: 1) Q = 1 или 2) Q = 0.

Действительно, пусть Q=0. Тогда на вход элемента ИЛИ-НЕ со входом S подаются сигналы 0 и 0. На выходе этого элемента НЕ(0 ИЛИ 0)=1, т.е. НЕ(Q)=1. Этот сигнал подается на вход элемента ИЛИ-НЕ со входом R. На выходе этого элемента НЕ(1 ИЛИ 0)=0, т.е. Q=0. Таким образом, если R=S=0 и Q=0, то внутреннее устройство триггера поддерживает это состояние.

Рассуждая аналогично, получим: если R=S=0 и Q=1, то внутреннее устройство триггера поддерживает это состояние.

Если S = 1 и R = 0, то Q станет равным 1. Действительно, пусть Q=0. Тогда на вход элемента ИЛИ-НЕ со входом S, подаются сигналы 0 и1. На выходе этого элемента НЕ(0 ИЛИ 1)=0, т.е. НЕ(Q)=0. Этот сигнал подается на вход элемента ИЛИ-НЕ со входом R=0. Тогда на выходе этого элемента НЕ(0 ИЛИ 0)=1, т.е. Q=1. Подача сигнала Q=1 на вход элемента ИЛИ-НЕ со входом S не влияет на выходной сигнал НЕ(Q)=0.

Таким образом, схема переключилась в устойчивое состояние Q=1 и НЕ(Q)=0. Вход S называется установочным, так как подача на него 1 устанавливает Q равным 1.

При S=0, R=1 на выходе установится Q=0 и НЕ(Q)=1. Справедливости этого утверждения можно доказать проведя аналогичные рассуждения.

Подачи сигнала 1 на оба входа избегают и считают ее запрещенной, так как при этом схема находится в неопределенном состоянии. Таблица состояний представлена ниже. Здесь R и S входные сигналы, Q – выходной сигнал.

R	S	Q
0 0 1 1	0 1 0 1	Не изменяется 1 0 Не допускается

RS-триггер можно построить и на логических элементах И-НЕ (рис. 3). В отличие от триггера на элементах ИЛИ-НЕ, триггер на элементах И-НЕ находится в любом из устойчивых состояний, когда на входах R и S одновременно равны лог. 1.

R	S	Q
1 1 0 0	1 0 1 0	Не изменяется 1 0 Не допускается

Когда на входе S=0 и R=1, то на выходе Q=1 и т.д. Как видно, входы RS-триггера на элементах И-НЕ инвертированы по сравнению RS-триггером на элементах ИЛИ-НЕ. Поэтому изменено условное обозначение триггера.

Синхронный RS-триггер

На рис. 4 показана схема синхронного RS-триггера. На вход С подаются синхронизирующие тактовые импульсы. Вследствие двойной инверсии на двух последовательно включенных логических элементах И-НЕ синхронный RS-триггер подобен RS-триггеру на элементах ИЛИ-НЕ с той лишь разницей, что он активен лишь тогда, когда имеются тактовые импульсы.

На рис. 5 приведены временные диаграммы изменения входных сигналов C, R, S и выходного сигнала Q. Как видно, значение выходного сигнала Q может измениться только в моментах времени, когда синхронизирующий сигнал С=1.

Принцип работы

До момента t1 сигналы S=0, R=1 и поэтому триггер находится в нулевом состоянии, т.е. Q=0. В момент времени t1 синхронный сигнал С=1, поскольку S=0, R=1, поэтому схема остается в нулевом состоянии.

Переключение в единичное состояние происходит в момент t2, так как при этом C=1 и S=1, R=0. В момент t3 и t4 схема остается в единичном состоянии, так как сигналы S и R не требуют установления на 0.

Переключение происходит лишь в момент t5, когда происходит тактовый импульс и R=1, S=0. В конце отметим, что обычно взаимодействие отдельных элементов цифровых устройств согласуется по времени с помощью тактовых импульсов.

D-триггер

Схема D-триггера показана на рис. 6. Он состоит из синхронного RS-триггера и инвертора. Триггер управляется единственным сигналом D, подаваемым на единственный информационный вход D. Благодаря инвертору невозможно запрещенное соотношение сигналов на выходах S и R.

