1.1. Назначение и классификация триггеров

Один из этапов синтеза цифровых автоматов с памятью заключается в выборе элементов памяти, определении их количества и характеристик.

Цифровое устройство называется последовательностным, если его выходные сигналы зависят не только от текущих значений входных сигналов как у комбинационных схем, но и от последовательности значений входных сигналов, поступивших на входы в предшествующие моменты времени. Поэтому говорят, что такие функциональные узлы "обладают памятью".

Каждый элемент памяти должен сколь угодно долго находиться в одном из двух состоянии – 0 или 1, иметь возможность изменения этого состояния на противоположное состояние под действием внешнего управляющего сигнала.

Перечисленным требованиям удовлетворяют триггеры. Иными словами, триггер – это схема с запоминанием. Триггеры являются элементарными запоминающими устройствами.

Триггер – это логическая схема с положительной обратной связью, которая может находиться только в одном из двух устойчивых состояний, принимаемых за состояние логического нуля и логической единицы.

Триггеры имеют два устойчивых состояния равновесия и способное скачкообразно переходить из одного состояния в другое под воздействием управляющих сигналов.

К цифровым последовательностным устройствам помимо триггеров относятся счетчики импульсов и регистры.

Триггеры предназначены для запоминания двоичной информации. Использование триггеров позволяет реализовывать устройства оперативной памяти (т. е. памяти, информация в которой хранится только на время вычислений). Они могут использоваться и для построения некоторых цифровых устройств с памятью, таких как счетчики, преобразователи последовательного кода в параллельный или цифровые линии задержки.

Классификация триггеров проводится по признакам логического функционирования и способу записи информации (рисунок 12.1).

По логическому функционированию различают триггеры типов RS, D, T, JК и др. Кроме того, используются комбинированные триггеры, в которых совмещаются одновременно несколько типов (например, триггер типа RST), и триггеры со сложной входной логикой (группами входов, связанных между собой логическими зависимостями).

В общем случае триггер может иметь асинхронные входы предварительной установки, тактовый или синхронизирующий и информационные входы. К основным типам триггеров относятся:

- триггер с раздельной установкой состояний (RS-триггер),

- триггер "защелка" (D - триггер),

- универсальный триггер (JK - триггер),

- триггер со счетным входом (T - триггер).

Триггер типа RS имеет два входа – установки в единицу (S) и установки в нуль (R).

Одновременная подача сигналов установки S и сброса R не допускается (эта комбинация сигналов называется запрещенной).

Рисунок 12.1 – Классификация триггеров используемых

В практической схемотехнике

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. Такой триггер имеет один вход и называется триггером со счетным входом или счетным триггером.

Триггер типа JK универсален, имеет входы установки ( ) и сброса ( ), подобные входам RS-триггера. В отличие от последнего, допускает ситуацию с одновременной подачей сигналов на оба эти входа . В этом режиме работает как счетный триггер относительно третьего (тактового) входа.

В комбинированных триггерах совмещаются несколько режимов. Например, триггер типа RST – счетный триггер, имеющий также входы установки и сброса.

Примером триггера со сложной входной логикой служит JK-триггер с группами входов и , соединенными операцией конъюнкции:

.

По способу приема (записи) информации различают триггеры:

- асинхронные (нетактируемые);

- синхронные (тактируемые) триггеры.

В нетактируемых переход в новое состояние вызывается непосредственно изменениями входных информационных сигналов. В тактируемых триггерах, имеющих специальный вход синхронизации, переход происходит только при подаче на этот вход тактовых сигналов. Тактовые сигналы называют также синхронизирующими, исполнительными, командными и т. д. Обозначаются они буквой (от слова Clock).

На рисунке 12.2 приведено УГО двух интегральных схем триггеров. В основном поле находится символ триггера – буква , в дополнительном левом – обозначение входных сигналов, а в дополнительном правом – выходных. Так как выходные сигналы триггера всегда обозначаются, как и , это дополнительное поле может не изображаться.

Рисунок 12.2 – УГО интегральных микросхем триггеров на схемах

В зависимости от особенности реакции триггера на воздействие входных сигналов различают триггеры по способу управления.

По способу управления триггеры классифицируются на триггеры со статическим управлением (единичным или реже нулевым уровнем тактового сигнала) и триггеры с динамическим управлением (положительным – из 0 в 1, или отрицательным – из 1 в 0 фронтом тактового сигнала). В последнем случае говорят о триггерах с прямым или инверсным динамическим входом управления.

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.

При управлении фронтом разрешение на переключение дается только в момент перепада тактового сигнала (на его фронте или спаде), а именно: положительным – из 0 в 1, или отрицательным – из 1 в 0 фронтом тактового сигнала. В последнем случае говорят о триггерах с прямым или инверсным динамическим входом управления.

В остальное время независимо от уровня тактового сигнала триггер не воспринимает входные сигналы и остается в неизменном состоянии.

Триггеры, управляемые фронтом, называют также триггерами с динамическим управлением.

Динамический вход может быть прямым или инверсным.

Прямое динамическое управление означает разрешение на переключение при изменении тактового сигнала с нулевого значения на единичное, инверсное – при изменении тактового сигнала с единичного значения на нулевое.

По характеру процесса переключения триггеры делятся на одноступенчатые и двухступенчатые. Двухступенчатый триггер обозначается двумя буквами Т.

В одноступенчатом триггере переключение в новое состояние происходит сразу, в двухступенчатом – по этапам. Двухступенчатые триггеры состоят из входной и выходной ступеней. Переход в новое состояние происходит в обеих ступенях поочередно.

В практике проектирования используется термин "триггер-защелка" (Latch). Под этим понимается триггер, который прозрачен при одном уровне тактового сигнала и переходит в режим хранения при другом.