4.6.1. Тригери.
Тригер (бістабільний мультивібратор) − це цифровий автомат, що має кілька входів і два виходи, за допомогою якого можна запам’ятовувати, зберігати і зчитувати двійкову інформацію. Він має два стійких стани рівноваги: один із стійких станів приймається за логічну 1, а інший – за логічний 0.
Т
ригер
− один з базових (основних) елементів
цифрової техніки, який можна віднести
послідовнісних пристроїв. Деякі
дослідники включають тригер в 100 великих
винаходів.
Тригер не є логічним елементом першого рівня, оскільки сам складається з логічних елементів першого рівня − інверторів або логічних вентилів. По відношенню до логічних елементів першого рівня тригер є логічним пристроєм другого рівня.
В схемному відношенні тригер уявляє собою два найпростіших інвертора з логікою АБО або І на вході і з взаємно зворотними додатними зв’язками, наявність яких призводить до того, що в стійкому стані один транзистор підсилювача відкритий, а інший закритий. Сигнали, що знімаються з виходів тригера, мають два рівня постійної напруги: верхній і нижній. При дії керуючих сигналів, що подаються на входи, тригер стрибкоподібно переходить з одного стійкого стану рівноваги в інше.
Найпростіший тригер може бути виконаний на двох логічних елементах АБО–НЕ. Схема такого тригера (а) і його умовне позначення (б) наведені на рис. 4.47.
В
статичному стані тригер можна розглядати
як елемент запам’ятовування двійкових
кодів 1 і 0. Так коду 1 відповідає стан
тригера, коли транзистор VT1
(див. рис. 4.48) закритий і на його колекторі
висока напруга, а транзистор VT2
відкритий і на його
колекторі низька напруга (коду 0 відповідає
протилежний стійкий стан тригера).
Введення в тригер двійкових цифр
проводиться по колам встановлення
одиниці S
і встановлення нуля R.
За допомогою цих кіл
тригер переводиться з одного стійкого
стану в інший. Додатні керуючі сигнали
встановлення тригера в нульовий і
одиничний стан подаються на бази
транзисторів VT1
і VT2.
Якщо тригер знаходиться в стані 0, то при подачі сигналу «Вст. 1» на базу транзистора VT2 він відкривається, потенціал на його колекторі знижується, що в свою чергу викликає закриття транзистора VT1. Після закінчення перехідних процесів тригер виявляється в стані 1. В цьому стані він буде знаходитись доки не надійде сигнал «Вст. 0». Отже при почерговій подачі сигналів «Вст. 1» і «Вст. 0» тригер послідовно переключається з одного стійкого стану в інший.
Закони функціонування тригерів задаються таблицями переходів, в якій відображується стан тригера під час надходження синхросигналу (момент часу t) і після надходження синхросигналу (момент часу t + 1) (див. табл. 4.10), або аналітично.
Тригер, представлений на рис. 4.48, може бути виконаний на елементах АБО–НЕ. Для цього необхідно вказані елементи з’єднати, як показано на попередньому рис. 4.47. Такий тригер називається асинхронним RS-тригером. Він уявляє собою елементарний кінцевий автомат, що функціонує відповідно таблиці переходів.
При
одночасному надходженні сигналів на
входи R
і S
(R
=1, S
=1) на прямому і інверсному виходах (Q
і
)
встановлюється нульовий сигнал. Тригерна
схема перетворюється в два незалежних
інвертора і при переході до зберігання
інформації (R
= 0, S =
0) тригер може встановитись в будь-який
стан. Тому така комбінація вхідних
сигналів заборонена.
Таблиця 4.10.
Таблиця переходів RS–тригера
t |
t + 1 |
Коментар |
|
R |
S |
Q |
|
0 |
0 |
0/1 |
Зберігання 0 або 1 |
0 |
1 |
1 |
Встановлення 1 |
1 |
0 |
0 |
Встановлення 0 |
1 |
1 |
– |
Заборонена комбінація1 |
Аналітично
функціонування RS-тригера
можна описати рівнянням
,
причому S(t) R(t) = 0.
За способом роботи з сигналами розрізняють асинхронні, синхронні і змішані тригерні схеми, статичні та динамічні.
Асинхронний тригер змінює свій стан безпосередньо в момент появи відповідного інформаційного сигналу.
Синхронні тригери реагують на інформаційні сигнали тільки за наявності відповідного сигналу на так званому вході синхронізації С (від англ. Clock). Цей вхід також позначають термінами «строб», «такт».
Змішана тригерна схема має частину входів синхронного встановлення стану тригера і частину входів асинхронного встановлення.
