Лекция 34

21.2. Триггеры в интегральном исполнении

Интегральная технология и использование методов алгебры логики позволили создать большое чисто различных триггеров на базе логи­ческих элементов, различающихся структурой цепей управления и режи­мами работы. Триггер состоит из цепей управления и запоминаю­щих устройств и имеет один, два (или более) входа и два выхода. Каждый из входов имеет определенное функциональное назначение, которое отражается в обозначении данного входа (R, S, К, D и т. д.). Цепи управления, в которые поступают входные (информационные) сигналы, преобразуют их в сигналы для запоминания и считывания.

Запоминающие устройства состоят из двух плеч, в каждом из которых одновременно хранятся сколь угодно долго два сигнала, один из которых соответствует логической 1, другой — логическому 0. Выход триггера Q, с которого в исходном состоянии снимается высокий потенциал, обычно называют прямым, другой — инверсным (обозначается ).

В зависимости от выполняемых функций различают триг­геры с раздельным запуском (RС-триггер), со счетным запуском (T-триггер), с элементами задержки или логическими переключающими схемами в цепях управления (D-триггер), универсальные (JK-триггеры), на базе которых могут быть реализованы остальные типы триг­геров.

По способу записи информации все триггеры подразде­ляют на асинхронные, в которых информация записывается непосред­ственно при поступлении входного сигнала, и тактируемые (синхрон­ные), записывающие входную информацию только при поступлении разрешающего тактового импульса.

Названия триггеров составляют из типов входов. Синхронные триг­геры бывают со статическими и динамическими входами. Динамическим называют такой вход, действие поданных уровней сигналов на который прекращается после соответствующего переключения триггера. Рас­смотрим примеры построения некоторых типов триггеров на базе логических элементов либо ИЛИ — НЕ, либо И — НЕ.

RS-триггер. Буквы R и S означают: R —раздельный вход установки в состояние 0, S — раздельный вход установки в состояние 1. Логи­ческие нули и единицы на рисунках обозначены цифрами в кавычках: «0», «1».

Схема асинхронного RS-триггера на двух логических элементах ИЛИ — НЕ показана на рис. 21.8,а, на рис. 21.8,б дано его условное обозначение в схемах. Триггер имеет два прямых входа R и S и два выхода: прямой Q и инверсный . Перекрестная связь выхода каждого элемента ИЛИ — НЕ со входом другого обеспечивает схеме два устой- чивых состояния. Предположим, что на входах R и S действуют уровни логического 0, не влияющие на состояние триггера. Примем для опре- деленности, что на прямом выходе триггера Q имеет место уровень логического 0. Этот сигнал совместно с нулевым уровнем на входе S образуют на инверсном выходетриггера уровень логической 1.

Уровень логической 1, в свою очередь, формирует совместно с 0 на входе R на прямом выходе Q уровень логического 0. Это устойчивое состояние триггера называют нулевым по уровню на прямом выходе.

Переключают триггер подачей на один из входов сигнала логи­ческой 1, при подаче на вход R уровня 1, а на вход S уровня 0 на инверсном выходе устанавливается сигнал = 0, который переводит триггер в состояние 1, соответствующееАналогично происходит переключение триггера и при подаче уровня логической единицы на вход S.

Для RS-триггера существует запретная комбинация входных сигналов. Триггер теряет свойства (его состояние становится неопределенным) при одновременной подаче на входы R и S уровня логической 1. Если отпирающие импульсы действуют одновременно, то триггер оказывается временно в симметричном состоянии, из которого он может выйти равновероятно в любое из двух устойчивых состояний. Таким образом, результат неоднозначный, что недопустимо.

В схеме рис. 21.8, а элементы ИЛИ — НЕ могут быть заменены элементами И — НЕ. Свойства триггера при этом сохраняются, но управление им должно производиться уровнями логического 0. Такой триггер можно рассматривать как RS-триггер с инверсными входами. Более сложные триггеры D-, Т- и JK-типов выполняют на базе одного или двух RS-триггеров с использованием в цепях управления элементов задержки или логических переключающих схем. Наиболь­шее распространение получили триггеры с логическими переклю­чающими схемами в цепях управления, поскольку интегральное испол­нение элементов задержки затруднено.

