Лабораторная работа №3 изучение триггеров

Цель работы: ознакомиться с методикой построения схем и анализа работы наиболее распространенных типов триггеров на логических элементах. Практически реализовать эти схемы и изучить особенности работы каждого типа триггера, используя для этого составление таблиц их переключений (истинности) и временные диаграммы.

Триггеры - это устройства с двумя устойчивыми состояниями выходов, которые зависят не только от поступающих на входы внеш­них сигналов, но и от предыдущего состояния триггера. Устройства такого рода относятся к последовательному типу цепей (в отличие от комбинационных, рассмотренных в работе № 3). Важнейшим свойством триггера является способность "запоминать" информацию, по­данную на входы, т.е. сохранять при определенных условиях состоя­ние выходов и после снятия входных сигналов. Это свойство определило широкое применение триггеров в ка­честве запоминающих устройств в вычислительной технике. На осно­ве триггеров строятся такие необходимые устройства, как регист­ры и счетчики. Триггеры применяются также как делители частоты, переключающие устройства, формирователи сигналов.

Как автоматическое устройство триггер является цифровым ав­томатом с памятью и может быть построен и описан с помощью основных логических функций.

Асинхронный - триггер

Простейший триггер имеет два информационных входа, куда подаются установочные сигналы, и два выхода – прямой (основной) и инверсный (дополнительный) , причем и находятся в противофазе. Сигналы, подаваемые на входы, называются ак­тивными, если они устанавливают выходы триггера в одно из устойчивых состояний («0» или «1»). Сигналы, не меняющие состояние выходов триггера, называются пассивными.

Если активным сигналом для триггера является логическая «1», то входы берутся прямые (рис. 1), если же активным сигналом является логический «0», то входы – инверсные (рис. 2).

В качестве примера рассмотрим построение основной схемы - триггера (см. рис. 2), для которого активным сигналом является уровень логического «0», а пассивным - логическая «1». Сначала дадим описание работы устройства, кото­рое называют - триггером и составим таблицу истинности (пе­реключений), соответствующую этому описанию.

Операции установки и сброса триггера рассматривают­ся относительно прямого выхода Q.

Вход (set - установка) служит для установки прямого выхода Q в единичное состояние при подаче на S уровня ло­гического «0» единицы, а на вход пассивного сигнала – лог. «1»:

(строка 1 табл.1)

Вход (reset - сброс) - устанавливает Q в нулевое состояние (сбрасывает триггер) при подаче на уровня логичес­кого «0»., а на вход лог. «1»:

(строка 2 табл.1)

Если подать на оба входа пассивные сигналы , то триггер не изменит своего состояния, т.е. осуществит хранение записанной ранее информации ("запомнит" информацию) :

- строка 3 табл.1.

Комбинация входных сигналов является запре­щенной для - триггера, т.к. выходы и находятся в оди­наковых неустойчивых состояниях, в данном случае нулевых, а пос­ле одновременного снятия активных сигналов со входов, выходы триггера могут равновероятно принять любое из устойчивых состоя­ний (строка 4, табл.1).

Из изложенного описания работы - триггера следует его таблица истинности 1, где и - состояние выходов после поступления на входы сигналов, a и - значения выходов до поступления сигналов.

Таблица 1

№ набора	Входные сигналы				Выходные сигналы		Режим работы
1	0	1	0(1)	1(0)	1	0	Уст. в «1» прямого выхода (запись информации)
2	1	0	0(1)	1(0)	0	1	Уст. в «0» прямого выхода (запись информации)
3	1	1	0(1)	1(0)	0(1)	1(0)	хранение информации
4	0	0	0(1)	1(0)	0	0	запрещено

Логическая функция для и , описывающая первые две строки табл.1, может быть составлена обычным способом с помощью конституентов единицы для первого и второго набора:

Итак, получили:

(1)

Аналогично можно получить для :

(2)

Применяя закон де Моргана, уравнения (1) и (2) можно при­вести к базовым элементам И-НЕ:

(3)

, (4)

А затем инвертируем полученный результат:

(5)

(6)

Ф изическая реализация уравнений (5) и (6) на элементах И-НЕ показана на рис. 3.

Действительно, из рис. 3:

Заметим, что эту схему можно реализовать и в базе ИЛИ-НЕ.

Рассмотренные -триггеры являются асинхронными (нетактируемыми) - состояние их выходов изменяется сразу же после изменения состояний на входах.

Используя основную схему -триггера (рис. 3) и логи­ческие элементы, можно построить триггеры других типов. Например, широко распространенным типом триггеров являются синхронные или тактируемые триггеры. Эти устройства имеют специ­альный вход синхронизации, обычно обозначаемый "С".

RSC -триггер

В синхронных триггерах состояния выходов изменяются только при наличии разрешающего сигнала на входе синхронизации С. Асин­хронный - триггер (рис.3) легко преобразовать в синхронный RSC-триггер на основе базовой схемы триггера и логических элементов И-НЕ, дополнив его схемой, реализующей функцию запрещения или разреше­ния поступления информации на входы S и R. Такая задача может быть легко решена с помощью двух элементов 2И-НЕ, как показано на рис.4, где представлена схема синхронного RS-триггера.

Д ействительно, на выходах конъюнкторов 1 и 2 имеем функции и . Эти функции принимают значение 1 всегда, когда С=0, независимо от значений R и S. А т.к. логическая единица являет­ся пассивным сигналом для RS-триггера ( и - входы инверс­ные), то переключений триггера в таком случае происходить не мо­жет, состояния его выходов сохраняются сколь угодно долго. Иначе говоря, значение переменной на синхронизирующем входе С = 0 за­прещает работу RS-триггера, переключений не происходит.

Если же С = 1, то на входы и асинхронного - триггера (элементы 3 и 4, рис. 4) поступают инверсные сигналы и , т.е. устройство работает, как обычный асинхронный RS -триггер, правда теперь входы S и R уже прямые. Сигнал С = 1 разрешает ра­боту триггера.