8.2. Триггеры Разновидности триггеров

Триггером называется простейший цифровой автомат с памятью, т.е. автомат, имеющий 2 внутренних состояния. Состояние триггера отображается значением его выхода Q (или значений Q и Q#, обычно парафазных). Основное правило его функционирования состоит в том, что триггер должен иметь полную систему выходов и полную систему переходов, т.е. возможность с помощью входных сигналов переводить выход Q из любого состояния в любое: 01, 10, 00, 11. Конкретно зависимость текущего значения Q триггера от входных сигналов и своего прежнего состояния (отображенного в виде Q^–) описывается таблицей переходов (истинности) или/и таблицей возбуждений.

П

Рис. 48

опробуем триггер спроектировать, исходя из структуры, приведенной на рис. 46, упростив ее до состояния, приведенного на рис. 48. Зададимся названиями входов – R от Reset, S от Set – и названием триггера – RS-триггер. Его таблица истинности и таблица возбуждения (завершите самостоятельно) будут иметь вид, приведенный ниже.

Таблица 17 Таблица 18

Из таблицы истинности можно получить карту Карно, а затем провести склеивание минтермов двумя способами, показанными на рис. 20. В качестве эле мента памяти будем использовать задержки переключения логических микросхем.

Из таблицы истинности можно получить карту Карно, а затем провести склеивание минтермов двумя способами, показанными на рис. 49. В качестве элемента памяти будем использовать задержки переключения логических микросхем.

Рис. 49

В ариант склеивания, приведенный справа, показывает, что простейший триггер можно построить, охватив два каскада инвертирующей логики перекрестными обратными связями (рис. 50). Q# обозначен вспо­могательный выход, обычно инверсный относительно Q). Проследите построение схемы, считая исходной точкой выход Q, значение на котором первоначально равно Q^–.

Проверим работу схемы. Подача R = 1 при S = 0 дает Q = 0, Q# = 1. Подача S = 1 при R = 0 дает Q = 1, Q# = 0. Одновременная подача R = 0 и S = 0 дает неизменность состояния системы, а подача R = 1 и S = 1 создает Q# = Q = 0. Это состояние недопустимо потому, что при одновременном снятии R и S нет определенности, в какое состояние перейдет схема.

Л евый вариант склеивания (см. рис. 49) дает Q = = Это означает, что можно построить другой вариант RS-триггера – на логике И-НЕ (рис. 51 + добавьте такую же схему, преобразовав элементы по де Моргану). Его таблицы обучающимся следует составить самостоятельно.

П омимо RS-триггеров, существует множество других типов триггеров, приведем их классификацию (рис. 52).

Рис. 52

На УГО ⁹ все одноступенчатые триггеры обозначаются буквой Т, двух­ступенчатые – ТТ (не обязательно). Заметим, что большинство двухступенчатых триггеров является однотактными, т.е. изменение состояния и вспомогательного (slave) и основного (master) триггеров происходит по одному и тому же изменению сигнала на входе С.

R

Рис. 53

S-триггеры относятся к одноступенчатым, могут быть синхронными, но обычно выполняются асинхронными. Чаще всего они реализуются на элементах дискретной логики (И-НЕ, ИЛИ-НЕ – см. рис. 50, 51), хотя в семейство ТТЛ входит специальная микросхема ТР2 с логикой ИЛИ на S-входах (рис. 53). В качестве асинхронных R-S-триггеров могут использоваться и триггеры других видов, имеющие R- и S- входы. Наибольшее применение эти элементы находят в схемах исключения дребезга электро­меха­нических контактов.

Среди синхронных триггеров, реагирующих на входные воздействия только при наличии некоторого синхросигнала, выделим тактируемые и загружаемые. Для тактируемых синхросигналом служит фронт или срез синхроимпульса C (clock), для загружаемых – активный уровень напряжения на входе L (latch, load) – см. рис. 52. Изображение меток входов элементов с памятью приведено в табл. 19.

Таблица 19

Обозначение указателей выводов синхронизации последовательностных схем

Управление		Наряду с принятым ныне	встречается устаревшее обозначение
Стати­ческое	по высокому уровню
	по низкому уровню
Динамическое	по фронту
	по срезу

Рассмотрим синхронный D-триггер ¹⁰ со статическим управлением (рис. 54).

