Триггеры: общие сведения.
Триггеры — элементарные автоматы, содержащие собственно элемент памяти
(фиксатор) и схему управления. Фиксатор строится на двух инверторах, связанных друг с другом "накрест", так что выход одного соединен с входом другого. Такое соединение дает цепь с двумя устойчивыми состояниями (рис. З.1.).
Если на выходе инвертора 1 имеется логический ноль, то он обеспечивает на выходе инвертора 2 логическую единицу, благодаря которой сам и существует. То же согласование сигналов имеет место и для второго состояния, когда инвертор 1 находится в единице, а инвертор 2 — в нуле. Любое из двух состояний может существовать неограниченно долго.
Чтобы управлять фиксатором, нужно иметь в логических элементах дополнительные входы, превращающие инверторы в элементы И-НЕ либо ИЛИ-НЕ. На входы управления поступают внешние установочные сигналы.
Установочные сигналы показаны на рис. 3.1 штриховыми линиями. Буквой R латинского алфавита (от Reset) обозначен сигнал установки триггера в ноль (сброса), а буквой S (от Set) — сигнал установки в состояние логической единицы (установки). Состояние триггера считывается по значению прямого выхода, обозначаемого как Q. Чаще всего триггер имеет и второй выход с инверсным сигналом Q. Для фиксатора на элементах ИЛИ-НЕ установочным сигналом является единичный, поскольку только он приводит логический элемент в нулевое состояние независимо от сигналов на других входах элемента. Для фиксатора на элементах И-НЕ установочным сигналом является нулевой, как обладающий тем же свойством однозначно задавать состояние элемента независимо от состояний других входов.
Триггер типа RS имеет два входа — установки в единицу (S) и установки в ноль (R).
Триггер типа D (от слова Delay — задержка) имеет один вход. Его состояние повторяет входной сигнал, но с задержкой, определяемой тактовым сигналом.
Триггер типа Т изменяет свое состояние каждый раз при поступлении входного сигнала. Имеет один вход, называется триггером со счетным входом или счетным триггером.
Триггер типа JK универсален, имеет входы установки (J) и сброса (К), подобные входам триггера RS. В отличие от последнего, допускает ситуацию с одновременной подачей сигналов на оба эти входа (J = К = 1). В этом режиме работает как счетный триггер относительно третьего (тактового) входа.
В комбинированных триггерах совмещаются несколько режимов.
По способу записи информации различают асинхронные (нетактируемые) и синхронные (тактируемые) триггеры. В нетактируемых переход в новое состояние вызывается непосредственно изменениями входных информационных сигналов. В тактируемых, имеющих специальный вход, переход происходит только при подаче на этот вход тактовых сигналов.
По способу восприятия тактовых сигналов триггеры делятся на управляемые уровнем и управляемые фронтом. Управление уровнем означает, что при одном уровне тактового сигнала триггер воспринимает входные сигналы и реагирует на них, а при другом не воспринимает и остается в неизменном состоянии.
RS-триггеры.
Триггеры — элементарные автоматы, содержащие собственно элемент памяти
(фиксатор) и схему управления. Фиксатор строится на двух инверторах, связанных друг с другом "накрест", так что выход одного соединен с входом другого. Такое соединение дает цепь с двумя устойчивыми состояниями (рис. З.1.).
Если на выходе инвертора 1 имеется логический ноль, то он обеспечивает на выходе инвертора 2 логическую единицу, благодаря которой сам и существует. То же согласование сигналов имеет место и для второго состояния, когда инвертор 1 находится в единице, а инвертор 2 — в нуле. Любое из двух состояний может существовать неограниченно долго.
Установочные сигналы показаны на рис. 3.1 штриховыми линиями. Буквой R латинского алфавита (от Reset) обозначен сигнал установки триггера в ноль (сброса), а буквой S (от Set) — сигнал установки в состояние логической единицы (установки). Состояние триггера считывается по значению прямого выхода, обозначаемого как Q. Чаще всего триггер имеет и второй выход с инверсным сигналом Q. Для фиксатора на элементах ИЛИ-НЕ установочным сигналом является единичный, поскольку только он приводит логический элемент в нулевое состояние независимо от сигналов на других входах элемента. Для фиксатора на элементах И-НЕ установочным сигналом является нулевой, как обладающий тем же свойством однозначно задавать состояние элемента независимо от состояний других входов.
Триггер типа RS имеет два входа — установки в единицу (S) и установки в ноль (R).
Таблица переключений асинхронного триггера.
