5.2. Триггеры

Триггер – это элементарный цифровой автомат, имеющий два устойчивых состояния равновесия (0 и 1).

Под воздействием входного сигнала триггер скачкообразно изменяет свой выходной сигнал, переходя из одного устойчивого состояния равновесия в другое. На рис. 5.1а приведена функциональная схема триггера, а на рис. 5.1б – его условное обозначении.

R

Q

S Q

R

S

а) б)

Рис. 5.1 Функциональная и логическая схема RS – триггера

В представленном триггере имеются два информационных входа R и S и два выхода прямой Q и инверсный . Состояние триггера оценивается по уровню сигнала на прямом его выходе Q. Вход R предназначен для установки 0, а вход S – для установки 1 на прямом выходе триггера Q .

Триггер реализован на основе двух логических элементов ИЛИ – НЕ. Выход одного элемента соединен с входом другого и наоборот. Такое перекрестное соединение обеспечивает устойчивое состояние триггера, которое можно изменять только путем подачи сигнала 1 на вход R или S. Особенность работы триггера характеризуется таблицей состояния 5.2, приведенной ниже.

Табл.5.2 Таблица состояния RS – триггера

Вход S	Вход R	Выход Q	Инверсный выход	Действие
1	0	1	0	Установка 1
0	1	0	1	Установка 0
0	0	Последнее состояние		Хранение информации
1	1	З а п р е щ е н о

При одновременной подаче сигналов 1 на входы R и S триггер «рассыпается» на два элемента ИЛИ – НЕ и перестает быть триггером как таковым, то есть единым, взаимоблокирующимся устройством. Такой режим в работе триггера недопустим и должен быть исключен.

По функциональным особенностям различают схемы триггеров, обозначаемые как: RS – триггеры,

Т – триггеры,

D – триггеры,

JK – триггеры.

По характеру формирования входного сигнала триггеры бывают

• асинхронные,

• синхронизируемые.

У асинхронных триггеров отсутствуют какие–либо ограничения на изменение состояния триггера путем подачи на один R или другой S вход сигнала 1. Примером асинхронного триггера является триггер, приведенный на рис. 5.1. Этот триггер относится к группе RS – триггеров. У него имеется два независимых входа R и S, при подаче на какой–либо из них сигнала 1 можно изменять состояние триггера. Он относится к разновидности асинхронных триггеров, так как на воздействие входных сигналов никакие ограничения не накладываются.

У синхронизируемых триггеров входной сигнал может повлиять на состояние триггера только в присутствии другого, синхронизирующего сигнала. В случае отсутствия последнего повлиять на состояние триггера входной сигнал не сможет. Триггер будет оставаться в своем предыдущем состоянии. На рис.5.2 приведена функциональная схема синхронизируемого, однотактного триггера, созданного на базе логических элементов И – НЕ, а также его условное обозначение.

S

Q

S Q

с

c R

R

_б)

R

_а)

Рис. 5.2 Синхронизируемый триггер.

На рис. 5.2 а изображена функциональная схема триггера, а на рис. 5.2 б – его условное обозначение.

В этом триггере элементы 1 и 2 образуют входную логику, а элементы 3 и 4 – непосредственно триггер. Такие триггеры имеют два информационных входа R и S и вход синхронизации С. Приведенная ниже временная диаграмма и таблица состояния (табл.5.3) поясняют работу этого триггера. Из таблицы состояния видно, что при отсутствии сигнала t на входе синхронизации С (сигнал 0) какие–либо сигналы на информационных входах R и S не влияют на состояние сигнала на выходе Q. Триггер может реагировать на входные сигналы R и S только при наличии на входе синхронизации С сигнала 1. Временная диаграмма соответствует случаю присутствия на входе синхронизации С, в момент времени t , сигнала 1. Она показывает изменение сигнала на выходе триггера Q (момент времени t + 1) при появлении на каком–либо входе (R или S) сигнала 1.

