Классификация триггеров

Лекция Триггеры

Общие понятия

Триггер — простейшее последовательностное устрой­ство, которое может находиться в одном из двух возмож­ных состояний и переходить из одного состояния в дру­гое под воздействием входных сигналов.

Триггер является базовым элементом последовательностных логических устройств. Триггеры нашли широкое распространение в вычислительной технике и составляют от 20 до 40% всего оборудования.

Рис.1. RS – триггер

В качестве поясняющего символа для условного обозначения триггера применяют букву Т, которую помещают в верхней части основного поля графического обозначения.

Входы триггера разделяют на информационные и управляющие (вспомогательные). Это разделение в зна­чительной степени условно. Информационные входы используются для управления состоянием триггера. Управ­ляющие входы обычно используются для предварительной установки триггера в некоторое состояние и для синхро­низации.

Входы триггера имеют различные обозначения, связанные с выполняемыми ими функциями:

S — вход для установки в состояние «1»; S (от англ. set);

R — вход для установки в состояние «О»; R (от англ. reset);

J— вход для установки в состояние «1» в универсаль­ном триггере;

К — вход для установки в состояние «О» в универсаль­ном триггере;

Т— счетный (общий) вход;

D — вход для установки в состояние «1» или в состоя­ние «О»;

V — дополнительный управляющий вход для разреше­ния приема информации (иногда используют букву E вме­сто V).

Выходы триггера обозначают буквами Q и , тогда если Q соответствует «1», то - нулю и наоборот.

Классификация триггеров

Триггеры классифицируют по различным признакам, поэтому существует достаточно большое число классифи­каций. К сожалению, эти классификации не образуют стройной системы, но инженеру необходимо их знать.

Триггеры классифицируют по следующим признакам:

• способу приема информации;

• принципу построения;

• функциональным возможностям.

По способу приема информации различают асинхронные и синхронные триггеры.

Асинхронный триггер изменяет свое состояние непо­средственно в момент появления соответствующего ин­формационного сигнала (рис.1.).

Синхронные триггеры реагируют на информационные сигналы только при наличии соответствующего сигнала на так называемом входе синхронизации С (от англ. clock). Этот вход также обозначают терминами «строб», «такт».

Рис. 2. Синхронный RS - триггер

Синхронные триггеры в свою очередь подразделяют на триггеры со статическим (статические) и динамическим (динамические) управлением по входу синхронизации С. Статические триггеры воспринимают информационные сигналы при подаче на вход С логической единицы (пря­мой вход) или логического нуля (инверсный вход). Дина­мические триггеры воспринимают информационные сиг­налы при изменении (перепаде) сигнала на входе С от 0 к 1 (прямой динамический С-вход) или от 1 к 0 (инверсный динамический С-вход).

Статические триггеры в свою очередь подразделяют на одноступенчатые (однотактные) и двухступенчатые (двух­тактные). В одноступенчатом триггере имеется одна сту­пень запоминания информации, а в двухступенчатом — две такие ступени. Вначале информация записывается в первую ступень, а затем переписывается во вторую и по­является на выходе. Двухступенчатый триггер обозначают ТТ.

По функциональным возможностям триггеры разделя­ют на следующие классы:

• с раздельной установкой состояния 0 и 1 (RS - триггеры);

• универсальные (JK - триггеры);

• с приемом информации по одному входу D (D-триггеры, или триггеры задержки);

• со счетным входом Т (T - триггеры).

Рассмотрим некоторые типы триггеров и их реализа­цию на логических элементах.

RS триггеры

Асинхронный RS триггер может быть реализован на двух элементах ИЛИ-НЕ или И-НЕ (рис. 3).

Рис.3. RS – триггеры на логических элементах

Одновременная подача сигналов на оба входа триггера на элементах ИЛИ-НЕ запрещена, так как после нее триггер оказывается в со­стоянии (1 или 0), предсказать которое заранее невозмож­но.

В асинхронном RS-триггере на элементах И-НЕ пере­ключение производится логическим «0», подаваемым на вход R или S. Запрещенная ком­бинация соответствует логическим «0» на обоих входах.