Sn |
Rn |
Qn |
Qn+1 |
Pn+1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
X |
X |
1 |
1 |
1 |
X |
X |
Составленная по таблице переключений триггера карта Карно имеет вид:
Sn,Rn,Qn |
0 0 |
0 1 |
1 1 |
1 0 |
0 |
0 |
0 |
X |
1 |
1 |
1 |
0 |
X |
1 |
Столбец карты Карно, соответствующий ситуации Sn,Rn=11, называется столбцом неопределенности. В зависимости от возможных значений логических уровней в этом столбце, получаются различные схемы триггеров.
Т-триггеры.
Т-триггер (триггер со счётным входом) имеется двух типов: асинхронный и синхронный. Этот триггер имеет один информационный вход Т (trigger, toggle).
Каждый последующий сигнал «1» Т-входа меняет состояние триггера (выход) на противоположное. Это означает, что Т-триггер реагирует только на передний фронт сигнала Т. В результате этого частота выходного сигнала уменьшается в 2 раза.
Таблица истинности Т - триггера
Т |
Qt |
Qt+1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0→1 |
0 |
1 |
0→1 |
1 |
0 |
Пример работы Т-триггера. Q(t)
При подаче на Т- вход «0» триггер остаётся в том же состоянии. Т-триггер реализует следующую логическую функцию:
Q(t+1)= noQ(t)T(t) + Q(t) noT(t)
Эта функция соответствует логической функции «Исключающее ИЛИ».
Т-триггеры применяются, в основном, в счётчиках.
Рис. Условное обозначение Т - триггера
Т-триггер можно получить из двухтактного RS-триггера.
D-триггеры.
D-триггер (от английского DELAY) называют информационным триггером, также триггером задержки. D - триггер бывает только синхронным. Он может управляться (переключаться) как уровнем тактирующего импульса, так и его фронтом. Для триггера типа D, состояние в интервале времени между сигналом на входной линии и следующим состоянием триггера формируется проще, чем для любого другого типа.
По синхроимпульсу D-триггер принимает то состояние, которое имеет входная линия, согласно управляющей таблице состояний, приведенной на рис. 3.8, а. На рис. 3.8, б приведены временные диаграммы, поясняющие его работу.
Как следует из управляющей таблицы, D-триггер имеет как минимум две входные линии: одна - для подачи синхроимпульсов; другая- информационных сигналов. Схемное обозначение D - триггера приведено на рис. 3.9.
Для получения характеристической формулы воспользуемся полной таблицей состояния (рис. 3.10).
Для минимизации логического выражения (характеристической формулы триггера) можно воспользоваться картой Карно (рис. 3.11, а).
Из рис. 3.11, а следует, что характеристическое уравнение D-триггера содержит всего одну конъюнкцию, т.е. Q = СD.
Если учитывать, что при отсутствии синхроимпульсов состояние D-триггера не меняется, то можно упростить таблицу состояния, оставив в ней только переменные D и Q. Тогда карта Карно будет выглядеть как на рис. 3.11, б. Сокращенное уравнение D-триггера имеет всего один сигнал – сигнал D.
Это выражение подразумевает наличие сигнала C, т.к. в его отсутствии переключение состояния D-триггера не происходит.
Отметим, что D-триггеры могут переключаться как уровнем синхроимпульса, так и его фронтом. В технической литературе D-триггер, управляемый уровнем синхроимпульса, известен также как триггер-защелка.
Ж-триггеры.
Триггер типа JK универсален, имеет входы установки (J) и сброса (К), подобные входам триггера RS. В отличие от последнего, допускает ситуацию с одновременной подачей сигналов на оба эти входа (J = К = 1). В этом режиме работает как счетный триггер относительно третьего (тактового) входа.
В комбинированных триггерах совмещаются несколько режимов.
Логическое функционирование триггеров описывается способами, принятыми для автоматов вообще: таблицами истинности, картами Карно, характеристическими уравнениями, диаграммами состояний, "словарями" (иной формой диаграмм состояний).
Ниже описывается логика работы наиболее распространенных триггеров Ж и D. Работа триггера RS совпадает с работой триггера JK во всем за исключением наличия запрещенного состояния. Работа триггера Т кратко характеризуется в таблице "словарей", приводимой ниже.
Таблицу истинности триггера JK можно записать в полном (табл. 3.1) или сокращенном виде (табл. 3.2). Через QH обозначено новое состояние триггера (после переключения).
Карта Карно для Ж-тригтера показана на рис. 3.5. Из нее можно получить
характеристическое уравнение триггера QH = JQVQK.
Переведя уравнение в логический базис элементов, на которых строится триггер, получим структурное уравнение триггера, определяющее конфигурацию его схемы.