Табл. 5.3 Таблица состояния синхронизируемого триггера

R	S	С	Q
0	0	0	Информация не меняется
0	1	0	Информация не меняется
1	0	0	Информация не меняется
1	1	0	Информация не меняется

Временная диаграмма

T		t + 1	Комментарии
R	S	Q
0	0	Q(t)	Хранение
0	1	1	установка 1
1	0	0	установка 0
1	1	–	Запрещено

На рис. 5.3а приведена функциональная схема двухтактного триггера, а его условное обозначение показано на рис.5.3б. На рис. 5.4 – временная диаграмма, поясняющая особенность его работы. В отличие от RS – триггера у триггера со счетным входом имеется только один вход Т, на который и подается входной сигнал.

Из временной диаграммы видно, что сигнал на выходе Q изменяется в момент исчезновения сигнала на входе Т (задний фронт). Это приводит к тому, что сигнал на выходе изменяется с частотой в два раза меньшей, чем на входе.

Триггер со счетным входом называется Т – триггером

Q

S Q T

T

а) б)

Рис. 5.3 Схема двухтактного T –триггера

T счетный вход

Q выход

Рис. 5.4 Временная диаграмма работы триггера

D – триггер выполняет функцию задержки входного сигнала. Он относится к классу синхронизируемых триггеров. На рис. 5.5 приведена функциональная схема двухтактного D – триггера (рис.5.5а) и его условное обозначение (рис.5.5б).

D Q Q

t

а) б)

Рис.5.5 Cхема синхронизируемого двухтактного D - триггера.

В этой схеме входной сигнал D поступает на прямой вход триггера S и одновременно через инвертор – на вход R. Однако этот сигнал имеет возможность изменять состояние триггера только при отсутствии сигнала на счетном входе с. Таким образом, воздействие входного сигнала D зависит от синхронизирующего сигнала на счетном входе С. Синхронизируемый однотактный триггер задерживает распространение входного сигнала только во время паузы между синхронизирующими сигналами (задержка на полпериода). Для задержки на период используется двухтактный триггер.

В этой схеме входной сигнал D поступает на прямой вход триггера S и одновременно через инвертор – на вход R. Однако этот сигнал имеет возможность изменять состояние триггера только при отсутствии сигнала на счетном входе с. Таким образом, воздействие входного сигнала D зависит от синхронизирующего сигнала t на счетном входе С.

JK – триггер – это универсальный триггер. В зависимости от схемы соединения его входов он может работать как синхронный двухтактный RS , T , или D – триггер. На рис. 5.6 показана схема JK – триггера.

J Q

t

K

Рис. 5.6 Функциональная схема JK – триггера.

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 на вход R сигнала 1 (R=1) и при сигнале 0 на входе S (S=0), либо – в состояние 0 на вход S сигнала 1 (S=1) при сигнале 0 на входе R (R=0) при отсутствии синхронизирующего сигнала (t=0).

На рис. 5.7 приведены варианты реализации RS– триггера и T– триггера, а на рис. 5.8– реализация D– триггера.

S T

Q Q

t t

R

RS – триггер T – триггер

Рис. 5.7 Варианты соединения JK – триггера

D Q

t

D – триггер

Рис. 5.8 Вариант реализации D– триггера

Существуют и другие схемные реализации триггеров.

Лекция 6

6. Физические основы представления

информации в компьютере

6.1. Регистры

Регистр – это устройство, предназначенное для хранения двоичной информации и выполнения некоторых других операций. Он представляет собой совокупность триггеров, число которых соответствует количеству двоичных разрядов.

К виду операций, которые может выполнять триггер можно отнести:

• установка регистра в состояние 0 (операция сброса),

• прием информации с другого регистра, сумматора и т. д.,

• передача информации другому регистру,

• сдвиг информации влево или вправо на требуемое число разрядов,

• поразрядные логические операции.

X₁ X_n-1 X_n

Q₁ Q_n-1 Q_n

шина установки нуля (сброс)

Рис.6.1 Схема регистра приема данных

На рис. 6.1 приведена схема приема информации на регистр, с предварительной установкой нуля во всех разрядах. В этой схеме информация поступает на входы X₁, . . . , X_n-1, X_n в виде 0 или 1, которая хранится в регистре в виде комбинации состояния его выходов . При необходимости очистки регистра от имеющейся информации на шину сброса кратковременно подается сигнал 1. И тогда на всех его выходах устанавливается состояние 0.