30. Асинхронный rs-триггер на или-не, и-не лог. Элементах.

Триггером называют устройство, имеющее два устойчивых состояния, в каждом из которых триггер может находиться бесконечно долго. Для электронных триггеров это условие справедливо при сохранении непрерывным напряжения питания. Такое устройство является почти идеальным средством кодирования двоичной информации: каждому устойчивому состоянию присваивается значение двоичной цифры (1 или 0). Поэтому в цифровых устройствах триггеры широко используются как элементы памяти для хранения двоичной информации в течение требуемого времени.

Переход триггера из одного устойчивого состояния в другое возможен только под воздействием внешнего (управляющего) сигнала. Переход этот происходит скачком. Таким образом, внешним сигналом можно установить триггер в устойчивое состояние, соответствующее, например, двоичной единице (записать в триггер единицу), и он будет хранить эту единицу до тех пор, пока новым внешним сигналом не будет переведен в другое устойчивое состояние, соответствующее другой двоичной цифре (нулю).

В широком смысле триггер является импульсным пороговым устройством с глубокой положительной обратной связью и может использоваться не только в качестве элемента памяти.

2.3.1. Асинхронный rs-триггер, тактируемый уровнем

Это простейший триггер, схема которого состоит всего из двух ЛЭ. Этот триггер часто называют бистабильной ячейкой БЯ [3]. БЯ всегда входит в состав более сложных триггеров, выходным звеном которых всегда является БЯ. Поэтому входы R, S всегда являются внутренними в триггере, что принято отражать штрихами в обозначениях входов – ,. Асинхронные RS-триггеры могут быть построены на ЛЭ ИЛИ-НЕ, И-НЕ.

Асинхронный RS-триггер на ЛЭ ИЛИ-НЕ. Этот триггер называют дизъюнктивной БЯ (по типу ЛЭ дизъюнктора). Его структурная схема и УГО приведены на рис. 2.3,а, временные диаграммы его работы – на рис. 2.3,б. На диаграммах учтено время переключения ЛЭ (), форма импульса идеализирована. Схема состоит из двух ЛЭ – В1, В2, соединенных перекрестно: выход В1 соединен с одним входом В2, а выход В2 соединен с одним входом В1. Вторые выводы В1 и В2 являются внешними управляющими (информационными) входамиR, S. Триггер имеет два входа – R и S и два выхода – прямой Q и инверсный . Состояние триггера оценивается по состоянию прямого выхода. Если на прямом выходе высокий потенциал (Q = 1), говорят, что триггер находится в единичном состоянии. В это время на инверсном выходе низкий потенциал (= 0). В соответствии с определением инверсного вывода по ГОСТ 2.743-91 низкий потенциал на инверсном выводе соответствует логической 1 (для положительной логики). Активными сигналами на входах ЛЭ, В1 и В2 являются высокие потенциалы (LOG 1).

Работа схемы:

1. Устойчивое состояние (режим хранения) = 0, = 0. По временной диаграмме (рис. 2.3,б) триггер в начальный момент времени находится в нулевом состоянии (Q = 0), что отражено на интервале 1 диаграммы. На входах и выходах триггера поставлены коды, соответствующие временной диаграмме (коды поставлены для трех интервалов – 1, 2, 3). Каждый ЛЭ функционирует по закону ЛЭ ИЛИ-НЕ: низкий потенциал (LOG 0) на обоих входах В1 дает высокий потенциал на выходе (= 1). Эта единица на одном входе и нуль на другом входе элемента В2 дают нуль на его выходе (Q = 0). Внутри триггера нет условий для изменения этого состояния. Следовательно, оно устойчивое.

2. Переключение триггера. При подаче на вход высокого потенциала (LOG 1) и при сохранении LOG 0 на входе (интервал 2 на временной диаграмме и вторые коды на выходах триггера) начнет переключаться ЛЭ В1. Для В2 условия не изменились, и он остался в прежнем состоянии. Через отрезок времени В1 переключится и на его выходе появится 0, а на входах В2 – два нуля (один, внешний, нуль был), и еще через ЛЭ В2 тоже переключится и на его выходе появится единица (Q = 1). На этом заканчивается переходный процесс переключения (опрокидывания) триггера, который продолжался 2. В триггер записалась новая информация – Q = 1, = 0. Это – второе устойчивое состояние (режим хранения), на временной диаграмме – интервал 3. Это переключение соответствует третей строке таблицы состояний (см. табл. 2.1). В этом состоянии нули на обоих входах В2 дают 1 на его выходе. Эта единица на входе В1 дает нуль на выходе В1. Таким образом, это состояние тоже устойчивое. Для нового переключения (сброса в нуль) надо на вход подать высокий потенциал, сохраняя нуль на входе (= 0, =1), что и отражено на интервале 4. Высокий потенциал на входе переключает ЛЭ В2 в течение и на его выходе появляется нуль (Q = 0). Затем два нуля на входах В1 переключают В1 в течение в единичное состояние (= 0). На этом заканчивается сброс в нуль (Q = 0, = 1), который длится тоже 2.

