6. Триггеры
Триггер - это устройство последовательностного типа имеющее два устойчивых состояния равновесия. Из одного устойчивого состояния в другое триггер переключается под действием входных сигналов. При этом напряжение на его выходах изменяется скачкообразно. Эта особенность позволяет использовать триггеры для записи и хранения 1 бита информации (логического 0 или логической 1).
По способу записи
информации триггеры делятся на асинхронные
и синхронные.
В асинхронные триггеры информация
записываться в любой момент времени
под действием информационных сигналов,
действующих на его входах. В синхронные
(тактируемые) триггеры информация с
информационных входов записывается
только в момент действия, так называемого
синхронизирующего сигнала. Записанная
информация появляется на выходах: прямом
Q
и инверсном
.
Состояние триггера определяется по
прямому выходуQ.
В цифровых устройствах наибольшее распространение получили RS-триггер, синхронный D-триггер и счетный Т-триггер.
Асинхронный RS-триггер. RS-триггер имеет два входа: S (от англ. Set – установка) и R (от англ. Reset – сброс). RS-триггеры бывают с прямыми и инверсными входами. RS-триггер с прямыми входами построен на двух логических элементах ИЛИ-НЕ. Его структурная схема и условное графическое обозначение представлены на рисунке 1,а. Для получения такого триггера нужно выход каждого из элементов подключить к одному из входов другого элемента. RS-триггер с инверсными входами построен на двух логических элементах И-НЕ, структура аналогична (рис. 1,б).
Рис. 1
Уровень входного сигнала, однозначно определяющий логический уровень выходного сигнала триггера называется активным уровнем. Для RS-триггера с прямыми входами активным является высокий уровень, а для RS-триггера с инверсными входами – низкий уровень. Уровни сигналов, подача которых на один из входов не приводит к изменению логического уровня на выходе элемента, называют пассивным.
Из рисунка 1,а для триггера с прямыми входами следует:
,
.
При S=1 и R=0 происходит
установка триггера в устойчивое состояние
с Q=1 и
=0
(режим записи логической 1). При S = 0 и R =
1 происходит установка триггера в
устойчивое состояние с Q=0 и
=1
(режим записи логического 0). При S=R=0
триггер сохраняет предыдущее состояние
(режим хранения логической 1 или
логического 0). При S=R=1 логические уровни
на выходах триггера одинаковы Q=
=0.
Такое состояние является неопределенным,
так как после окончания действия входных
сигналов триггер может равновероятно
принять любое из устойчивых состояний.
И поэтому такая комбинация входных
сигналов является запрещенной и в работе
триггера не используется. В исходный
момент времени состояние триггера –
величина случайная.
Из рисунка 1,б для триггера с инверсными входами следует:
,
.
При
=0,
=1
происходит установка триггера в
устойчивое состояние с Q=1 и
=0
(режим записи логической 1). При
=1,
=0
происходит установка триггера в
устойчивое состояние с Q=0 и
=1
(режим записи логического 0). При
=
=1
триггер сохраняет предыдущее
состояние(режим хранения логической 1
или логического 0). Комбинация входных
сигналов
=
=0
является запрещенной.
Основными недостатками RS-триггера являются:
входная информация подается по двум отдельным входам (R, S);
существует запрещенная комбинация входных сигналов;
обладает низкой помехоустойчивостью.
Синхронный RS-триггер строится из четырех логических элементов И-НЕ (рис. 2, а). Переключение триггера из одного устойчивого состояния в другое под действием сигналов на входах S и R происходит только при наличии сигнала высокого уровня на входе С (С=1).
а б Рис. 2
При С=1 элементы
D1
и D2
будут инвертировать информацию
поступающую по входам S
и R.
При С=0 на выходах элементов D1
и D2
будут уровни логической 1, что для
следующего за элементами D1
и D2
асинхронного RS–триггера
с инверсными входами на элементах D3
и D4
задаст режим хранения ранее записанной
информации. При С=1, S=0
и R=0
триггер также будет находится в режиме
хранения информации, так как на выходах
входных элементов D1
и D2
будут уровни логической единицы. При
С=1, S=1
и R=0
произойдет установка триггера в
устойчивое состояние с Q=1 и
=0
(режим записи логической 1). При С=1,S=0
и R=1
произойдет установка триггера в
устойчивое состояние с Q=0 и
=1
(режим записи логического 0). При С=1,S=1
и R=1
логические уровни на выходах триггера
будут одинаковы Q=
=1
– запрещенный режим.
