6.5. Триггеры

Основные характеристики. Это элементы, которые по выходным сигналам могут находиться в одном из двух устойчивых состояний: 1 и 0.

Под влиянием входного сигнала триггер скачкообразно переходит из одного устойчивого состояния в другое, скачкообразно меняя уровень напряжения выходного сигнала.

В цифровой автоматике используются триггеры с двумя выходами: прямой Q — выход 1, инверсный ¬Q — выход 0.

В единичном состоянии триггера на выходе Q — высокий уровень сигнала, а в нулевом — низкий. На выходе ¬Q — наоборот.

В ИС элементов триггер и схема, управляющая его входами (входная логика), выполняются на одной кремниевой пластине, заключенной в корпус с выводами. В одном корпусе может быть несколько триггеров.

Триггеры делятся на несколько типов: с установочными входами RS-триггер; со счетным входом T-триггер; D — триггер; IK-триггер и др.

Если хотя бы с одного входа информация в триггер заносится принудительно синхронизирующим сигналом, то триггер называется синхронизируемым (синхронным).

Если занесение информации в триггер с любого входа производится без синхронизирующего сигнала, это несинхронизи-руемый (асинхронный триггер).

Общая форма условного обозначения триггеров показана на рис. 6.9.

В основном поле ставится символ Τ или ТТ для обозначения однотактного или двухтактного триггера.

Дополнительное поле может делиться на 2 части: асинхронную и синхронную. В первой проставляются символы R и S входов несинхронизируемой установки триггера в 1 и 0, во второй — на местах Х₁ и Х₂ символы в соответствии с типом триггера. При этом пользуются обозначениями для входов: S — вход установки триггера в 1; R — вход установки триггера в 0; T — вход триггера со счетным входом; D — вход D-триггера; I — вход для синхронизируемой установки состояния 1 в IK-триггере; К — вход для синхронизируемой установки состояния 0 в IK-триггере; С — вход синхронизации.

Если вход отмечен кружком, это значит, что действующее значение входного сигнала — 0. На рис. 6.9, а отсутствие кружка на входе С — действующее значение синхронизирующего сигнала равно 1, на рис. 6.9,б действующее значение синхронизирующего сигнала 0.

Состояние триггера определяется сигналом Q на прямом выходе или сигналом ¬Q на его инверсном выходе.

Законы функционирования триггеров задаются таблицами переходов с компактной записью, причем в столбце состояний может быть указано, что новое состояние совпадает с предыдущим, либо является его отрицанием.

Асинхронный RS-триггер на интегральных элементах ИЛИ — НЕ показан на рис. 6.10. Триггер образован из двух комбинированных схем ИЛИ — НЕ, соединенных таким образом, что возникают положительные обратные связи, благодаря которым в устойчивом состоянии выходной транзистор одной схемы ИЛИ — НЕ закрыт, а другой открыт.

Таблица переходов определяет закон функционирования триггера (табл. 6.1).

Таблица 6.1

R	S	Q	Примечание	R	S	Q	Примечание
0 0	0 1	Q 1	Хранение Установка 1	1 1	0 1	0 -	Установка 0 Запрещено

Функционирование RS-триггера можно описать выражением Q(t+1) = S(t)VQ(t)¬R(t), (6.4)

где S(t)R(t) = 0; t — момент времени, предшествующий смене состояния.

Синхронизируемый однотактный RS-триггер на элементах

И — НЕ. На рис. 6.11 элементы 1 и 2 образуют схему входной логики асинхронного RS-триггера, построенного на элементах 3 и 4. Такие RS-триггеры имеют два информационных входа R и S и вход синхронизации С.

Кроме того, триггер может иметь несинхронизируемые входы R и S. В этом случае функционирование триггера осуществляется либо под воздействием несинхронизируемых входов при С=0, либо под воздействием синхронизируемых входов. В последнем случае на несинхронизируемых входах должны присутствовать сигналы, которые не влияют на состояние схемы.

Таблица 6.2

R	S	Q	Примечание	R	S	Q	Примечание
1 1	1 0	Q 1	Хранение Установка 1	0 0	1 0	0 -	Установка 0 Запрещено

Табл. 6.2 определяет переходы RS-триггера для синхронизируемых входов R и S.

Работа в соответствии с табл. 6.2 осуществляется при сигнале несинхронизируемого входа R=1 и при С=1.

Входная информация в парафазном коде заносится в синхронизируемый RS-триггер через элементы входной логики 1 и 2 в момент поступления сигнала синхронизации С. В отсутствие сигнала синхронизации триггер может быть установлен в состояние 0 путем подачи на несинхронизируемый вход R сигнала R =0.

Двухтактный RS-триггер. Устойчивая работа однотактных RS-триггеров в схеме с передачей информации между триггерами возможна только в случае, если занесение в триггер информации осуществляется после завершения ее передачи о прежнем его состоянии в другой триггер. Это обеспечивается при использовании двух серий находящихся в противофазе синхросигналов. На этом и построены двухтактные RS-триггеры.

На рис. 6.12 схема двухвходового двухтактного RS-триггер а. Она состоит из двух однотактных RS-триггеров и инвертора в цепи синхронизации.

При поступлении на вход RS-триггера сигнала С=1 входная информация заносится в первый однотактный RS-триггер, а второй при этом будет хранить информацию, относящуюся к, предыдущему периоду представления. По окончании действия сигнала синхронизации, когда С=0, а С=1, первый RS-триг-

Рис. 6.9. Схема условного обозначения триггеров

Рис. 6.10. Асинхронный RS-триггер на интегральных элементах ИЛИ —НЕ: а — функциональная схема; б — общий вид

Рис. 6.11. Синхронизируемый однотактный RS-триггер на элементах И—НЕ: а — функциональная схема; б — общий вид

Рис. 6.12. Двухвходовой двухтактный RS-триггер на элементах И—НЕ

гер перейдет в режим хранения, а второй примет то же состояние, что и первый.

