5. Послідовні пристрої цифрової техніки.

5.1. Тригер – двостановий запам’ятовувач інформації.

Спільним елементом всіх ПП є запам’ятовувач бінарної інформації. У ЦТ функцію найпростішого (елементарного) запам’ятовувача, що може запам’ятовувати 1біт двійкової інформації (лог. 0 або лог. 1) виконує тригер*. Тригер як двостановий запам’ятовувач інформації характеризується значною функціональною гнучкістю. Поняття “тригер” охоплює безліч пристроїв, які суттєво відрізняються між собою схемним рішенням, функціональними ознаками, способом керування тощо. У цифрових системах радіоелектроніки тригер, крім зберігання інформації, може виконувати також функції перетворювача інформації чи сигналів.

* Тригер – від англ. trigger– курок, спускова схема;інша назваflip-flop.

З точки зору теорії автоматів тригер як елементарний скінченний автомат характеризується такими властивостями:

- число вхідних змінних залежить від типу тригера;

- число внутрішніх станів два (0 або 1), що відповідає одній змінній , (прийнято позначати як );

- число вихідних змінних одне, значення якого збігається із значенням стану ; отже, тригер – це елементарний автомат Мура.

Тому, коли говорять про стан тригера, то розуміють логічний рівень сигналу не його прямому виході (поряд з прямим виходом тригер має ще інверсний вихід ). Якщо стан тригера “1”, це означає, що , якщо “0” відповідно . Стан тригера може змінюватися під дією різних зовнішніх сигналів. Процес переходу тригера з одного (стійкого) стану в інший відбувається стрибкоподібно і називається перемиканням тригера. Перемикання тригера складається з двох складових – із встановлення (інформації) тригера у певний стан (0 або 1) під дією активного вхідного сигналу (або сигналів) та із скидання (інформації), як правило, в стан , що відбувається під дією спеціального сигналу “скид” 1 означає повернення тригера у пасивний (початковий) стан.

5.2. Класифікація тригерів.

Виходячи із загальних принципів побудови ПП, узагальнюючу структуру тригера (або тригерного пристрою) можна зобразити з двох частин – комбінаційної схеми (КС) і елементарного двостанового запам’ятовувача, тобто власне тригера (рис.5.1). КС, на яку надходять ззовні або подаються по колах додатного зворотного зв’язку різні сигнали, виконує функції керування роботою та формування властивостей всієї схеми тригера. Певна комбінація взаємодії цих входів і визначає відмінність функціонування тригера, а отже, і його тип.

Рис. 5.1.

За характером дії вхідних сигналів входи (або сигнали) тригера розрізняють інформаційні (логічні) і керуючі, які залежно від виконуваної ролі можуть бути підготовчі (або дозволяючі) та виконавчі (або тактові, чи синхронізуючі).

На інформаційні входи тригера подають двійкову інформацію , яку він має зафіксувати у вигляді нуля або одиниці. На керуючі входи подаються сигнали, які виконують допоміжну (командну або підготовчу) функцію, а саме з їх допомогою у потрібний момент можна виконати запис чи перезапис та зчитування записаної інформації. Зокрема, на виконавчі входи тригера подаються тактові або синхронізуючі сигнали, які встановлюють у КС момент запису чи зчитування, тобто перемикання тригера. Таким чином, встановлення або скидання тригера здійснюється при певній взаємодії, вхідних сигналів, які саме роблять його активним або пасивним.

Дамо перелік можливих входів умовного тригера за їх функціональним призначенням.

Інформаційні входи:

– входи окремого встановлення (скидання) тригера в стан 0 ( – з англ. Reset– скидати, очищувати; – з англ. Kill – раптово вимикати), у даному випадку iз стану 1 в 0;

– входи окремого встановлення тригера у стан 1 ( – з англ. Set – установлювати; – з англ. Jark – раптово вмикати), в даному випадку із стану 0 в 1;

– вхід встановлення (скидання) тригера у стан 1 або 0 ( – з англ. Delay – затримка);

– вхід перемикання (встановлення 1 і скидання 0 тригера, або лічильний вхід) ( – з англ, Toggle – перекидувати, перевертати).

Керуючі входи:

– входи дозволу запису або зчитування інформації (– з англ. Valve – клапан; – з англ. Enable – дозвіл);

– виконавчий вхід для тактових чи синхронізуючих сигналів (імпульсів) ( – з англ. Clock – годинник).

