Тема 1.3. Схеми з пам’яттю

Тригери. Класифікація. Схемотехніка тригерних пристроїв.

RS, D,T, JK - тригери.

Лекція 5 Тригери. Класифікація. Схемотехніка тригерних пристроїв. RS, D,T, JK - тригери.

6.1. Тригери (елементарні автомати)

В цифровій обчислювальній техніці для збереження інформації часто використовують тригери.

Тригер – це запам’ятовуючий елемент з двома стійкими станами, зміна яких відбувається під дією вхідних сигналів.

На основі тригерів будують типові функціональні вузли комп’ютерів – регістри, лічильники, запам’ятовуючі пристрої, а також мікропрограмні автомати. Тригер являє собою елементарний автомат Мура і містить запам’ятовуючий елемент (ЗЕ) і схему керування (СК) (Рис. 5.1).

Рис. 5.1. Узагальнена структура тригера

На Рис. 5.1 прийняті такі позначення:

− інформаційні входи;

− тактові входи;

− функції збудження ЗЕ;

− відповідно прямий та інверсний виходи.

Можливі й простіші варіанти тригерних схем, наприклад, тригер може не мати тактових входів і навіть схем керування.

Стан тригера визначається сигналами на прямому та інверсному виходах. При позитивному кодуванні інформації високий рівень напруги на прямому виході відображає значення лог. одиниці (стан ), а низький рівень – значення лог. нуля (стан ). Зміна стану тригера (його перемикання) забезпечується зовнішніми сигналами й сигналами зворотного зв’язку на виході тригера.

Тригери класифікують за різними ознаками: логікою функціонування, способом записування інформації, моментом реакції на тактовий сигнал, кількістю тактів синхронізації, кількістю ступенів та інші.

Функціональна класифікація більш загальна і характеризує стани входів і виходів тригера в моменти часу до його перемикання і після нього. Відповідно до логіки функціонування розрізняють такі тригери:

• з роздільною установкою станів «0» і «1» ( - тригери);

• з одним інформаційним входом ( - тригери);

• з лічильним входом ( - тригери);

• універсальні з роздільною установкою станів «0» і «1» ( =тригери);

• комбіновані ( -, - тригери); із складною вхідною логікою.

На практиці зазвичай застосовується невелика кількість типів тригерів. До них належать тригери.

Класифікація тригерів за способом запису інформації характеризує хід процесу переключення тригера. Відповідно до цієї класифікації тригери розділяють на асинхронні і синхронні. Записування інформації в асинхронні тригери здійснюється безпосередньо з надходженням інформаційних сигналів (такі тригери не мають тактових входів). Синхронні тригери мають тактові входи. У синхронних тригерах записування інформації можливе тільки при збігу сигналів на інформаційних і тактових входах. Якщо число тактових входів дорівнює , то формування нового стану тригера завершується після надходження -го тактового сигналу. В практиці найчастіше використовуються однотактні тригери.

Розрізняють синхронні тригери, керовані рівнем тактового сигналу, і керовані перепадом тактового сигналу (тригери із внутрішньою затримкою).

Тригери першого типу з появою тактового сигналу на вході (тобто за ) перемикаються відповідно до таблиці переходів. В таких тригерів сигнали на виходах можуть змінюватися стільки разів, скільки разів змінюються інформаційні сигнали, тобто сигнали на виходах тригерів можуть неодноразово змінюватися, поки рівень тактового сигналу на вході дорівнює рівневі логічної одиниці.

В тригерах другого типу вихідні сигнали, що відповідають новому станові тригера, з’являються тільки в момент переходу тактового сигналу з 0 в 1 або навпаки. Якщо тригер змінює свій стан при переході тактового сигналу з 0 в 1, то вважають, що тригер спрацьовує по передньому позитивному фронту тактуючого сигналу, а при переході тактового сигналу з 1 в 0 – по задньому негативному фронту.

За кількістю ступенів розрізняють одно - і двоступеневі тригери. Двоступеневі тригери складаються з вхідного і вихідного ступенів. Перехід в новий стан відбувається в обох ступенях по черзі. Один з рівнів тактового сигналу дозволяє прийом інформації у вхідний ступінь при незмінному стані вихідного ступеня. Інший рівень тактового сигналу навпаки дозволяє передачу нового стану з вхідного ступеня в вихідний, а вхідний ступінь зберігає стан, в який він був переведений останньою зміною вхідних інформаційних сигналів (коли прийом в неї був дозволений).

На рис. 5.2 показані процеси, що відбуваються в синхронних (тактових) тригерах. На діаграмах тактових імпульсів відмічено зміст процесів на окремих етапах, під діаграмами дані позначення відповідних типів синхровходів.

Рис.5.2. Тимчасові діаграми, що пояснюють роботу синхровходів різних типів в тригерів, та їх умовні графічні зображення

Як видно з Рис. 5.2, двоступеневий тригер позначається двома буквами ТТ. Двоступеневі тригери часто називають також тригерами типу MS (від англійського Master – Slave, тобто хазяїн - раб). Ця абревіатура відбиває характер роботи тригера: вхідний ступінь виробляє нове значення вихідної змінної Q, а вихідна його копіює.

Динамічні параметри тригерів.

Для тригерів встановлені такі динамічні параметри, які вимірюються на рівні половини амплітуди сигналів (Рис. 5.3):

• мінімальна тривалість імпульсу на тактовому вході;

• мінімальний час попереднього установлення на інформаційному вході ;

• час відновлення (фіксації) – мінімальний час між початком синхросигналу і закінченням інформаційного сигналу ; для асинхронних тригерів − просто тривалість вхідного сигналу;

• час перемикання тригера - часовий інтервал між фронтом вхідного перемикаючого сигналу та фронтом сигналу на виході або (який пізніше набуває нового положення).

Мінімальна тривалість синхросигналу на вході тригера визначається максимальним часом перемикання тригера . У двоступеневому тригері з однотактною синхронізацією час перемикання другого ступеня визначається відносно спаду синхросигналу.

Рис. 5.3. Вимірювання часових параметрів тригерів -типу