Триггеры. Основные понятия, классификация.
Триггер – это устройство с двумя устойчивыми состояниями, содержащее элементарную запоминающую (бистабильную) ячейку (собственно триггер) и схему управления. Схема управления преобразует поступающую информацию в комбинацию сигналов, воздействующих непосредственно на запоминающий элемент.
Обобщенная структура триггера:
Состояние выхода
триггера определяется элементом памяти
(БЯ) – сигналом на его прямом выходе
.
Обычно триггер
имеет и инверсный выход с сигналом
.
Элемент памяти строится обычно на двух
элементах И-НЕ либо ИЛИ-НЕ.
Классификация триггеров может быть произведена по различным признакам:
по логическому функционированию:
и
так далее, комбинированные, со сложной
логикой.
триггер
имеет два входа раздельной установки.
Воздействие по входу
(set-установка) приводит триггер в единичное
состояние
,
воздействие по входу
(reset-сброс) – в состояние
.
Одновременная подача сигналов и не допускается.
Триггер типа
(delay - задержка) принимает информацию по
одному входу. Его состояние повторяет
входной сигнал, но с задержкой, определяемой
тактовым сигналом.
Триггер типа
называется триггером со счетным входом
(или счетным триггером). Он изменяет
свое состояние на противоположное
каждый раз, когда на вход приходит
определенный сигнал.
и
- отличаются от
и
наличием входа
.
При
перестает воспринимать входной сигнал.
-
универсальный триггер.
Комбинированный,
например
- счетный с входами установки в нулевое
или единичное состояние.
По способу записи асинхронные (нетактируемые) и синхронные (тактируемые). В нетактируемых переход в новое состояние вызывается изменением информационных сигналов. В тактируемых такой переход возможен только при подаче на вход специального тактового сигнала синхросигнала
(clock).По способу восприятия тактовых сигналов – управляемые уровнями и управляемые фронтами.
Управление уровнями: триггер при одном уровне воспринимает входные сигналы, при другом – находится в режиме хранения информации.
При управлении фронтами разрешение на переключение триггера дается в момент перепада тактового сигнала (на его фронте или спаде).
Триггеры такого типа называются триггерами с динамическим управлением. Динамический вход может быть прямым или инверсным.
Одноступенчатые и двухступенчатые.
Двухступенчатые состоят из входных и выходных каскадов:
Переключение триггера с динамическим управлением происходит по команде, которой служит фронт тактового сигнала. Спад – на выходе триггера не отражается, сопровождается переключениями элементов схемы, необходимыми для подготовки к следующему переключению.
Повторное срабатывание триггера с динамическим управлением при сохранении неизменного уровня тактового сигнала невозможно: для нового переключения необходимо вернуть тактовый сигнал на исходный уровень и затем сформировать управляющий фронт.
Одноступенчатые триггеры.
Простейший -
с входами нулевой и единичной установок.
и
- состояния новое (после ) и до подачи
входов.
Работает: при
нулевых входах триггер хранит старое
состояние, при
;
- устанавливается в единичное состояние,
при
и
- в нулевое состояние. Комбинация
запрещена.
Функционирование триггера может быть описано как функция старого состояния и входных сигналов.
Q |
R |
S |
QH |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
X |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
X |
- по единицам.
- по нулям.
Уравнение для базиса И-НЕ получаем:
Для базиса ИЛИ-НЕ:
По структурным уравнениям строим схемы:
Триггеры типа реализуют задержку сигнала с помощью тактирования. Момент принятия информации определяется тактовым сигналом .
При
на
входе БЯ действуют единичные сигналы,
память сохраняет свое состояние. При
,
состояние 1 и 2 определяется
,
если
и
,
при
.
получаются добавлением входов параллельно входам тактового сигнала.
Триггеры типа (счетные) изменяют свое состояние на противоположное после каждого воздействия по входу .
Характеристическое уравнение:
Сохраняет неизменное
состояние при
и переключается когда
.
Может быть реализован из или введением обратной связи:
Однако такие структуры не обеспечивают надежной работы, так как запоминающий триггер, входящий в состав счетного, играет двойственную роль. Он служит и источником информации (с него на вход триггера поступает сигнал старого состояния) и ее приемником (переключается в новое состояние). Одновременное выполнение обеих функций невозможно, так как прием новой информации означает ликвидацию старой. При идеальном быстродействии элементов такие структуры были бы вообще неработоспособны. Отмеченное можно проиллюстрировать с помощью диаграммы состояний счетного триггера:
Из состояния 0 под действием сигнала триггер переходит в состояние «1», из которого под действием того же сигнала должен переходить в состояние «0».
Надежные структуры счетных триггеров строятся с использованием двухступенчатости или управления фронтом.
Триггеры типа имеют дополнительный вход , причем при =1 триггер работает обычным образом, при =0 переключения запрещаются.
Универсальные триггеры типа , для них характеристическое уравнение имеет вид:
Как и для счетного триггера одноступенчатая реализация не обеспечивает надежной работы:
Использование
триггера в режимах
и
:
Таблицы переходов рассмотренных триггеров:
RS
tS |
tS+1 |
|
RS |
SS |
QS+1 |
0 |
0 |
QS |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
X |
tS |
tS+1 |
|
JS |
KS |
QS+1 |
0 |
0 |
QS |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
|
D
tS |
tS+1 |
DS |
QS+1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
T
tS |
tS+1 |
TS |
QS+1 |
0 |
QS |
1 |
|