Вопрос 68. Триггеры, классификация и принцип работы.

Триггер представляет собой устройство с двумя устойчивыми состояниями. Устойчивым называется состояние, в котором устройство в отсутствии внешних воздействий может прибывать сколько угодно долго. В общем случае триггер имеет два выхода: прямой и инверсный. Состояние триггера принято определять по значению потенциала на прямом выходе. Если на прямом выходе имеется потенциал равный логической единице, то триггер находится в единичном состоянии (при этом потенциал инверсного выхода равен логическому нулю). В противном случае триггер находится в нулевом состоянии. В основу классификации потенциальных триггеров, в которых имеется связь по постоянному току между входами и выходами, положены два основных признака: функциональный и способ записи информации в триггер.

Триггер обозначают в виде прямоугольника,имеющего основное и доп. Поля. Внутри основного поля пишется Т или ТТ(если двуступенчатый),внутри доп-х записываются буквы, характеризующие входы и выходы триггера.

Функциональная классификация является наиболее общей и представляет собой классификацию триггеров по виду логического уравнения, характеризующего состояния входов и выходов триггера в момент времени до его срабатывания tⁿ и после tⁿ⁺¹. В соответствии с функциональной классификацией различают RS-, D-, T- и JK-триггеры.

(рис.1)

Классификация по способу записи информации  характеризует временную диаграмму работы триггера, т.е. определяет ход процесса записи информации в триггер. По этой классификации триггеры подразделяются на асинхронные и тактируемые. Отличительной особенностью асинхронных триггеров является то, что запись информации в них осуществляется статическим способом, т.е. непосредственно с поступлением информационного сигнала на его вход. Запись информации в тактируемый триггер, имеющий информационные и тактовые входы, осуществляется только при подаче разрешающего или тактирующего импульса. Среди тактируемых триггеров различают триггеры, срабатывающие по уровню (в момент прихода тактирующего сигнала или, что одно и то же, по его переднему фронту), и триггеры с внутренней задержкой, срабатывающие после окончания тактирующего сигнала (по заднему фронту). Такое управление тактируемыми триггерами называется динамическим. Кроме того, тактируемые триггеры подразделяются на однотактные и многотактные в зависимости от числа тактирующих сигналов, необходимых для перевода триггера из одного состояния в другое.

При проектировании устройств с применением триггеров, кроме значения функции, выполняемой триггером, необходимо знать его основные схемотехнические параметры. К таким параметрам относятся как стандартные параметры любой логической микросхемы – это нагрузочная способность, коэффициент объединения по входу, время задержки и т.д., так и индивидуальные:

1.минимальная длительность входного сигнала - определяет минимально допустимую длительность входного сигнала, при которой еще происходит переключение триггера из одного состояния в другое;

2.максимальная частота переключения триггера определяется минимально допустимым временным интервалом между двумя последовательными сигналами минимальной длительности.

Закон функционирования триггера удобно отображать с помощью так называемых таблиц переходов, в которых даются состояния входов и выходов триггера в момент времени до его срабатывания tⁿ и после tⁿ⁺¹, при этом выходное состояние может обозначаться следующим образом:

0 - триггер находится в состоянии Q=0;

1 - триггер находится в состоянии Q=1;

Q - состояние триггера не изменяется при изменении информации на входе;

- состояние триггера изменяется на противоположное при изменении информации на входе;

Х - неопределенное состояние триггера - характеризуется тем, что в процессе действия информационного сигнала на входе

логические уровни выходов триггера одинаковы (  или  ), а после окончания действия информационного сигнала триггер может оказаться в состояние Q=1 или Q=0 с равной вероятностью.

Перейдем к рассмотрению триггеров различных типов:

Триггером RS-типа называется логическое устройство с двумя устойчивыми состояниями, имеющее два информационных входа R и S, такие, что при S=1 и R=0 триггер принимает единичное состояние (Q=1), а при S=0, R=1 - нулевое (Q=0). Вход S называется единичным, а R - нулевым.Комбинация S=1, R=1 является запрещённой,т.к. после неё состояние триггера будет неопределённым (Х) и он может оказаться или в нуле,или в единице. Поэтому необх предусматривать искл-е этой комб-ии. Принцип работы RS-триггера можно задать таблицей переходов, гдеQⁿ – исходное состояние триггера:

tn		tn+1
Rn	Sn	Qn+1
0	0	Qn
0	1	1
1	0	0
1	1	X

Как видно из рис.1 (а,б) соединения логических элементов таковы,что если на выходе одного их них установится потенциал,соответствующий коду 0,то на выходе другого будет потенциал логической единицы.