Таблица 20 D	L	Q–	Q	Q  =	Режим
0	0	0	0	Q­–	Хранение
0	0	1	1
0	1	0	0	D	Ввод
0	1	1	0
1	0	0	0	Q–	Хранение
1	0	1	1
1	1	0	1	D	Ввод
1	1	1	1

Р ис. 54

Вид его таблицы переходов приведен рядом (табл. 20). Состояние Q = D называется прозрачным.

В отличие от него условное графическое обозначение D-триггера с динамическим управлением имеет вид, приведенный на рис. 55. Вид его таблицы переходов приведен рядом.

Таблица 21

D	С	Q–	Q	Q =	Режим
0	0;1	0	0	Q­–	Хранение
0	0;1	1	1
0		0	0	D	Ввод
0		1	0
1	0;1	0	0	Q–	Хранение
1	0;1	1	1
1		0	1	D	Ввод
1		1	1
х		0	0	Q–	Хранение
х		1	1

У данного триггера прозрачный режим отсутствует, обновление хранимых данных происходит путем считывания со входа D по фронту синхросигнала С (существуют и триггеры, тактируемые срезом С). Подчеркнем, что триггеры, чувствительные к фронту С, нечувствительны к срезу (см. последние строки таблицы) и наоборот.

Следует отметить, что во многих микросхемах синхронных триггеров (не только D-типа) дополнительно введены асинхронные входы S# и R#. Эти входы имеют приоритет над синхронными, т.е. в период наличия активного уровня на одном из асинхронных входов управление по синхровходу C не действует. Тем не менее название триггеру дается по типу синхронного входа.

В семействе ТТЛ выпускаются тактируемые однотактные D-триггеры ТМ2, ТМ8, ТМ9. К этой группе триггеров можно отнести также параллельные регистры ИР20 и ИР23, содержащие соответственно по 4 и 8 триггеров и имеющие общие сигналы управления. Сюда же относятся и загружаемые (DL) триггеры ТМ5, ТМ7, ТМ10 и ИР34. Многоразрядные триггеры могут быть помечены на УГО как регистры (RG).

Эти триггеры имеют дополнительные асинхронные входы R# или S# и R#. Асинхронные входы имеют приоритет над синхронными, т.е. в период наличия активного уровня на одном из асинхронных входов управление по L или С не действует.

Н

Рис. 56

апример, для управления оборудованием с приоритетом включения и приоритетом выключения используют схемы, приведенные на рис. 56.

На рис. 57 приведены УГО D-триггеров, существующих в семействе ТТЛ, включая многоразрядные с общим входом загрузки или синхронизации.

Рис. 57. УГО D- (сверху) и DL-триггеров (снизу)

Триггеры типа Т ¹¹ называются также счетными (рис. 58).

Т аблица 22

Их алгоритм работы состоит в переключении в противоположное состояние Q = (Q^–)# по заданному переходу входного сигнала (либо фронту, либо срезу), что ведет к делению на 2 числа входных импульсов или входной частоты. В виде готовых микросхем триггеры этого типа не выпускаются. Однако для деления на 2 можно использовать некоторые виды счетчиков (см. ниже) или триггеров (см. ниже).

Триггеры типа JK ¹² (рис. 59, табл. 23).

Таблица 23

J	K	Q–	Q	Режим
0	0	0 1	Q–	Хранение
0	1	0 1	0	Запись 0
1	0	0 1	1	Запись 1
1	1	0 1	(Q–)#	Т-режим

Рис. 59

Триггеры этого типа называют универсальными, поскольку их можно скоммутировать так, чтобы получить любой другой тип триггера, как описано ниже. В семействе ТТЛ ныне выпускаются следующие JK-триггеры: ТВ6, ТВ9, ТВ10, ТВ11, ТВ14, ТВ15 (рис. 60). Все они относятся к двухступенчатым однотактным (см. рис. 52). Их отличие состоит в полярности синхросигнала и наличии R#- и/или S#-входов.

Как и в других типах триггеров, R- и S-входы приоритетны перед J, K, D и асинхронны.

Следует напомнить также о существовании триггеров Шмитта – элементов с релейной характеристикой (см. выше).