У інтегральному виконанні тригер – це конструктивно єдиний функціональний вузол, тобто мікросхема, яка може бути виготовлена за певною технологією – ТТЛ, (К)МОН, ЕЗД тощо. З точки зору схемотехніки тригер – це електронна схема, що має два стійких стани (високий або низький рівень), які встановлюються при подачі відповідної комбінації сигналів інформації, на керуючі входи схеми і які після закінчення дії цих сигналів зберігаються протягом заданого часу.

Тип тригера визначається функціональною залежністю між сигналом на виході і сигналами на входах. Ця залежність може бути подана різними способами: аналітично (характеристичним логічним рівнянням), графічно (графом переходів), часовими діаграмами, таблично (таблицями станів).

Класифікувати тригери можна за багатьма ознаками. На рис.5.2 дано класифікацію тригерів за трьома найважливішими ознаками: логікою функціонування; способом запису інформації; типом двостанового запам’ятовувача інформації.

Логіка функціонування тригера, що визначає той чи інший тип тригера, дає значення вихідного сигналу (стану) після перемикання у момент часу і вихідного сигналу (стану) до перемикання тригера у момент часу залежно від значень інформаційних сигналів. У інтегральному виконанні в основному зустрічаються серед одновходових D- i T-тригери, серед двовходових – RS- і JK-тригери, а серед універсальних (комбінованих) – JK(RS)-тригер. Інші типи тригерів, яких досить багато, можуть бути побудовані (синтезовані) у базисі різних ЛЕ.

За способом запису інформації, що характеризує часову діаграму роботи тригера і, отже, визначає хід процесу запису інформації у тригер, розрізняють дві групи тригерів: асинхронні та синхронні (або тактові).

Рис. 5.2

Відмінною особливістю асинхронних тригерів є те, що запис інформації у них здійснюється безпосередньо з надходженням інформаційного сигналу (або сигналів), що подано на інформаційний вхід (або входи) тригера. У синхронного тригера, крім інформаційного, є так званий тактовий (синхронізуючий) вхід для тактових імпульсів, які дають дозвіл на запис інформації. Асинхронні тригери застосовуються у колах керування, а також як складова частина більш складних тригерів. Синхронні тригери реагують на інформаційні сигнали тільки при наявності тактових (синхронізуючих) сигналів. Вони мають найбільше застосування у ЦТ, бо особливість їх роботи забезпечує відсутність таких негативних явиш у колах цифрових сигналів, як “гонки”.

Розрізняють два типи цифрових сигналів, часові параметри яких здатні змінити стан тригера: потенціальні та імпульсні (рис.5.3). Потенціальні сигнали змінюють стан тригера при наявності або відсутності, наприклад, рівня напруги ( або ), імпульси при зміні потенціального сигналу ( тільки при зміні з одиниці на нуль, , навпаки, при зміні з нуля на одиницю, при будь-якій зміні ). Показані на рис.5.3 часові параметри цифрових сигналів абстрактні: фронт, зріз та тривалість цих сигналів (крім ) нескінченно малі.

Рис 5.3

Відповідно до розглянутих типів цифрових сигналів, що застосовуються для активізації (тобто зміни стану) тригерів, розрізняють входи статичні, які керовані потенціальними сигналами, та динамічні, які керовані імпульсними сигналами, тобто перепадами потенціалів (фронтом чи зрізом).

Залежно від типу застосованого двостанового запам’ятовувача інформації тригери поділяють на три класи: статичні, динамічні та статично-динамічні.

Динамічні тригери в основному будуються на МДН-транзисторах. Особливість їх у тому, шо вони являють собою замкнене коло, в якому циркулюють імпульси, якщо тригер знаходиться у стані “1”. На відміну від динамічних тригерів, параметри яких періодично змінюються, у статичних та статично-динамічних тригерах параметри в одному з двох стійких станах (1 або 0) незмінні.

Згідно з ГОСТ 2.743-82 тригери позначають так, як показано на рис.5.4,а,б, де Т – звичайний (одноступеневий), а ТТ – двоступеневий тригер. При цьому -тригер, що на рис. 5.7,а, має статичні входи і , а універсальний двоступеневий JK-тригер, крім багато-входових інформаційних входів і , має динамічний синхронізуючий вхід типу , тобто (для позначення динамічного входу типу застосовують додатний нахил риски).

Рис. 5.4.

Завдяки своїм значним функціональним можливостям тригери належать до найпоширеніших цифрових пристроїв. Крім свого основного призначення – запам’ятовування одного біта двійкової інформації, тригери знаходять широке застосування для перетворення цифрових та імпульсних сигналів у багатьох пристроях радіоелектроніки.