2.4. Триггеры

Триггер является элементом, который может находиться в одном из двух устойчивых состояний. Одному из этих состояний приписы­вается значение 1, а другому —0. Состояние триггера распознается по его выходному сигналу. Под влиянием входного сигнала триггер скач­кообразно переходит из одного устойчивого состояния в другое, при этом скачкообразно изменяется уровень напряжения его выходного сигнала.

Для удобства использования в схемах вычислительных устройств триггеры обычно имеют два выхода: прямой Q (называется также «вы­ход 1») и инверсный Q («выход О»). В единичном состоянии триггера на выходе Q высокий уровень сигнала, а в нулевом — низкий. На выходе Q наоборот.

В интегральных системах элементов триггер и схема, управляю­щая его входами («входная логика»), выполняются на одной кремние­вой пластине, заключенной в корпус с выводами. При этом на одной пластине (в одном корпусе) может находиться несколько триггеров.

Схемы триггеров можно разделить на несколько типов: с устано­вочными входами — RS-триггер, со счетным входом — Т-триггер, а также D-триггер, JK-триггер и др.

Если хотя бы с одного входа информация в триггер заносится принудительно под воздействием синхронизирующего сигнала, то триггер называется синхронизируемым (синхронным). Если занесение информации в триггер с любого входа производится без синхрони­зирующего сигнала, то триггер называется не синхронизируемым (асинхронным).

Общая форма условного обозначения триггеров показана на рис. 2.6. В основном поле ставится символ Т или символ ТТ для обо­значения соответственно однотактного или двухтактного триггера. До­полнительное поле может быть разделено на две части: асинхронную и синхронную. В первой проставляются символы R и S входов несинхронизируемой установки триггера в 1 и 0, во второй — на местах X₁ и Х₂ символы в соответствии с типом триггера. При этом пользуются следующими обозначениями для входов:

S — вход установки триггера в 1;

R — вход установки триггера в 0;

Т — вход триггера со счетным входом;

D — вход D-триггера;

J — вход для синхронизируемой установки состояния 1 в JK-триггере;

К — вход для синхронизируемой установки состояния 0 в JK-триггере;

С — вход синхронизации.

Рис. 2.6. Условные обозначения интегральных триггеров:

а - синхронизируемый однотактный триггер с дополни­тельными входами Х и R несинхронизируемой установки ; б - синхронизируемый двухтактный триггер с дополнительными входами S и R несинхронизируемой установки

Если вход отмечен кружком, это означает, что действующее значе­ние входного сигнала —0. Например, отсутствие кружка на входе С на рис. 2.6, а указывает на то, что входная информация заносится в триггер при единичном значении синхронизирующего сигнала (действующее значение синхро­низирующего сигнала равно 1); кружок на входе С (рис. 2.6, б) озна­чает, что прием информации происходит при нулевом значении синх­ронизирующего сигнала (действующее значение синхронизирующего сигнала равно 0). Состояние триггера определяется сигналом Q на прямом выходе триггера (или сигналом Q на его инверсном выходе).

Законы функционирования триггеров задаются таблицами перехо­дов с компактной записью, при которой в столбце состояний может быть указано, что новое состояние совпадает с предыдущим либо является его отрицанием.

Асинхронный RS-триггер. Асинхронный (несинхронизируемый) RS-триггер на интегральных элементах ИЛИ — НЕ показан на рис. 2.7. Триггер образован из двух комбинационных схем ИЛИ — НЕ, соеди­ненных таким образом, что возникают положительные обратные свя­зи, •благодаря которым в устойчивом состоянии выходной транзистор одной схемы ИЛИ — НЕ закрыт, а у другой открыт..

Рис. 2.7. Асинхронный RS-триггер на элементах ИЛИ-НЕ:

а — функциональная схема; б — условное обозначение

Таблица переходов, определяющая закон функционирования этого триггера приведена ниже

Таблица 2.1. Таблица переходов асинхронного .RS-триггера на элементах ИЛИ — НЕ ,

R	S	Q	Примечание
0	0	Q	Хранение
0	1	1	Установка 1
1	0	0	Установка 0
1	1	-	Запрещено

При R = 1 и S =0 триггер устанавливается в нулевое состояние Q = 0; при R = О и S = 1 он устанавливается в единичное состояние Q = 1; при R = S = 0 триггер сохраняет состояние, в котором он нахо­дился до момента поступления на его входы нулевых сигналов. При R= S = 1 на прямом и инверсном выходах устанавливается нулевой сигнал. Триггерное кольцо превращается в два независимых инверто­ра, и при переходе к хранению (R = S = 0) триггер может устанавли­ваться в любое состояние. Поэтому такая комбинация входных сигна­лов запрещена.

