Асинхронные триггеры

Основным триггером, на котором базируются все остальные триггеры, является RS-триггер. Он имеет два логических входа: R - установка 0 (от слова Reset ), S - установка 1 ( от слова Set).

Простейший RS – триггер состоит из двух логических элементов, охваченных перекрёстной, положительной обратной связью (рис. 4.1)

Рисунок 4.1 – Простейший триггер

Один из выходов называют прямым, а другой – обратным. Состояние триггера определяется состоянием прямого выхода.

Составим таблицу истинности RS – триггера, учитывая, что имеем три независимых переменных R, S, Q(t) (рис. 4.2).

Рисунок 4.2 – Таблица истинности простейшего триггера

Характеристическое уравнение триггера запишем по единичным значениям сигнала Q ( t + 1). Для этого заполним карту Карно (рис. 4.3):

Рисунок 4.3 – Карта Карно

получаем минимальную форму - характеристическое уравнение RS – триггера.

Такой триггер условно изображается в следующем виде (рис. 4.4)

Рисунок 4.4 – Обозначение RS - триггера

Очевидно, что по характеристическому уравнению триггера его схему можно составить в любом базисе. Составим схему на элементах 2И-НЕ. Для этого в уравнении нужно избавиться от дизъюнкции. Применим двойное отрицание

Учитывая, что сигналы Q( t ) и Q( t + 1) одна и та же физическая точка схемы, но в разные моменты времени, то эти точки соединяем , как показано на рис. 4.5.

Рисунок 4.5 – Построение триггера

Получился дуальный триггер, в котором эффективным значением входного сигнала является нуль (рис. 4.6).

Рисунок 4.6 – Триггер RS на элементах 2И-НЕ

В нем комбинация входных сигналов R=S=0 является запрещенной, а R=S=1 - режим хранения. Это триггер с инверсным управлением.

Разновидностью RS-триггера являются: S-триггер, который при R = S = активному уровню, переходит в единичное состояние; R - триггер, который при R = S = активному уровню, переходит в нулевое состояние; E - триггер, который при R = S = активному уровню, сохраняет предыдущее состояние Q(t+1)=Q(t).

Составим словарь переходов RS-триггера, который показывает, какие сигналы следует подавать на входы, чтобы перевести триггер в нужное состояние. Его заполняют на основании таблицы истинности. В нем всегда четыре строки (для любых триггеров). Словарь RS- триггера приведён на рис. 4.7

Рисунок 4.7 – Словарь переходов RS – триггера

Здесь прочерк означает безразличное состояние входа.

Т-триггер.

Счетный триггер (от слова topple - переключать). Имеет один информационный вход - T. Функционирует согласно следующей таблице истинности (рис. 4.8):

Такт t Такт t+1

Рисунок 4.8 – Таблица истинности Т – триггера

Когда сигнал на входе Т=0, то триггер сохраняет своё состояние. Когда на входе Т= 1, то триггер меняет состояние на противоположное. Условное изображение Т- триггера (рис. 4.9).

Рисунок 4.9 – Условное изображение Т – триггера

Характеристическое уравнение .

Счетный триггер выполняет сложение по модулю два входного сигнала и внутреннего состояния триггера Q ( t ).

Составим схему Т-триггера на основе RS-триггера. Для этого требуется создать комбинационную схему (КС), преобразующую сигнал Т в сигналы R и S, как показано на рис. 4.10.

Рисунок 4.10 – Схема для синтеза Т - триггера

Воспользуемся словарём переходов RS – триггера и проставим в таблице истинности (рис. 4.11) такие сигналы R S , чтобы обеспечить требуемые переходы RS – триггера

Рисунок 4.11 – Таблица истинности для синтеза Т – триггера

По единичным значениям сигналов R и S запишем логические функции R = T Q и S = T , по которым легко составить схему (рис. 4.12)

Рисунок 4.12–Схемная реализация Т–триггера на основе RS - триггера

Элементы задержки в цепи обратной связи на время равное длительности сигнала Т необходимы, так как логические функции не учитывают фактор времени. Сигнал с выхода не должен поступить на вход раньше, чем закончится сигнал Т. Такая задержка, в реальных триггерах обеспечивается путём блокировки цепи обратной связи на время действия входного сигнала.

Таким образом, получили счётный триггер.

Словарь переходов Т-триггера (рис. 4.13):

Рисунок 4.13 – Словарь переходов Т - триггера

JK-триггер.

Триггер имеет два информационных входа: J - установка единицы (Jerk – включение ) и K - установка нуля ( Kill - выключение).

В этом триггере, в отличие от RS-триггера, нет запрещённых комбинаций входных сигналов. Комбинация J = K = 1 переводит триггер в противоположенное состояние.

Составим таблицу истинности JK-триггера (рис. 4.14) и реализуем его на RS –триггере.

Рисунок 4.14 – Таблица истинности JK - триггера

По единичным значениям сигнала Q(t+1) составим карту Карно (рис. 4.15)

Рисунок 4.15 – Карта Карно JK – триггера

и получим характеристическое уравнение .

Построим схему JK-триггера на основе RS- триггера (рис. 4.16), для этого воспользуемся словарем перехода RS- триггера и в таблицу истинности запишем требуемые сигналы R и S .

Рисунок 4.16 – JK- триггер на основе RS - триггера

Получаем систему собственных функций

и по ней составляем схему (рис. 4.17)

Рисунок 4.17 – Схема и обозначение JK - триггера

Словарь переходов JK – триггера (рис. 4.18):

Рисунок 4.18 – Словарь переходов JK – триггера

Из словаря переходов видно, что JK-триггер предоставляет большие возможности по комбинации входных сигналов, чем RS - триггер, поэтому схемные решения на его основе получаются более компактными.

Триггер Шмитта

Имеет одно внутреннее состояние, которое заранее известно и поэтому он не может хранить информацию. Триггер используется для формирования сигналов с крутыми фронтами из сигналов произвольной формы. Его схему представляют так (рис. 4.19):

Рисунок 4.19 – Триггер Шмитта на инверторах

Простейший триггер Шмитта это соединение двух инверторов, охваченных обратной связью. Построим его амплитудную характеристику (рис. 4.20).

Рисунок 4.20 – Амплитудная характеристика триггера Шмитта

Переключение схемы при снижении входного напряжения происходит при меньшем уровне Uвх, так как входной ток поддерживается ещё и единичным выходным сигналом. U – напряжение гистерезиса. Обычно оно находится в пределах 1 … 1,8 вольт. Соотношение резисторов R 0,1R .

В условном графическом обозначении показывают гистерезис (рис. 4.21)

Рисунок 4.21 – Условное обозначение триггера Шмитта

На выходе триггера Шмитта формируются сигналы с короткими фронтами из входных сигналов любой сложной формы (рис 4.22).

Рисунок 4.22 – Работа триггера Шмитта

Такие элементы используют для создания пороговых устройств, в системах автоматики и при построении помехоустойчивых комбинационных схем.