7.3 Триггеры на основе логических интегральных микросхем

Триггеры на дискретных компонентах в настоящее время используются сравнительно редко. Они находят применение в нестандартной аппаратуре систем автоматического управления и контроля производственными процессами, в ядерной физике и других областях науки и техники, где требуются повышенные значения напряжений и токов.

Значительно более широкое распространение в импульсной и цифровой технике получили триггерные устройства, выполненные на основе логических интегральных микросхем.

Триггеры на основе логических интегральных микросхем отличаются большим разнообразием типов и схемных решений, определяемых их функциональным назначением и способами записи в них информации.

Функциональное назначение триггеров определяется зависимостью значений на их выходах от значений входных сигналов. Триггеры имеют различные типы входов: R (RESET) – вход установки в состояние 0; S (SET) – вход установки в состояние 1; K – вход установки универсального триггера в состояние 0; J – вход установки универсального триггера в состояние 1; D (DELAY) – информационный вход установки триггера в состояние, соответствующее логическому уровню на этом входе; C – управляющий (синхронизирующий) вход; T – счетный вход.

Наименование триггера определяется типами его входов. Например, RS-триггер – триггер, имеющий входы типов R и S. Практическое применение из множества возможных по функциональному назначению типов триггеров нашли RS-, D-, JK- и T-триггеры. Каждый названный тип триггера характеризует таблица переходов.

Табл. 7.1	Табл. 7.2	Табл. 7.3	Табл. 7.4
S R Q 0 0 Q0 0 1 0 1 0 1 1 1 *	J K Q 0 0 Q0 0 1 0 1 0 1 1 1	D Q 0 0 1 1	T Q 0 Q0 1

Таблица переходов (табл. 7.1) соответствует работе RS-триггера. Здесь Q₀ – текущее состояние триггера (состояние до подачи на вход активного сигнала). При отсутствии на входах R и S активного уровня триггер сохраняет текущее состояние Q₀. Активный сигнал R = 1 устанавливает триггер в состояние 0, а сигнал S = 1 – в состояние 1. Звездочкой в таблице отмечено неопределенное состояние триггера, соответствующее запрещенной комбинации входных сигналов.

Таблица переходов (табл. 7.2) соответствует работе JK-триггера. Этот тип триггера отличается от RS-триггера отсутствием запрещенной комбинации входных сигналов. При J = K = 1 триггер устанавливается в состояние , противоположное текущему состоянию.

Таблица переходов (табл. 7.3) соответствует работе D-триггера. Триггер устанавливается в состояние, соответствующее уровню сигнала на входе D.

Таблица переходов (табл. 7.4) соответствует работе T-триггера. При входном сигнале T = 0 триггер сохраняет текущее состояние Q₀, при входном сигнале T = 1 триггер переключается в состояние , противоположное текущему состоянию.

Рассмотрение способов построения названных типов триггеров целесообразно начать с простейшего RS-триггера, одна из возможных схем которого приведена на рис. 7.7, здесь же представлена УГО (рис. 7.8) и временная диаграмма его работы (рис. 7.9).

Рис. 7.7
Рис. 7.8	Рис. 7.9

Классификация триггеров по способу записи информации характеризует ход процесса переключения триггера. По этому классификационному признаку триггеры подразделяются на асинхронные и синхронные.

Запись информации в асинхронные триггеры осуществляется непосредственно при поступлении сигналов на информационные входы, как в рассмотренном RS-триггере (рис. 7.7). Таким образом, по этому классификационному признаку он относится к асинхронным триггерам.

Синхронные триггеры помимо информационных входов имеют тактирующий или синхронизирующий вход С, и переключение такого триггера в состояние, определяемое сигналами, поданными на информационные входы, происходит только при наличии соответствующего сигнала на входе синхронизации. Схема простейшего синхронного RS-триггера представлена на рис. 7.10, УГО – на рис. 7.11, а временная диаграмма его работы приведена на рис. 7.12.

Рис. 7.10
Рис. 7.11	Рис. 7.12

Иногда желательным может быть наличие лишь одного информационного входа, в зависимости от значений сигнала на котором (0 или 1) триггер устанавливается в соответствующее состояние (0 или 1). Такой триггер называется D-триггером. Схема простейшего синхронного D-триггера представлена на рис. 7.13, УГО – на рис. 7.14, а временная диаграмма его работы приведена на рис. 7.15.

Рис. 7.13
Рис. 7.14	Рис. 7.15

Наличие у RS-триггера запрещенной комбинации входных сигналов и неопределенного состояния привело к появлению JK-триггера, у которого отсутствует этот недостаток. Схема простейшего синхронного двухступенчатого JK-триггера представлена на рис. 7.16, УГО – на рис. 7.17, временная диаграмма его работы приведена на рис. 7.18.

Рис. 7.16
Рис. 7.17	Рис. 7.18

Особенность двухступенчатых триггеров состоит в том, что они содержат две триггерные структуры: одна из них образует ведущий триггер (первая ступень), другая – ведомый (рис. 7.16). Оба триггера функционируют как синхронные триггеры со статическим управлением. При сигнале на входе синхронизации С = 1 ведущий триггер устанавливается в состояние, соответствующее сигналам, поданным на информационные входы. Ведомый триггер (вторая ступень), имеющий инверсный синхронизирующий вход, при этом невосприимчив к информации, поступающей на его входы с выходов ведущего триггера. Он продолжает находиться в состоянии, в которое был установлен в предыдущем тактовом периоде. При изменении сигнала на входе синхронизации с С = 1 на С=0 ведущий триггер перестает реагировать на изменения значений сигналов на информационных входах, а ведомый триггер устанавливается в состояние, в котором находится ведущий триггер. С этого момента на выходах всей триггерной структуры устанавливаются значения, соответствующие сигналам на информационных входах, поступавшим к моменту появления сигнала С = 1 на входе синхронизации.

В зависимости от того, по какому параметру сигнала на входе синхронизации происходит переключение триггера, они подразделяются на триггеры со статическим управлением и триггеры с динамическим управлением. В триггерах со статическим управлением управляющим параметром является уровень на входе С (логическая 1 – прямое статическое управление, логический 0 – инверсное статическое управление), а в триггерах с динамическим управлением – фронт сигнала на входе С (передний или задний). Если триггер переключается по переднему (перепад из 0 в 1) фронту, то он называется триггером с прямым динамическим управлением, а если по заднему (перепад из 1 в 0) – с инверсным динамическим управлением.

Все рассмотренные ранее синхронные триггеры являются триггерами с прямым статическим управлением. Их недостатком является то, что при активном уровне на входе С он превращается в асинхронный, поскольку переключается непосредственно по изменению сигналов на информационных входах. Путем некоторого усложнения их схем они могут быть преобразованы в триггеры с динамическим управлением.

Схема синхронного D-триггера с прямым динамическим управлением приведена на рис. 7.19, а его УГО – на рис. 7.20. Схема синхронного JK-триггера с прямым динамическим управлением приведена на рис. 7.21, а его УГО – на рис. 7.22.

Рис. 7.19	Рис. 7.21
Рис. 7.20	Рис. 7.22

Последним из четырех функционально различных типов триггеров является Т-триггер (или счетный триггер). Этот триггер имеет единственный вход Т. Он изменяет свое состояние на противоположное при подаче каждого сигнала на вход Т. В соответствии с таким определением функций Т-триггер может быть реализован на D-триггерах (рис. 7.23) или JK-триггерах (рис. 7.24).

Рис. 7.23	Рис. 7.24