Функционирование RS-триггера можно описать выражением

Q{t+i)=S(t) v Q{t)R{t), (2.5)

причем S {t) R (t) = 0, a t- момент времени, предшествующий смене состояния.

Синхронизируемый однотактный RS-триггер. На рис. 2.8 приведе­на схема синхронизируемого однотактного RS-триггера на элементах И — НЕ. Здесь элементы 1 и 2 образуют схему входной логики асин­хронного RS-триггера, построенного на элементах 3 и 4. Такие RS-триггеры имеют два информационных входа R и S и вход синхрониза­ции С. Кроме того, триггер может иметь несинхронизируемые входы R и S. В этом случае функционирование триггера осуществляется либо под воздействием несинхронизируемых входов при С = 0, либо под воздействием синхронизируемых входов. В последнем случае яа несинхронизируемых входах должны присутствовать сигналы, которые

не влияют на состояние схемы

.

Рис. 2.8. Синхронизируемый одно-тактный RS-триггер на элементах И-НЕ:

а — функциональная схема; б — условное обозначение

Таблица 2.2 определяет переходы RS-триггера, построенного на элементах И — НЕ, для синхронизируемых входов R и S. Работа в со­ответствии с данной таблицей осуществляется при сигнале несинхронизируемого входа R = 1 и при С = 1.

Таблица 2.2. Таблица переходов синхронизируемого одиотактного RS-триггера на элементах И—НЕ

R	S	Q	Примечание
1	1	Q	Хранение
1	0	1	Установка 1
0	1	0	Установка 0
0	0	-	Запрещено

Входная информация, представленная в парафазном коде, заносит­ся в синхронизируемый однотактный RS-триггер через элементы вход­ной логики 1 и 2 в момент поступления сигнала синхронизации С. В отсутствие сигнала синхронизации триггер может быть установлен в состоянии 0 путем подачи на несинхронизируемый вход R сигнала R=0.

Двухтактный RS-триггер. Устойчивая работа одноактных RS-триггеров в схеме с передачей информации между триггерами возмож­на только в случае, если занесение в триггер информации осуществляется после завершения передачи информации о прежнем его состоянии в другой триггер. Это достаточно просто обеспечивается при использовании двух серий находящихся в противофазе синхросиг­налов.

Рис. 2.9. Двухтактный RS-триггер на элементах И-НЕ:

а — функциональная схема; б — условное обозначение

Такой принцип обмена информацией реализован в двухтактных RS-триггерах.Простейшая схема двухвходового двухтактного RS-триггера пока­зана на рис. 2.9. Она состоит из двух однотактных RS-триггеров и ин­вертора в цепи синхронизации. При поступлении на вход RS-триггера сигнала С = 1 входная информация заносится в первый однотактный RS-триггер, а второй при этом будет хранить информацию, относя­щуюся к предыдущему периоду представления. По окончании действия сигнала синхронизации, когда С = О, а С = 1, первый RS-триггер перей­дет в режим хранения, а второй примет то же состояние, что и первый. В результате к следующему такту на выходе двухтактного RS-триггера появится сигнал нового состояния. Таблица 3.3 задает за­кон функционирования такого двухтактного триггера. Такты t здесь задаются интервалами времени, в которые С = 1. Двухтактный триггер изменяет свои состояния только после окончания действия сигнала синхронизации С = 1 (переход в режим хранения информации). Поэто­му из двухтактных триггеров можно строить произвольные схемы, в том числе подавать сигналы с выхода триггера на его вход.

Для установки триггера в состояние 0 или 1 без использования синхросигналов в схему вводят дополнительные входы R и S несинхронизируемой установки. Связи с этими входами показаны на рис. 3.9, а пунктиром. При подаче 0 на вход R (S) и 1 на вход S (R) оба однотактных триггера устанавливаются в состояние 0(1).

При подаче 1 на оба этих входа работа триггера осуществляется в соответствии с табл. 2.3.

Схема .RS-триггеров составляет основу для построения других триггерных схем, таких, как Т-, D- и JК-триггеры.

