2.3. Синхронные триггеры

Синхронный одноступенчатый RS-триггер отличается от асин­хронного наличием С-входа для синхронизирующих (тактовых) импульсов. Синхронный триггер состоит из асинхронного RS-триг­гера и двух логических элементов на его входе. Рассмотрим работу триггера, построенного на элементах И–НЕ (рис. 3.3, a).

При С = 0 входные логические элементы 1 и 2 блокированы: их состояния не зависят от сигналов на S- и R-входах и соответст­вуют логической 1, т. е. q1 = q2 = 1. Для асинхронного RS-триггера на элементах И–НЕ такая комбинация входных сигналов являет­ся нейтральной, поэтому триггер находится в режиме хранения за­писанной информации.

При С = 1 входные логические элементы открыты для восприя­тия информационных сигналов и передачи их на входы асинхронно­го RS-триггера. Таким образом, синхронный триггер при наличии разрешающего сигнала на S-входе работает по правилам для асин­хронного триггера.

Временные процессы в триггере при его переключении из нуле­вого состояния в единичное иллюстрируются диаграммами на рис. 3.5, в, на которых обозначено: t1, t2, t3, t4 – задержки пере­ключения соответствующих логических элементов; t' с, t" с – дли­тельности тактовых импульсов и пауз между ними.

Из диаграмм следует, что минимальный период повторения тактовых им­пульсов равен 4tзд.р,ср, а наибольшая частота F = 1/4tзд.р,ср.

Синхронные RS-триггеры строятся и на логических элементах ИЛИ–НЕ (рис. 3.3), И–ИЛИ–НЕ и их сочетаниях.

Синхронный  двухступенчатый RS-триггер  состоит из двух синхронных одноступенчатых RS-триггеров (рис. 3.4), управляемых разными фазами тактового сигнала.

Рис. 3.5. Синхронный RS-триггер: а – на логических элементах И–НЕ; б – условное обозначение; в – временные диаграммы;

г – RS-триггер на логических элементах ИЛИ-НЕ; д – условное обозначение RS-триггера

 

При С = 1 производится запись информации в триггер первой ступени. В это время триггер второй ступени заблокирован нулевым уровнем сигнала и на его С-входе благодаря наличию инвертора, через который тактовый сигнал поступает на вход второй ступени.

При  С = 0 первая ступень блокируется, а вторая открывается.

Информация переписывается из первой ступени во вторую и появляется на выходе триггера. Двухступенчатая структура триггера на его условном обозначении отображается двумя буквами Т.

Минимальный период  и максимальная частота повторения тактовых импульсов равны:Тс = 7tзд.р.ср; F = 1/Тс.

Другой вариант построения двухступенчатых триггеров с запрещающими связями между основной и вспомогательной ступенями приведен на рис. 3.6,б.

В триггере с запрещающими связями во время действия тактового импульса С = 1 информация записывается в основную ступень. Одновременно с выводом первых логических элементов на вход вспомогательной ступени запрещающие сигналы, блокирующие перезапись информации из основной ступени во вспомогательную.

При С = 0 эта блокировка снимается и информация появляется на выходе второй ступени.

 

 

Рис. 3.6. Двухступенчатый RS-триггер: а – с дополнительным инвертором; б – с запрещающими связями

 

2.4. Д-триггеры и Т-триггеры

D-тpиггep имеет один информационный вход (D-вход) и  вход для  синхронизирующего импульса (рис. 3.7). Основное назначение D-триггера – задержка сигнала, поданного на вход. Как и RS-триггер, он может быть построен на различных логических элементах. Видно, что при С = 0 изменение входного сигнала не сказывается на состоянии триггера, и только при С = 1 триггер принимает состояние, определяемое входным сигналом.

Разновидностью D-триггера является DV-триггер, который дополнительно к D-входу имеет управляющий V-вход (на рис. 3.7, а показан пунктирной линией). При V = 1 триггер работает аналогично D-триггеру, а при V = 0 сохраняет исходное состояние независимо от изменения сигнала на D-входе и С-входе.

Широкое применение в практике построения цифровых устройств находят D-триггеры с динамическим управлением (155TM2 564ТМ2). Они реагируют на информационные сигналы только в момент изменения сигнала на С-входе от 0 к 1 (прямой динамический вход) или от 1 к 0 (инверсный динамический вход).

 

 

Рис. 3.7. D-триггер (DV-триггер при наличии V-входа): а – функциональная схема; б – таблица состояний; в – условное обозначение; г – временные диаграммы

 

Функциональная схема D-триггера с прямым динамическим управлением (рис. 3.8) состоит из трех асинхронных RS-триггеров. Два из них, построенные на элементах 1, 2 и 3, 4, называют коммутирующими, а третий – на элементах 5, 6 – выходным. Сигналы на выходах коммутирующих триггеров управляют состоянием выходного триггера.

При сигнале С = 0 на выходах q2 и q3 формируется нейтральная для выходного триггера комбинация, и он находится в режиме хранения. Изменение информационного сигнала в этот период времени вызывает изменение сигналов на выходах q₄ и q₁. Элементы 2, 3 готовы воспринять эти сигналы, как только появится разрешающий сигнал С = 1. В момент его появления изменяются уровни на выходах q2 и q3 и устанавливают выходной триггер в новое состояние, соответствующее информационному сигналу на D-входе в предыдущем такте.