В результате к следующему такту на выходе двухтактного RS-триггера появится сигнал нового состояния (табл. 6.3).

Таблица 6.3

t		t+1	Примечание	t		t+1	Примечание
R	s	Q		R	S	Q
0 1	0 0	Q 0	Хранение Установка 0	0 1	1 1	1 -	Установка 1 Запрещено

Такты t здесь задаются интервалами времени, в которые С=1. Двухтактный триггер изменяет свои состояния только после окончания действия сигнала синхронизации С= 1 (переход в режим хранения информации).

Поэтому из двухтактных триггеров можно строить произвольные схемы; в том числе подавать сигналы с выхода триггера на его вход.

Для установки триггера в состояние 0 или 1 без использования синхросигналов в схему вводят дополнительные входы ¬R и ¬S несинхронизируемой установки. Связи с этими входами показаны пунктирами. При подаче 0 на вход ¬R(¬S) и 1 на вход ¬S(¬R) оба однотактных триггера устанавливаются в состояние 0(1). При подаче 1 на оба этих входа работа триггера осуществляется в соответствии с таблицей.

RS-триггеры составляют основу для построения других триг-герных схем: Т, D, IK-триггеров.

Т-триггер (рис. 6.13). Триггер со счетным входом (T-триг-гер) в простейшем случае может быть построен с использованием двухтактного синхронизируемого RS-триггера. T-триггер должен реализовать функцию вида

Q(t + l) = Q(f)¬T(t)V¬Q(t)T(t). (6.5)

На рис. 6.13, α поступление сигнала Т=1 приводит к записи в двухступенчатый RS-триггер состояния, противоположного ранее хранимому. При этом, так как триггер двухступенчатый, на его выходе сигнал изменится только по завершению действия сигнала Т=1, что исключает возникновение генерации в схеме с обратной связью. В этой схеме 6.13, α единичный входной сигнал представляется спадом сигнала T=1, так как при любой продолжительности сигнала Т=1 изменение состояния T-триг-гера происходит только один раз — при снятии сигнала Т= 1 (рис. 6.13, б).

При необходимости представить потенциалом последовательность единиц на входе T-триггера используется синхронизируемая схема (рис. 6.13,в, г). Здесь единичный входной сигнал представляется высоким уровнем сигнала Τ при С=1. Поэтому высоким уровнем сигнала Τ можно представить последовательность 1 (рис. 6.13,д). Запись в триггер происходит при С=1, причем смена состояния происходит после окончания действия сигнала синхронизации С=1. При Т= 1 состояние триггера изменяется на противоположное, а при T = 0 состояние триггера не меняется (временная диаграмма изображена на рис. 6.13,(д).

Рис. 6.13. T-триггер

D-триггер (рис. 6.14). Это широко распространенный интегральный D-триггер, который реализует функцию временной задержки. D-триггер имеет только режимы установки 1 и 0. Поэтому несинхронизируемый D-триггер (рис. 6.14, а) не применяется, так как его выход будет просто повторять входной сигнал. Синхронизируемый однотактный D-триггер (рис. 6.14,б) задерживает распространение входного сигнала на время паузы между синхросигналами (задержка на полпериода). Для задержки на период (на один такт) используется двухтактный D-триггер (рис. 6.14,в). Под действием синхросигнала С поступающая на вход D информация принимается в RS-триггер, но на выходе Q появляется с задержкой на такт

Q(t +1) = D(t).

Выпускаются D-триггеры К155ТМ2 и др.

IK-триггер (двухтактный). Распространен в системах интегральных логических элементов (рис. 6.15,а, б, в). Имеются входы несинхронизируемой установки R и S, при помощи которых при С=0 триггер может быть установлен в состояние 1 путем подачи R=1 и S=0, либо в состояние 0 путем подачи R=0 и S=1. При подаче сигналов R = S=1, не меняющих состояние схемы, работа триггера осуществляется под воздействием синхронизируемых входов. В этом случае работа IK-триггера описана в табл. 6.4, причем такты t здесь, как и ранее, задаются сигналом С= 1.

Таблица 6.4

t		t+1	Примечание	t		t+1	Примечание
I	к	Q		I	К	Q
0 0	0 1	Q 0	Хранение Установка 0	1 1	0 1	1 ¬Q	Установка 1 Инверсия

Здесь I=I₁I₂I₃ и К=К₁К₂К₃. Входы I и К соответствуют входам установки в 1 и в 0 триггера. Однако в отличие от RS-триг-гера в IK-триггере сигналы 1 могут одновременно прийти на входы I и К. При этом состояние триггера изменяется на противоположное, т. е. при I=К схема ведет себя как триггер со счетным входом.

Функцию переходов IK-триггера можно представить в виде булевой функции

Q{t+1) = ¬K(t)Q(t)VI(t)¬Q(t). . (6.6)

При условии RS=1 IK-триггер удобен тем, что при различных вариантах подключения его входов можно получить схемы функ-

Рис. 6.14. D-триггер

Рнс. 6.15. IK-триггеры

ционирующие как RS, D, T-триггеры (рис. 6.15,б). Вариант построения схемы IK-триггера дан на рис. 6.15, в. Выпускаются IK-триггеры К155ТВ1 и др.