Из временных диаграмм видно, что уровни сигнала D и Q совпадают с некоторой задержкой. Сигнал задерживается до прихода очередного тактового сигнала. В название триггера входит начальная буква английского слова delay, означающего задержку.

Двухтактный RS-триггер

Для многих применений необходимо, чтобы триггер изменял свое состояние не во время действия тактового импульса, а только после его окончания. Иначе говоря, необходимо, чтобы информация на выходе появилась только после того, как входы триггера окажутся запертыми.

Одной из таких схем является двухтактный RS-триггер, состоящий из двух триггеров: главного и вспомогательного (рис. 7). Главный триггер называют ведущим (Master), а вспомогательный – ведомым (Slave). Поэтому такие триггеры также называются MS-триггерами.

Триггеры работают поочередно, вследствие того, что тактовые импульсы на вспомогательный триггер подаются через инвертор.

Вспомогательный триггер переписывает информацию с выхода главного триггера по окончании очередного тактового импульса. Это достигается за счет инвертирования синхронизирующего сигнала вспомогательного триггера. Синхронизирующий сигнал вспомогательного триггера равен 1 только тогда, когда синхронизирующий сигнал главного триггера равен 0.

JK-триггер

Название этого триггера исходит от слов: Jump – переключаться; Keep – сохранить состояние. Этот триггер ведет себя как RS-триггер, за исключением, что устранена неопределенность, возникающая в RS-триггере, когда S=R=1. При S=R=1 JK-триггер инвертирует предыдущее состояние.

Получить JK-триггер можно из RS-триггера, состоящего из главного и вспомогательного RS-триггеров. Для этого на входе главного триггера нужно иметь два S и два R входа. Эти входы должны быть соединены через элемент И, т.е. на вход триггера подается сигнал S (R), если на оба входа S (R) подана лог. 1.

Дополнительные входы S и R должны быть соединены крест-накрест с выходными зажимами вспомогательного триггера (рис. 8).

Принцип работы. Убедимся, что при подаче на входы J и K сигналов, разрешенных для RS-триггера, на выходе JK-триггера получаются такие же сигналы. Например, пусть на выходе Q=1, а на вход подаются сигналы J=0; K=1. В этом случае при действии тактового импульса на главном триггере получим Q1=0, и вспомогательный триггер перепишет это состояние по окончании действия тактового импульса.

Аналогично убеждаемся, что и другие сигналы, разрешенные для RS-триггера, дают такой же результат в JK-триггере.

Остается убедиться в том, что комбинация J=K=1 не приводит к неопределенности. Предположим, что до прихода сигналов J и K триггер находился в единичном состоянии, т.е. Q1=1. В этом случае на входах S главного триггера сигналы S не совпадают, что эквивалентно S=0, а на входах R совпадают, что эквивалентно R=1. Следовательно, Q1=0, что и переписывает вспомогательный триггер на выход. Итак, подача J=K=1 при единичном состоянии JK-триггера переводит его в противоположное состояние.

Jn	Kn	Qn+1
0 0 1 1	0 1 0 1	Qn 0 1 Qn

Теперь предположим, что J и K также равны 1, но Q=0. Нетрудно убедиться, что и в данном случае триггер переходит в противоположное состояние. Следовательно, сигналы J=K=1 переводят триггер в противоположное состояние каждый раз после окончания тактового импульса.

Таблица состояний JK-триггера приведена ниже. Здесь Qn и Qn+1 означает состояние триггера до прихода n-го тактового импульса и после окончания n-го тактового импульса.

Т-триггер на базе JK-триггераТриггер, переходящий от действия каждого очередного импульса в противоположное состояние, называют Т-триггером.

видно из схемы, сигнал Т подается на входы J и K. Следовательно, если Т=J=K=1, то на выходе получим противоположный сигнал.

Причем, выходной сигнал изменяет свое состояние на противоположное в момент окончания синхронизирующего импульса. Это вытекает из принципа работы JK-триггера, состоящего из главного и вспомогательного RS-триггеров. В момент окончания импульса активизируется вспомогательный триггер и происходит передача информации от главного к вспомогательному триггеру.