4.2.1. Асинхронные и синхронные триггеры.
Независимо от способа организации логических связей триггеры различаются по способу ввода информации и по этому признаку могут быть асинхронными и синхронными.
У асинхронных триггеров имеются только информационные (логические) входы. Асинхронные триггеры отличает свойство срабатывать непосредственно за изменением сигналов на входах, не считая времени задержки в элементах, образующих триггер.
У синхронных триггеров смены сигналов на входах еще недостаточно для срабатывания. Необходим дополнительный командный импульс, который подается на синхронизирующий, или, как его чаще называют, тактирующий, вход. Синхронизирующие (тактирующие) сигналы вырабатываются специальным генератором тактовых импульсов, которые и задают частоту смены информации в дискретные моменты времени - tl,t2,...,tn-1,tn,tn+l. В эти же моменты обновляется информация на выходах триггера, которая поступает на входы последующих устройств. Синхронизация обеспечивает привязку сигналов ко времени и объединяет в общем ритме работу многих узлов аппаратуры.
Основной недостаток асинхронных триггеров, ограничивающий их использование в быстродействующей аппаратуре,— незащищенность перед опасными состязаниями сигналов. Явление состязаний, или, как его еще называют, гонок, состоит в том, что сигналы, поступающие на разные информационные входы триггера, проходят по разным цепям, пройдя различное число элементов. Вследствие задержек распространения между сигналами возможны временные сдвиги, которые будут меняться с колебаниями температуры, и по мере старения, деталей. Состязания сигналов могут оказаться причиной ложных срабатываний триггера. Тактированием этот недостаток удается устранить.
Синхронные триггеры сравнительно с асинхронными обладают также более высокой помехоустойчивостью. Опрокидывание синхронных триггеров происходит только при участии тактовых импульсов, длительность которых гораздо меньше их периода. В остальное время на входные сигналы, равно как и помехи различного происхождения, триггер не реагирует. При асинхронном же управлении опрокидывание может произойти как от полезного сигнала на входе, так и от помехи. Асинхронный триггер по большей части используют в качестве ключей, прерывателей, делителей частоты, асинхронных счетчиков и т.п. В вычислительной и цифровой технике, связанной с обработкой и преобразованием информации, почти везде используются синхронные системы.
4.2.2. Способы управления триггерами.
В зависимости от того, какой параметр входных сигналов используют для записи информации, триггеры подразделяются на три категории: со статическим управлением записью (управляемые по уровню входного сигнала), с динамическим управлением (управляемые по фронту или срезу) и двухступенчатые триггеры.
Для асинхронных триггеров в качестве управляющих служат сигналы на информационных входах. Применительно к синхронным триггерам управляющим сигналом служит тактовый импульс, так как считается, что к его приходу смена сигналов на информационных входах уже завершилась.
Триггер со статическим управлением
срабатывает в момент, когда входной
сигнал достигает порогового уровня
(рис. 4.4,а). Это простейший вид управления.
а) б) в)
Рис. 4.4. Способы управления триггерами
Специфика синхронных триггеров со статическим управлением такова, что в продолжение времени действия тактового импульса смена сигналов на информационных входах вызывает новые срабатывания. Другими словами, синхронные триггеры со статическим управлением при активном состоянии тактового входа ведут себя подобно асинхронным. Во многих случаях это свойство является недостатком, так как может оказаться причиной нарушений в работе.
От этого свободны триггеры с динамическим и двухступенчатым управлением. Триггеры с динамическим управлением в зависимости от схемы исполнения реагируют на перепад напряжения от нуля к единице (активный фронт) либо от единицы к нулю (активный срез управляющего импульса) (рис. 4.4 б, в), т.е. сигналы, поступающие на динамический вход, воспринимаются только в те моменты времени, когда их состояние изменяется определенным образом. Триггеры, управляемые срезом входного сигнала, или, как их еще называют, триггеры с внутренней задержкой, широко применяются на практике. Возможность задержки момента опрокидывания триггера на время, равное длительности тактового импульса, эффективно используется при обработке информации, позволяя производить по фронту тактовых импульсов считывание информации, а по срезу — запись.
В зависимости от комбинации управляющих сигналов Х (рис. 4.3), вызывающих изменение состояния, триггеры подразделяются на несколько функциональных типов. Тип триггера определяется по его таблице состояний, которые указывают значение выходного сигналаQn+1после переключения триггера (в моментtn+1) в зависимости от значений управляющих сигналов Х и выходного сигналаQnдо переключения триггера (в момент времениtn). В микросхемотехнике наиболее часто используются триггерыRS-,JK-,D-типов и некоторые их разновидности. БуквамиRиS,JиK,T,Dи другими принято обозначать управляющие входы (Х) триггеров соответствующих типов.
Таблица состояний Таблица состояний Таблица состояний
RS-триггера JK-триггера D-триггера
|
J |
K |
Qt+1 |
|
0 |
0 |
Qt |
|
0 |
1 |
0 |
|
1 |
0 |
1 |
|
1 |
1 |
|
|
D |
Qt+1 |
|
0 |
0 |
|
1 |
1 |
|
R |
S |
Qt+1 |
|
0 |
0 |
Qt |
|
0 |
1 |
1 |
|
1 |
0 |
0 |
|
1 |
1 |
× |