D-триггер. Схема синхронного D-триггера приведена на рис. 21.9, а, на рис. 21.9,б показано его условное обозначение в схемах. D-триггер имеет один информационный вход D, устанавливающий триггер в состояние, соответствующее логическому уровню на этом входе. Вход С является исполнительным управляющим, он служит для подачи на вход синхронизирующего сигнала. Если триггер сохраняет состояние, установленное ранее. Триггер состоит из асинхронного RS-триггера и логических переключающих устройств на входах (одного элемента НЕ и двух элементов И). На рис. 21.9,в дана таблица истинности, определяющая функционирование триггера.

______________

* Такая запись означает, что «на входе С логический нуль»; запись С = 1 означает, что «на входе С логическая единица».

Из нее видно, что при C=1 триггер устанавливается в состояние, определяемое логическим уровнем на входе D (при анализе состояний логических элементов схем на рис. 21.9 и 21.10 состояния входов и выходов для одного режима отмечены кружком, для другого режима — без кружка).

При на выходах элементов И образуются уровни 0 для входов RS-триггеров. Прии на входе D = 1 уровень 1 будет на входе S RS-триггера, а если на входето уровень 1 окажется на входе RRS-триггера. Следовательно, D-триггер принимает информацию с входа D, когда С = 1, и может ее хранить до тех пор, пока

T-триггер. Буква Т означает, что триггер имеет счетный вход. Структура одной из схем T-триггера и его условное обозначение показаны на рис. 21.10,а,б соответственно. Триггер состоит из двух (А и Б) синхронных RS-триггеров, имеющих синхронизирующие входы С и один счетный вход Т, которым служит синхронизирующий вход С триггера А, а также содержит инвертор (НЕ), через который такто­вый импульс подается на триггер Б. Триггер А называют ведущим, а триггер Б — ведомым.

В Т-триггере осуществлена перекрестная обратная_связь: с выхода Q триггера Б на вход R триггера A и с выхода триггера Б на вход S триггера А. Поступление на вход Т уровня 1 обеспечивает перевод триггера А в состояние, противоположное предыдущему. Если Т = 0 и Q = 0, a= 1, то на выходах триггера А будут такие же уровни, поскольку единичный уровень сигнала на выходе инвертора обеспечи­вает запись сигналов с выхода первого триггера А во второй Б. При этом на входе S триггера А будет 1, а на входе R — 0. Подача сигнала 1 наT отключает триггер Б от А и обеспечивает запись в него сигналов 1 на S и 0 на R.

Изменение входного уровня на Т = 0 приводит к отключению входов триггера А и запись сигналов с его _выходов в триггер Б, который переводится в состояние Q = l,= 0, т. е. в состояние, противоположное предыдущему.

JК-тригтер. Это наиболее универсальный триггер. Структурная схема и условное обозначение одного из вариантов такого триггера показаны на рис. 21.11,a,б. Входы J и К задают состояния: J — триггер устанавливается в состояние 1, К — в состояние 0. Эти входы подобны входам R и S в триггере RS. JK - триггер имеет вход С (исполни­тельный синхронизирующий), поэтому триггер является синхронным, т. е. его выходные уровни устанавливаются только при поступлении такто­вых импульсов С.

Входы R и S связаны с выходами перекрестными связями через две схемы И, на один из входов которых подаются управляющие уровни J и К. В JK-триггере допустимо подавать на входы J и К одинаковые сигналы (в отличие от RS-триггеров). Если на входы J и К поданы сигналы единицы (J = 1 и К = 1), схемы И превращаются в повторители для уровней, поданных на входы 1 и 2. В этом случае JK-триггер работает как T-триггер. При остальных наборах сигналов на входах J т К JK-триггер работает как RS-триггер, причем вход J соответствует входу S, а К — входу R.