Если изменение информационного сигнала произойдет во время установления состояния выходного триггера, коммутирующие триггеры не пропустят его, поскольку нулевой уровень на выходе элемента 2 блокирует входы элементов 1 и 3. Таким образом, назначение коммутирующих триггеров состоит в приеме информации, передаче ее в выходной триггер в момент перепада сигнала на С-входе от 0 к 1 и осуществлении с этого же момента самоблокировки от воздействия информационного сигнала.

Триггер с динамическим управлением нельзя назвать двухступенчатым в принято м ранее смысле, поскольку в нем нет того двухтактного механизма передачи информации от входов к выходам, который имеет четко выраженный характер в двухступенчатом триггере. Поэтому в условном обозначении для таких триггеров предусмотрена одна буква Т.

D-триггер с динамическим управлением может быть использован в качестве Т-триггера, для этого необходимо информационный вход D соединить с инверсным выходом   (рис. 3.8, г).

Рис. 3.8. D-триггер с динамическим управлением: а – функциональная схема; б – временные диаграммы;  в – условное обозначение; г – преобразование в Т-триггер

 

Т-триггер (триггер со с четным входом Т) – это триггер с одним входом, изменяющий свое состояние с приходом каждого входного импульса.

При реализации Т-триггера на потенциальных логических элементах в основу может быть положен двухступенчатый RS-триггер, поскольку он обеспечивает требуемую для работы Т-триггера задержку в передаче информации от входов к выходам; С-вход выполняет роль Т-входа, а S- и  R-входы необходимо соединить перекрестными обратными связями с выходами триггера (рис. 2.6).

        

 

Рис 3.9 Т-триггер (TV-триггер при наличии V-входа): а – функциональная схема; б – условные обозначения; в – таблица состояний

Разновидностью Т-триггера является ТV-триггер, имеющий дополнительный управляющий вход V (на рис. 3.9, а показан пунктиром). При сигнале V = 1 TV-триггер работает по правилам T-триггера. При сигнале V = 0 триггер сохраняет свое состояние неизменным.

 

2.5. JK-триггеры

JK-триггер имеет два инфор­мационных входа: J и К, а также вход для тактовых импульсов С. Правило работы JК-триг­гера определяется исходя из табл. 3.4

JК-триггер отличается от синхронного RS-триггера тем, что, во-первых, не имеет запрещенных входных комбинаций и, во-вторых, при комбинации J = K = 1 изменяет свое состояние на противоположное, т. е. работает в режиме  Т-триггера. Поскольку JК-триггер обладает свойствами RS- и Т-триггеров, он может быть реализован на  основе синхронного двухступенчатого RS-триггера, с входной логикой  (рис. 3.10). Одна пара S- и R-входов используется для обратных связей, как в т-триггере. S- и R-входы другой пары служат для приема информации и получают обозначение J и К.

Распространенный вариант реализации JК-триггера представлен на рис. 3.11. Нетрудно видеть, что при сигнале С = 1, когда информационные сигналы устанавливают состояние первой ступени, вторая ступень блокирована. При сигнале С = 0, когда первая ступень закрыта для входной информации, вторая ступень, напротив, открывается и воспринимает состояние первой ступени. Примером может служить JК-триггер К155ТВ1, выполненный по рассмотренной схеме.

Таблица 3.4

 

 

Рис. 3.10. JK-триггер	Рис. 3.11. JK-триггер с входной логикой:  а – функциональная схема;  б – условное обозначение

Обычно триггеры имеют один или два установочных входа, которые предназначены для установки триггера в требуемое начальное состояние. Установка осуществляется сигналами, которые поступают, как показано на  рис. 3.11, непосредственно на входы RS-триггеров первой и второй ступеней. Если триггеры построены на элементах И–НЕ, то сигналы должны иметь вид отрицательного импульса напряжения между уровнями 1 и 0. Установочные входы получаются инверсными, что отражено на условном обозначении триггера. При реализации триггера на элементах ИЛИ–НЕ установочные входы будут прямыми и для установки триггера в какое-то состояние необходимо на соответствующий вход на короткое время подать сигнал с единичным уровнем. Причем установка производится независимо от наличия или отсутствия синхронизирующего импульса, т. е. является асинхронной.

Триггеры с установочными входами принято называть комбинированными DRS-RSТ-JКRS-триггерами. Часто встречаются триггеры с входной логикой. Примером может служить JК-триггер на рис. 3.11, a. Он имеет по три конъюнктивно связанных входа J и входа К, т. е. в его структуру встроены логические элементы. Такие триггеры необходимы для построения счетчиков с параллельным переносом. На основе JК-триггера можно с помощью внешних соединений его выводов (рис. 3.12) получить триггеры других видов. В этом смысле JК-триггер называют универсальным. 

Рис. 3.12. Использование JK-триггера в качестве триггеров других видов: а – TV-триггер и Т-триггер (при V = 1); б – D-триггер; в – DV-триггер; г – RS-триггер