Таблица 2.3. Таблица переходов двухтактного RS-триггера на элементах И—НЕ

t		t+1	Прмечание
R	S	Q
0	0	Q(t)	Хранение
1	0	0	Установка 0
0	1	1	Установка 1
1	1	—	Запрещено

Т-триггер. Триггер со счетным входом (Т-триггер) в простейшем случае может быть построен с использованием двухтактного синхро­низируемого RS-триггера. Т-триггер должен реализовать функцию вида

Q(t + 1) = Q(t)T(t) v Q(t)T(t). (2.6)

Простейшая схема несинхронизируемого Т-триггера представлена на рис. 2.10,а. В этой схеме поступление сигнала Т= 1 приводит к за­писи в двухступенчатый RS-триггер состояния, противоположного ра­нее хранимому. При этом, так как триггер двухступенчатый, на его вы­ходе сигнал изменится только по завершению действия сигнала Т = 1, что исключает возникновение генерации в схеме с обратной связью. Можно считать, что в данной схеме единичный входной сигнал

Рис. 2.10. T-триггер:

а—несинхронизируемый T-триггер; б—временная диаграмма работы несин­хронизируемого T-триггера; в — синхронизируемый T-триггер; г — условное обозначение синхронизируемого Т-триггера; д — временная диаграмма работы синхронизируемого Т-триггера

Представляется спадом сигнала Т = 1, так как при любой продолжительно­сти сигнала Т = 1 изменение состояния Т-триггера происходит только один раз - при снятии сигнала Т= 1 (рис. 2.10,6).

При необходимости представлять потенциалом последователь­ность единиц на входе Т-триггера используется синхронизируемая схе­ма (рис.2.10,в, г). Здесь единичный входной сигнал представляется вы­соким уровнем сигнала Т при С = 1. Поэтому высоким уровнем сигнала Г можно представить последовательность 1 (рис. 2.10,д). За­пись в триггер происходит при С = 1, причем смена состояния проис­ходит после окончания действия сигнала синхронизации С==1. При Т= 1 состояние триггера изменяется на противоположное, а при-Г=0 состояние триггера не меняется. Временная диаграмма, поясняющая работу синхронизируемого Г-триггера, показана на рис. 2.10,д).

D-триггер. Одним из самых широко употребляемых триггеров является интегральный D-триггер, который реализует функцию вре­менной задержки. D-триггер имеет только режимы установки 1 и О, В связи с этим несинхронизируемый D-триггер (рис. 2.11, в) не приме­няется, так как его выход будет просто повторять входной сигнал. Синхронизируемый однотактный D-триггер (рис. 2.11,6) задерживает распространение входного сигнала на время паузы между синхросиг­налами (задержка на полпериода). Для задержки на период (на один такт) используется двухтактный D-триггер.

Вариант построения двухтактного D-триггера показан на рис. 2.11, в. Под действием синхросигнала информация, поступающая на выход D, принимается в RS-триггер, но на выходе Q появляется с задержкой на такт:

Q{t+l)=D{t). (2.7)

Рис. 2.11. D-триггер:

a — несинхронизируемый D-триггер; б— синхронизируемый однотактный .D-триг­гер; в — двухтактный D-триггер; г — условное обозначение двухтактного D-триггера; д — временная диаграмма работы двухтактного D-триггера JK-триггер.

Распространенным типом триггера в системах инте­гральных логических элементов является двухтактный JX-триггер, условное обозначение которого показано на рис. 2.12,a.

У рассматриваемого триггера имеются входы несинхронизируе­мой установки R и S, с помощью которых при С = 0 триггер может быть установлен в состояние 1 пу­тем подачи R = 1 и S=0 либо в состояние 0 путем подачи R = 0 и S = 1.

Рис. 2.12. JK-триггер:

а—условное обозначение двухтактного .JK-триггера; б—способы использования JK-триггера; в — схема JK-триггера

При подаче сигналов R == S = 1, не меняющих состояние схемы, работа триггера осуществляется под воздействием синхронизируемых входов. В этом случае функциониро­вание триггера может быть описано табл. 2.4, причем такты t здесь, как и ранее, задаются сигналом С= 1.

Таблица 2.4. Таблица переходов JK-триггера

t		t+1	Примечание
R	S	Q
0	0	Q(t)	Хранение
0	1	0	Установка 0
1	0	1	Установка 1
1	1	Q(t)	Инверсия

Здесь J=J₁J₂J₃ и К=К₁К₂К₃. Входы J и К соответ­ствуют входам установки в 1 ив 0 триггера. Однако в отличие от RS-триггера в JK-триггере сигналы 1 могут одновременно прийти на входы J и К. При этом состояние триггера из­меняется на противоположное, т. е. при J = К схема ведет себя как триггер со счетным входом. Функцию переходов JK-триггера можно представить в ви­де булевой функции: Q(t + 1) =K(t)Q(t) v J(t)Q(t) (2.8) при условии, что RS=1. JK-триггер удобен тем, что при различных вариантах подключения его входов можно получить схемы, функционирую­щие как RS-, D- и Т-триггеры (рис. 2.12,6). Вариант построе­ния схемы JX-триггера дан на рис. 2.12, в.