Синхронный RS-триггер, обозначаемый также буквами RST, имеет дополнительный С-вход (от англ. clock — часы), на который подают импульсы синхронизации. Синхронный триггер получают при подключении ко входу асинхронного RS-триггера двух дополнительных элементов «И».

Рис.4. Синхронный RS – триггеры на логических элементах

Если на входе С — логический «0», то и на выходе верхнего входного элемента «И-НЕ», и на выходе нижнего будет ло­гическая «1». А это обеспечивает хранение информации. Таким образом, если на входе С — логический «0», то воздействие на входы R, S не приводит к изменению состояния триггера. Если же на вход синхронизации С подана логическая единица, то схема реаги­рует на входные сигналы точно так же, как и рассмотрен­ная ранее.

Синхронный RS триггер может изменять свое состояние в любой момент на интервале действия сигнала С=1. Такой триггер называют триггером со статическим входом синхронизации.

Наибольшее практическое распространение получили триггеры с динамическим (импульсным) входом синхронизации. Суть построения такого триггера заключается в обеспечении его переключения лишь на интервале изменения сигнала входа С, т. е. либо по фронту, либо по срезу импульса синхронизации. Такое решение позволяет значительно повысить надежность и помехозащищенность триггерных устройств, так как сводит к минимуму интервал, на котором возможна перезапись информации. Технически указанный режим работы достигается заменой дополнительных логических элементов, вспомогательными RS-триггерами (так называемая схема трех триггеров).

JK-триггер

JK-триггер (от англ. jump и keep), аналогичен RS-триггеру. Он имеет два информационных входа. Роль входов S и R играют соответственно входы J и K.

Рис. 5. JK – триггер

JK-тритгер имеет три входа: два информационных (J и K) и один синхронизирующий (С).

Отличие JK-триггера от RS-триггера заключается в том, что при наличии «1» на обоих входах (такая комбинация сигналов для JK-триггера не является запрещенной) его состояние переходит из предыдущего в последующее, т.е. если он находился в состоянии «0», то перейдет в состояние «1» и наоборот.

В остальном JK-триггер подобен RS-триггеру, причем роль входа S играет вход J, а роль входа R — вход К. ( JK - триггеры являются синхронными).

JK-триггер считается универсальным, на его базе путем ввода обратных связей можно получить другие виды триггеров.

Он легко реализуется на двух RST-триггерах с обратными связями.

D-триггер

D-триггер (от англ. delay— задержка), повторяет на своем выходе состояние входа и формирует выходной сигнал на Q-выходе с задержкой относительно управляющего воздействия на D-входе. Для этого его снабжают С-входом, возбуждение которого (статическое или импульсное) позволяет переключать триггер в состояние, соответствующее сигналу на D-входе.

Его можно образовать из любых RS- или JK-триггеров, если на их входы одновременно подавать взаимно инверсные сигналы. Хранение информации в D-триггерах обеспечивается за счет синхронизации, поэтому все реальные D-триггеры имеют два входа: информационный D и синхронизации С.

Рис 6. D - триггер

В этом триггере сигнал на входе по сигналу синхронизации записывается и передается на выход. Так как информация на выходе остается неизменной до при­хода очередного импульса синхронизации, D-триггер на­зывают также триггером с запоминанием информации или триггером-защелкой, триггером задержки. Триггер повторяет информационный сигнал только тогда, когда присутствует тактовый импульс «С» независимо от предыдущего состояния.

Т-триггер

Т-триггер (от англ. tumbler — опрокидыватель) изменяет свое логичес­кое состояние на противоположное по каждому активно­му сигналу на информационном входе Т.

Рис 7. Т - триггер

В этом триггере имеется один T-вход, при каждом воздействии на который (импульсом) происходит очередное переключение триггера из одного состояния в другое. Поэтому такой прибор именуют триггером со счетным входом (счет­ным триггером). Число переключений равно числу поступивших на вход импульсов.

Т.к. JK-триггер переходит в инверсное состояние каждый раз при одновременной подаче на оба входа логической 1, то на его основе можно создать Т-триггер, объединяя входы J и K.

Т-триггер находит широкое применение в счетчиках импульсов цифровых систем.

Триггеры могут быть выполнены на логических элементах И-НЕ и ИЛИ-НЕ или на интегральной микросхеме (ИМС).