Лекция №12 Последовательностные логические устройства (цифровые автоматы): триггеры

План

1. Триггер «типа R-S».

2. Триггер «типа Т» со счетным входом.

3. Триггер «типа D» с управлением по одному коду.

4. «J-K» триггер.

Триггер – электронное устройство, с помощью которого можно записывать, хранить и считывать двоичную информацию. Он имеет два устойчивых состояния: одно – 1, а другое – 0. При этом переход из одного состояния в другое осуществляется максимально быстро, временем переходным процессов на практике принято пренебрегать. Триггер используется как запоминающий элемент, выпускается в виде интегральных схем. Триггеры – это основной элемент для построения различных запоминающих устройств. Их можно использоваться для хранения информации, но объем их память чрезвычайно мал – триггер может хранить биты, отдельные коды или сигналы.

Триггеры способны сохранять свою память только при наличии питающего напряжения. Именно по этому, их принято относить к оперативной памяти. Если выключить питающее напряжение и затем его снова включить, триггер переходит в случайное состояние – он может иметь на выходе, как логический ноль, так и логическую единицу. Именно поэтому, проводя проектирование схем, надо обязательно предусмотреть вопрос приведения триггера в начальное («стартовое») состояние, исход из которого и проводится дальнейший расчет.

В основу построения любого триггера  положена схема, которая состоит из двух логических (И-НЕ или ИЛИ-НЕ), которые охватываются обратной положительной связью. В результате такого подключения схема может пребывать исключительно в одном (из двух возможных) устойчивых состояний. При этом в этом состоянии, если не приходят другие управляющие сигналы, схема может находиться по времени практически без ограничений – пока есть питающее напряжение.

На рисунке 1 ниже приводится пример подобной схемы – триггерной ячейки, созданной на основе 2 элементов И-НЕ.

Рис.1. Пример схемы триггерной ячейки

Как видно, схема имеет 2 инверсных входа: сброс – обозначен на схеме R (сокращение от англ. Reset) и установка – обозначен S (сокращенно от Set), а так же два выхода: прямой, обозначенный Q и инверсный, обозначенный как – Q. Для правильной и стабильной работы триггерной ячейки должно соблюдаться одно правило – на ее входы не могут поступать одновременно отрицательные импульсы. Когда на вход –R поступает импульс при единичном сигнале на входе -S, выход переходит в состояние единицы (1), выход Q - нулевым. По обратной связи сигнал с Q (то есть 0) подается на второй вход в нижнем элементе. Поэтому и при прекращении поступления сигнала на входе  – R (подан 0) состояние сигналов на выходах не изменяется – Q (0) и – Q (1). Итак, что подаче импульсов на вход –R состояние на выходе меняться не будет – схема находится в устойчивом состоянии. Такое же состояние система примет, если на – R подать 1, а на вход – S – 0. В этом случае на выходе Q будет единица, на - Q —  нуль, и вне зависимости от подачи импульсов на входе – S система будет в устойчивом состоянии. 

Если на два входа одновременно подать сигналы, то в течение их действия на каждом выходе будет единичный сигнал. После прекращения подачи входных импульсов выходы произвольно перейдут в любое из двух устойчивых состояний. Аналогично, при включении триггерной ячейки, она случайным образом выберет одно из устойчивых положений.

Таблица истинности для этой триггерной ячейки приведена ниже:

 

Число входов у триггера определяется его структурой и выполняемыми функциями. По тому, как информация записывается в триггер, они делятся на:

• асинхронные – информация записывается непрерывно и зависит от информационных сигналов, которые подаются на вход триггера;

• синхронные – информация записывается только при наличии дополнительного сигнала – синхронизирующего, фактически – открывающего работу триггера

В цифровой схемотехнике используют такие обозначения для входов триггера: 

• S – раздельный вход, устанавливающий триггер в единичное состояние (на Q (прямом выходе) единица);

• R - раздельный вход, устанавливающий триггер в нулевое состояние (на Q (прямом выходе) ноль);

• С – вход синхронизации;

• D – информационный вход (на этот вход подается информация для дальнейшего занесения её в триггер);

• Т - счетный вход.

Исходя из функционального назначения, триггеры классифицируют:

• RS-триггеры

• D-триггеры

• Т-триггеры

• JK-триггер

Классификация триггеров:

1. По способу записи информации.

   1. Асинхронные.

   2. Синхронные.

2. По способу синхронизации.

   1. Синхронные со статическим управлением записи.

   2. Двухступенчатые триггеры с динамическим управлением записью.

3. По способу организации логических связей (по входам).

   1. С раздельными входами «типа R-S».

   2. Со счетным входом «типа Т».

   3. С записью информации по одному входу «типа D».

   4. Универсальные триггеры с раздельными входами «типа J-K».