Для нормальной работы триггера необходимо, чтобы длительность сигналов,действующих на его входах,была больше задержки переключения обоих плеч триггера. Асинхронного RS-триггеры находят ограниченное применение в качестве самостоятельных устройств. Часто входят составной частью в схемы более сложных триггеров. В ряде случаев RS-триг. выпускают в виде самост-х микросхем. Асинхронный RS-триггер можно построить на логических элементах И-НЕ, ИЛИ-НЕ.

а) б) в) (рис.2)

На рис. 2 -структурные схемы асинхронных RS-триггеров на базе элементов ИЛИ-НЕ, И-НЕ и условное обозначение асинхронного RS-триггера с инверсными входами.

В устройствах цифровой обработки находят применение синхронизируемые (тактируемые) RS-триггеры. Эти триггеры, кроме входов установки R и S, имеют вход разрешения записи C. Срабатывание синхронного триггера происходит только при наличии активного сигнала на этом входе. Аналогично,при комбинации S=1 и С=1 триггер установится в состояние Q=1. Комбинация R=S=C=1 явля-ся запрещ-й,т.к. ведет к неопределенности ,как и в ассинхр-м триггере.

Для реализации структурной схемы синхронного RS-триггера необходимо сигналы установки S и R асинхронного триггера стробировать сигналом разрешения C. Сделать это можно, используя логические элементы И, либо И-НЕ. В первом случае стробированные сигналы R и S будут представлены в прямом виде, поэтому их необходимо подавать на схему асинхронного RS-триггера на элементах ИЛИ-НЕ (рис. 3,а). Во втором случае сигналы R и S окажутся проинвертированными. Поэтому в качестве асинхронного следует выбрать триггер на базе элементов И-НЕ (рис. 3,б).

а) б)

Рис.3 - Варианты структурных схем синхронных RS-триггеров.

Часто синхронные триггеры любых типов имеют дополнительные входы асинхронной установки в нуль или единицу.

D-триггер (триггеры задержки) относится к одновходовым триггерам. Асинхронный D-триггер имеет один вход D и прямой и инверсный выходы Q и  . В их состав обычно входят RS-триггеры.Работа асинхронного D-триггера задается таблицей переходов:

tn	tn+1
Dn	Qn+1
0	0
1	1

Соответствующее таблице истинности логическое уравнение имеет вид

. Логическое уравнение показывает, что состояние D-триггера в момент времени tⁿ⁺¹соответствует значению сигнала на D-входе в момент времени tⁿ, т.е. с помощью D-триггера осуществляется задержка входного сигнала. Отсюда второе название асинхронного D-триггера – триггер задержки. Асинхронный D-триггер не имеет практического применения, поскольку его функцию может выполнять схема из последовательного соединения двух инверторов. Наибольший интерес представляет тактируемый (синхронный) D-триггер.

Триггер T-типа является одновходовым устройством с двумя устойчивыми состояниями, изменяющимися каждый раз на противоположные при подаче на информационный вход Т управляющего сигнала. Его часто называют триггером со счетным входом. Его можно выполнить на основе D-триггера.

Характерной его особенностью является то, что частота изменения потенциала на его выходах в два раза меньше частоты сигналов на входе T (рис. 5.8). Это свойство используется при построении двоичных счетчиков. Отсюда второе название T-триггера – счетный триггер.

Рис.4. Диаграммы входного и выходного потенциалов T-триггера.

JK-триггер. JK-триггер относится к двухвходовым устройствам и функционирует по правилам, похожим на правила функционирования RS-триггера. Отличие состоит в том, что в JK-триггере все состояния являются определенными. Можно провести аналогию входов JK- и RS-триггеров: вход K JK-триггера выполняет функцию входа R RS-триггера, а вход J JK-триггера – функцию входа S RS-триггера. При этом, если в RS-триггере комбинация единичных значений входов R и S является запрещенной, то в случае аналогичной комбинации J- и K-входов, JK-триггер меняет свое состояние на противоположное. Триггер JK-типа относится к разряду универсальных, поскольку на его основе можно получить схемы, выполняющие функции RS-, D- и T-триггеров. Для выполнения функции RS-триггера, JK-триггер можно использовать, не вводя никаких дополнительных связей и узлов. Достаточно сигнал S подать на вход J, а сигнал R – на вход K .

В интегральной схемотехнике JK-триггеры обычно выполняются синхронными и двухступенчатыми. В них имеется основной триггер (первая ступень),в которой записывается приходящая информация, и вспомогательный (вторая ступень),в который переписывается информация из основного триггера.