Синхронный D-триггер. D-триггер (от англ. Delay - задержка) имеет информационный вход D (от англ. Data – данные) и вход синхронизации С (от англ. Clock – тактовая последовательность).
Синхронные D-триггеры могут быть с потенциальным (статический D-триггер) и динамическим (динамический D-триггер) управлением. В статический D-триггер информация записывается в течение времени, при котором на входе синхронизации С высокий уровень сигнала (С=1). В динамический D-триггер информация записывается либо при положительном перепаде напряжения от 0 к 1 на входе синхронизации С (по фронту синхронизирующего импульса), либо при отрицательном перепаде напряжения от 1 к 0 (по срезу синхронизирующего импульса). Если триггер срабатывает по фронту синхронизирующего импульса то вход С изображают, как показано на рисунке 3,а, если по срезу – рис. 3,б.
Рис. 3
Статический D-триггер. На рисунке 4 изображены одна из возможных структурных схем статического D-триггера и его условное графическое обозначение.
При низком уровне
сигнала на входе С (C=0) триггер находится
в режиме хранения информации и не
реагирует на сигналы на информационном
входе D. При этом на входы RS-триггера с
инверсными входами (элементы D3 и D4)
поступают пассивные уровни (
=
=1).
При подаче на вход синхронизации сигнала
высокого уровня (С=1) инфоpмация
на пpямом
выходе Q
будет повторять информацию, поступающую
на вход D (режим записи) (рис. 4,в).
Рис. 4
Динамический D-триггер тактируемый фронтом тактового импульса, можно выполнить из двух статических D-триггеров по схеме, показанной на рис. 5,а.
Рис. 5
При С=0 первый триггер повторяет сигнал D, второй триггер находится в режиме хранения и не реагирует на сигналы на его входе D. При переходе к С=1 первый триггер перейдет в режим хранения, записанной в него информации, а второй повторит ее на своем выходе. Таким образом, рассмотренная схема по фронту тактового импульса записывает информацию с входа D и сохраняет его до следующего фронта. Триггеры с динамическим управлением необходимы для построения счетчиков и регистров.
На рисунке 5,б изображены временные диаграммы динамического D-триггера. После записи информация в таком триггере хранится до следующего положительного перепада напряжения на входе синхронизации. Если входная информация не изменяется, то после положительного перепада напряжения на С - входе и выходная информация не изменится.
Счетный Т-триггер
(от
англ. Toggle – переключатель)
имеет один управляющий вход Т и два
выхода Q и
(рис. 6,а). Т-триггер может быть собран на
базе динамического D-триггера, для этого
необходимо его инфоpмационный
вход D соeдинить
с инвеpсным
выхoдом
(рис 6,б). Если в начальный момент времени
на выходе Q
был уровень логического 0, то на входе
D
был уровень логической 1 (т.к.
=1).
По фронту синхроимпульса единица сD-входа
перепишется на выход Q,
на входе
и входеD
появится нулевой уровень. В следующем
такте на выходе Q
появится уровень логического 0 и т.д.
Таким образом триггер будет изменять
свое состояние на противоположное при
каждом положительном перепаде напряжения
на Т-входе.
Из временной диаграммы изображенной на рисунке 6,в видно, что частота сигнaла на выхoде Т-триггера в два раза ниже частоты сигнала на входе. Это позволяет использовать триггер в качестве делителя частоты и двоичного счетчика.
Рис. 6
Контрольные вопросы.
Что называется триггером?
Какие триггеры называются асинхронными, а какие синхронными?
Какие выходы бывают у триггеров, как их обозначают?
Какие входы бывают у триггеров, как их обозначают?
Опишите структуру RS-триггера с прямыми входами.
При каких входных сигналах RS-триггер с прямыми входами будет находится в режиме записи; в режиме хранения; в запрещенном режиме?
Опишите структуру RS-триггера с инверсными входами.
При каких входных сигналах RS-триггер с инверсными входами будет находится в режиме записи; в режиме хранения; в запрещенном режиме?
Почему RS-триггер на элементах ИЛИ-НЕ называется триггером с прямыми входами?
Почему RS-триггер на элементах И-НЕ называется триггером с инверсными входами?
Назовите основные недостатки асинхронного RS-триггера
Опишите устройство и принцип действия синхронного RS-триггера.
Опишите устройство и принцип действия статического D-триггера.
Опишите устройство и принцип действия динамического D-триггера.
Как получить Т-триггер, имея в наличии D-триггер?