3. Тригери

Тригери - елементарні автомати, що містять елемент пам'яті і схеми керування ними. На мал. 3.1 показана загальна структура статичних і статично-динамічних,тригерів, де як вихідний елемент пам'яті використовується бістабільний осередок (Б0). Бістабільний осередок є найпростішим типом тригера, що виконує тільки операцію збереження інформації. Переключення БО в той чи інший стан здійснюється сигналами S і R, що надходять з виходів схеми керування. Логічне значення сигналів S і R залежить від комбінації сигналів на зовнішніх керуючих входах X тригера і від стану Б0, що визначається значенням сигналу Q, що надходить з виходу БО по ланцюгу зворотнього зв'язку.

Рис. 3.1. Узагальнена схема тригера

У цифрових пристроях використовується велика кількість різних тригерів, класифікація яких проводиться по різним визначальним ознакам.

По логічному функціонуванню розрізняють тригери типів RS, D, Т, JK, DV,V і ін. Тип тригера визначається по його функції переходів чи таблиці переходів, що вказують значення вихідного сигналу Q^t+1 після переключення тригера (у момент часу t+і) в залежності від значень керуючих сигналів X і вихідного сигналу Q ^t до переключення тригера (у момент часу t). Буквами R і S, J і К, Т, D, а також іншими прийнято позначати керуючі входи (X) тригерів відповідних типів.

По способу запису інформації тригери підрозділяються на асинхронні (що нетактуються) і синхронні (що тактуються).

Стан тригера визначається значенням вихідного сигналу Q. Якщо зміна Q відбувається тільки при надходженні синхронізуючого сигналу на спеціальний вхід синхронізації С, то тригер називається синхронним, Тригери можуть синхронізуватися рівнем фронту синхроімпульсів. Тригери, які синхронізуються фронтом, змінюють свій стан при надходженні на синхронізуючий вхід відповідного фронту (позитивного чи негативного) синхроімпульсу, а потім цей стан зберігається при будь-яких змінах керуючих сигналів Х. Протягом паузи між синхроімпульсами стан тригера зберігається при будь-яких змінах керуючих сигналів.

В асинхронних тригерах відсутній вхід синхронізації. Тому переключення асинхронних тригерів відбувається як тільки на керуючі входи надходить відповідна комбінація керуючих сигналів.

В залежності від тактових сигналів керування розрізняють однотактні та багатотактні тригери.

За принципом побудови тригери підрозділяються на одноступінчасті та двоступінчасті.

3.1 Асинхронні rs-тригери

RS-тригер має два керуючі входи S (set – установлювати) і R (reset – скидати), за допомогою яких виконуються функції установки тригера в стан Q=1 чи Q=0. Роботу тригера можна описати за допомогою таблиці пеерходів (табл.3.1.) При побудові таблиці переходів використовувалися наступні положення, що випливають із принципу роботи тригера:

якщо S=0, R=0, то сатн тригера не змінюється Q^t+1=Q^t;

якщо S=1, R=0, то Q^t+1=1;

якщо S=0, R=1, то Q^t+1=0.

Комбінація вхідних змінних S=R=1 (установка і зкидання одночасно) є забороненою, тому що може привести до невизначеного стану виходу Q: може бути Q=0, а може бути і Q = 1. Щоб уникнути виникнення збоїв у цифрових системах комбінацію R=S=1 виключають, тому вона є нереалізованою Нереалізована комбінація вхідних змінних S=R=1 дає два набори змінних S, R, Q, для яких значення функції Q^t+1 не визначено.

Таблиця 3.1

St	Rt	Qt	Qt=1
0	0	0	0
0	0	1	1
0	1	0	0
0	1	1	0
1	0	0	1
1	0	1	1
1	1	0	-
1	1	1	-

По табл. 3.1 записуємо СДНФ функції переходів тригера

Використовуючи карту Карно, визначаємо МДНФ. Клітники з невизначеностями при цьому заповнюють нулями (мал.3.2,а).

Рис. 3.2. Карти Карно функції переходів Q^t+l при заповненні клітинок з невизначеностями нулями (а) і одиницями (б)

Для спрощення запису індекс t опускають, зберігаючи лише 1М, де важливо відзначити розходження тактів t і t + 1.

На підставі теореми ДеМоргана отримаємо

Отримане рівняння (3.1) просто реалізується на універсальних елементах АБО-HI (мал. 3.3). Табл. 3.2. є скороченою таблицею переходів цього тригера.

Таблиця 3.2

S	R	Qt +1
0	0	Q
0	1	0
1	0	1
1	1	-

Рис. 3.3. Асинхронний RS-тригер на елементах АБО-НІ (а) ійого умовне позначення (б)

У RS-тригерах із прямими входами керуючим впливом володіють одиничні рівні сигналів. Сигнали, що приводять до переключення елемента, називаються активними. Для елементів АБО-НІ, використовуваних для побудови RS-тригера, активним сигналом є рівень 1.

При S = 0 і R = 0 стан тригера не змінюється. При S = 1 і R = 1 стан тригера є невизначеним, і така комбінація вхідних сигналів є неприпустимою Повинна виконуватися умова SR = 0. Якщо в карті Карно (мал. 3.2,б) клітинки з невизначеностями заповнити одиницями, то МДНФ функції переходів у цьому випадку буде мати вид;

Q^t+1=SvRQ. (3.2)

На підставі теореми ДеМоргана отримуємо з виразу (3.3)

(3.3)

Отримане рівняння (3.3) просто реалізується на універсальних елементах І-НІ (мал.3.4).

Рис. 3.4. Асинхронний RS-тригер на елементах І-НІ (а) і його умовне позначення (б);

Табл. 3.3 є скороченою таблицею переходів RS-тригера з інверсними входами.

У RS-тригерах з інверсними входами керуючим впливом володіють нульові рівні сигналів. Ці сигнали є активними сигналами для тригерів, побудованих на елементах І-HI. При S=R=1 тригер зберігає свій стан. Комбінація вхідних сигналів S=R=0 є неприпустимою. Повинна виконуватися умова SR =0. При синтезі складних цифрових пристроїв з елементами пам'яті потрібно визначити комбінацію вхідних сигналів при заданому переході тригера з одного стану в інший, тобто дано Q^t і Q^t+1, а потрібно визначити R^t і S^t. Вирішується ця задача за допомогою матриці переходів (табл. 3.4) (характеристичної таблиці). Табл. 3.4 будується по функції переходів RS-тригера.

Таблиця 3.3 Таблиця 3.4

		Qt+1		Qt Qt+1	R	S
0	0	-		0 0	-	0
0	1	1		0 1	0	1
1	0	0		1 0	1	0
1	1	Q		1 1	0	-

У першому стовбці табл.3.4 записані дворозрядні двійкові числа, перші розряди яких відповідають попередньому стану тригера Q^t, а другі - наступному стану Q^t+1. В інших стовпцях приведені значення вхідних логічних змінних-R і S для кожного переходу тригера. Рискою позначені невизначені значення змінних R і S.

Швидкодія асинхронного RS-тригера визначається затримкою установки його в стан Q або , рівній сумі затримок передачі сигналу через ланцюжок логічних елементів із затримкою t_з.ср. у кожному елементі. У даному випадку

t_з.Т.= t_з.ср.

Причому, для надійного функціонування тригера тривалість імпульсу на його вході t_u повинна бути не менше сумарної затримки переключення обох елементів, що складають тригер, до повного припинення перехідних процесів у них, тобто. t_u ≥2t_р.ср.