При подаче логических единиц (высоких потенциалов) на оба входа (R = S = 1, интервал 6) триггер распадается на два невзаимодействующих ЛЭ с нулями на выходах (Q = = 0). В этом нет пока еще никакой неопределенности. И если единицы с входов снимать по одной (интервалы 8,9), то неопределенности не появится. Если обе единицы снять одновременно (S = R = 0, интервалы 6,7), то оба ЛЭ начнут переходить в единичное состояние и оба ключа окажутся в активной области, вступит в действие положительная обратная связь. Однако в силу некоторой неидентичности транзисторов и наличия флуктуации в закрытое состояние перейдет один из транзисторов, а другой останется в насыщенном (нулевом) состоянии. Триггер восстановится. Какой из транзисторов закроется, а какой останется в насыщении (в нуле), зависит от многих факторов и однозначно это предсказать нельзя, поэтому после интервала 6 (на интервале 7) диаграммы Q и указаны пунктиром. То есть после одновременного снятия двух единиц со входов триггер может оказаться либо в единичном состоянии, либо в нулевом. В этом и заключается неопределенность. В цифровых устройствах такая неопределенность недопустима, так как неизбежно ведет к нарушению работы устройства, поэтому комбинация сигналов R = S = 1 недопустима (запрещена).

Асинхронный RS-триггер на ЛЭ И-НЕ. Такой триггер часто называют конъюнктивной БЯ. Его структурная схема и УГО приведены на рис. 2.4,а, временные диаграммы работы – на рис. 2.4,б. Особенностью этого триггера является то, что он управляется инверсными сигналами и, это отражено значком инверсии () на выходахS и R на УГО триггера. Активным сигналом на входах этого триггера (S и R) является низкий потенциал (LOG 0). В режиме хранения сигналы на входах имеют высокий потенциал (= 1,= 1), что отражено интервалом 1 на временной диаграмме и кодами на выходах (первые значки кодов).

Работа схемы. Устойчивое состояние на интервале 1 – нулевое (режим хранения нуля): == 1,Q = 0, = 1. Нуль (Q = 0) на одном входе В2 дает 1 на его выходе (= 1). Две единицы на входах В1 дают 0 на его выходе (Q = 0). Состояние устойчивое при == 1.

Переключение триггера (интервал 2 и вторые коды на выходах). При подаче 0 (активного сигнала) на вход происходит переключение этим нулем ЛЭ В1 в единичное состояние (Q = 1) в течение . Затем две единицы (Q = 1, = 1) на входах В2 переключают его в нулевое состояние (= 0) тоже в течение. На этом заканчивается переходный процесс переключения (записи единицы) триггера в другое устойчивое состояние (Q = 1, = 0), продолжающееся 2. Это режим хранения единицы (Q = = 1), он отражен интервалом 3 на временных диаграммах и кодами на выходах триггеров. Переключение нулевым уровнем можно трактовать так: на инверсном входе низкий потенциал Н соответствует единице согласно ГОСТ 2.743-91. Эта единица на входе и устанавливает RS-триггер в единичное состояние, а на входе – в нулевое. Для сброса триггера в нуль (для записи нуля) можно подать низкий уровень (LOG 0) на вход (= 0,= 1), как показано на интервале 4. Коды этого интервала и последующих на выводах триггера не обозначены. Этот нуль переключает В2 в единичное состояние (= 1) в течение. После этого две единицы на входе В1 (= 1,= 1) переключают В1 в нулевое состояние (Q = 0). На этом переходный процесс переключения в нулевое состояние (запись 0), продолжавшийся 2, заканчивается, и начинается режим хранения нуля (интервал 5). Подача двух нулей на входыинедопустима по той же причине, что в триггере на ЛЭ ИЛИ-НЕ недопустима подача двух единиц.

Таблица состояний для конъюнктивной БЯ та же, что и для дизъюнктивной (см. табл. 2.1), если перейти к сигналам и . Однако часто таблица состояний дополняется входными сигналами конъюнктивной БЯ (и), что и отражено в таблице состояний RS-триггера.

Комбинация входных сигналов S = R = 0 должна быть исключена, т.к. она приводит к появлению выходных сигналов Q = Q = 1 (распадение триггера на два самостоятельных логических элемента), что, в свою очередь, при одновременном снятии нулей (интервал 7) с входов S, R приводит к неопределенности состояния триггера точно так же, как в триггере на элементах ИЛИ-НЕ при комбинации входных сигналов = = 1. При неодновременном снятии нулей (интервал 9) неопределенность не возникает.

Максимальное быстродействие асинхронного RS-триггера определяется продолжительностью переходного процесса переключения триггера, которая во всех случаях для асинхронного RS-триггера равна 2. Для надежного переключения триггера минимальная длительность входного импульсадолжна быть не менее 2. Только через= 2можно подавать новый импульс для переключения триггера (на другой вход). Максимальная частота переключения определяется величиной :

= . (2.9)