Динамічний тригер являє собою систему, один із станів якої (одиничний) характеризується наявністю на виході безперервної послідовності імпульсів певної частоти, а інший – відсутністю вихідних імпульсів (нульовий). Зміна станів проводиться зовнішніми імпульсами. Динамічні тригери в даний час використовуються рідко.
До статичних тригерів відносять пристрої, кожен стан яких характеризується незмінними рівнями вихідної напруги (вихідними потенціалами): високим – близьким до напруги живлення і низьким – близько нуля. Статичні тригери за способом подання вихідної інформації часто називають потенційними.
Статичні тригери в свою чергу поділяють на однотактні (одноступеневі) і двотактні (двоступеневі).
У однотактному тригері є один ступінь запам’ятовування інформації, а в двотактному − два таких ступеня. Спочатку інформація записується у перший ступінь, а потім переписується в другий і з’являється на виході (зазвичай двоступеневі тригери застосовуються в схемах, де логічні функції входів тригера залежать від його виходів, щоб уникнути часових перегонів). Двоступеневий тригер позначають ТТ.
Т
ригер
може бути оснащений лічильним
входом Т.
При надходженні сигналу на цей вхід
тригер змінює будь-який свій стан на
протилежний. На рис. 4.49 наведена часова
діаграма, що пояснює роботу тригера з
лічильним входом. З цієї діаграми видно,
що при роботі в лічильному режимі тригер
є дільником частоти, оскільки період
T1
зміни вихідного сигналу вдвічі більше
періоду T
зміни вхідного сигналу. Сигнали, що
знімаються з обох виходів тригера,
інверсні.
По структурній побудові виокремлюють однотактні (тригери-клямки) і двотактні тригери.
В інтегральних системах елементів тригер і схема, що керує його входами, виконується у вигляді конструктивно закінченого модуля.
За функціональними можливостями тригери поділяють на класи:
з роздільним установкою стану 0 та 1 (RS-тригери). Якщо тригер є синхронним − додається вхід синхронізації C;
універсальні (JK-тригери);
з прийомом інформації по одному входу D (D-тригери, або тригери затримки);
з лічильним входом Т (Т-тригери).
Кожен тип тригера має власну таблицю переходів (таблицю істинності).
На
рис. 4.50 показана загальна форма умовного
позначення тригерів: а) – синхронний
однотактний тригер із асинхронними
входами S
і R;
б) – синхронний двотактний тригер із
асинхронними входами
і
.
Символи Т і ТТ позначають відповідно однотактний і двотактний тригери. Якщо тригер має вхідну логіку, що керує занесенням в нього інформації, то в прямокутнику, що зображує тригер, виділяється ліве додаткове поле, в якому відмічаються функціональні призначення інформаційних вхідних сигналів. Додаткове поле може бути розділено на асинхронну та синхронну частини. В першій проставляють символи R і S – входи асинхронного встановлення тригера в стани 1 і 0; в другій – на місцях символів X1 і X2 можуть бути показані такі типи входів:
S (від англ. Set, встановити) − вхід роздільного встановлення тригера в стан 1в RS-тригері;
R (від англ. Reset, скидання) − вхід роздільного встановлення тригера в стан 0 в RS-тригері;
J (від англ. Jump, стрибок) − вхід синхронного встановлення в «1» в універсальному JK-тригері;
К (від англ. Kill, вбити) − вхід синхронного встановлення в «0» в універсальному JK-тригері.
Крім того, можливі такі входи:
Т (від англ. Toggles, переключити) − лічильний вхід в Т-тригері;
С (від англ. Clock, час) вхід синхронізуючого сигналу. При тактуванні по фронту він часто позначається стрілкою: стрілка всередину – тактування по передньому фронту, назовні − по задньому.
D (від англ. Delay, затримка) − вхід в D-тригері;
E або EN (від англ.Enable, дозвіл) − додатковий асинхронний керуючий вхід для дозволу прийому інформації (іноді використовують букву V).
Входи J, К, Т, D завжди синхронні, тобто тактуються синхронізуючим сигналом на вході C. ліній. Входи S і R присутні не тільки в RS-тригерах, але і в інших типах тригерів, де призначені, в основному, для асинхронного скидання тригера в 0 або установки в 1.
У деяких тригерних пристроях зустрічаються інверсні входи. Як і інверсний вихід, на позначенні тригера інверсний вхід містить кружок, а відповідна йому буква надкреслена (див. рис. 4.50-б). Так, наприклад, вхід C – вхід синхронізації; відсутність кружка на вході C вказує, що прийом інформації здійснюється при C = 1 (під дією сигналу 1); кружок на вході C – прийом інформації здійснюється при C = 0 (під дією сигналу 0).
Стан тригера визначається сигналом Q на виході тригера (або сигналом на його інверсному виході). Можливий індекс біля букви означає стан до подачі сигналу (t) або після подачі сигналу (t +1).