Сколько устойчивых состояний имеет триггер
Перейти к содержимому

Сколько устойчивых состояний имеет триггер

  • автор:

Триггеры

Триггеры (англ. flip-flop) — класс электронных устройств, имеющих свойство долго находиться в одном из двух устойчивых состояний и чередовать их под воздействием внешних сигналов. Основной особенностью триггеров является способность запоминать двоичную информацию. Триггер имеет два состояния и, приняв одно за [math]0[/math] , а другое за [math]1[/math] , появляется возможность хранить один разряд двоичного числа. Таким образом, используя несколько триггеров, возможно хранить многоразрядные числа, а, значит, и любую двоичную информацию, ограниченную лишь количеством триггеров.

Типы триггеров

RS-триггер

RS-триггер, построенный на основе ИЛИ-НЕ элементов.

Самым простым триггером, который можно построить, является триггер на двух инверторах. Он не имеет входов, поэтому изменить его состояние невозможно. Выход [math]Q[/math] будет всегда иметь состояние, заданное при создании, а [math]\overline[/math] будет всегда иметь обратное [math]Q[/math] значение. Однако, недостаток такого триггера очевиден — его состояние нельзя менять.

Если добавить к такому триггеру входы, то получится простейший триггер, состояние которого менять можно — [math]\mathrm[/math] -триггер. Он имеет два входа: [math]R[/math] (reset) и [math]S[/math] (set), и два выхода: [math]Q[/math] и [math]\overline[/math] (инвертированный [math]Q[/math] ). Рассмотрим принцип работы [math]\mathrm[/math] -триггера. Изначально на выходе [math]Q=0[/math] и [math]\overline=1[/math] . При подаче [math]1[/math] на [math]R[/math] , [math]0[/math] на [math]S[/math] выходное значение триггера становится нулем (происходит сброс значения), при подаче [math]0[/math] на [math]R[/math] , [math]1[/math] на [math]S[/math] выходное значение триггера становится единицей (происходит установка нового значения). При подаче двух нулей триггер свое состояние не меняет, выходное значение при подаче двух единиц не определено. Для вычисления следующего значения необходимо знать предыдущее значение, поэтому обычно за начальное состояние берется [math]Q=0[/math] , [math]\overline=1[/math] . Предположим, что первые биты, которые мы даем на вход, являются нулями. Тогда, так как [math]Q=0[/math] , можно вычислить [math]\overline[/math] , используя [math]S[/math] , а затем, посчитать [math]Q[/math] через [math]R[/math] и убедиться в том, что [math]Q=0[/math] . Это показывает, что значения [math]Q[/math] и [math]\overline[/math] согласованы. Аналогично можно показать, что выходы согласованы и при [math]Q=1[/math] , [math]\overline=0[/math] .

[math]R[/math] [math]S[/math] [math]Q[/math]
0 0 Предыдущее значение
0 1 1
1 0 0
1 1 Не определено

Синхронный RS-триггер

Синхронный RS-триггер

Существенным недостатком [math]\mathrm[/math] -триггера является то, что если один из сигналов на вход придет раньше другого, триггер примет неправильное состояние. Для того, чтобы избежать этой проблемы, вводится еще один входной сигнал — сигнал синхронизации. Синхронный [math]\mathrm[/math] -триггер будет как-либо реагировать на входные сигналы только в том случае, когда на вход [math]C[/math] подана единица. В остальном синхронный [math]\mathrm[/math] -триггер не отличается от обычного [math]\mathrm[/math] -триггера.

[math]C[/math] [math]R[/math] [math]S[/math] [math]Q[/math]
0 0 0 Предыдущее значение
0 0 1 Предыдущее значение
0 1 0 Предыдущее значение
0 1 1 Предыдущее значение
1 0 0 Предыдущее значение
1 0 1 1
1 1 0 0
1 1 1 Не определено

JK-триггер

[math]\mathrm[/math] -триггер по принципу работы похож на синхронный [math]\mathrm[/math] -триггер. [math]J[/math] (jump) является аналогом [math]S[/math] (set), [math]K[/math] (kill) является аналогом [math]R[/math] (reset). При подаче единицы на бит синхронизации и при подаче единицы на [math]J[/math] и нуля на [math]K[/math] на выходе единица, при подаче нуля на [math]J[/math] и единицы на [math]K[/math] на выходе ноль. При обоих нулях выдается предыдущее значение. Существенным отличием [math]\mathrm[/math] -триггера от [math]\mathrm[/math] -триггеров является то, что состояние с двумя единицами на входе определено. При обеих единицах на выход подается инвертированное предыдущее значение. Стоит заметить, что [math]\mathrm[/math] -триггер существует только с синхронизацией, потому что без синхронизации при подаче на входы двух единиц, триггер бы постоянно переключался и не остановился бы в каком-то конкретном значении, а, если есть синхронизация, при подаче двух единиц, триггер меняет значение только при изменении сигнала синхронизации.

[math]C[/math] [math]J[/math] [math]K[/math] [math]Q[/math]
0 0 0 Предыдущее значение
0 0 1 Предыдущее значение
0 1 0 Предыдущее значение
0 1 1 Предыдущее значение
1 0 0 Предыдущее значение
1 0 1 0
1 1 0 1
1 1 1 Инвертированное предыдущее

[math]\mathrm[/math] -триггер является универсальным триггером, на его основе можно построить множество других триггеров, например [math]\mathrm[/math] -триггер.

T-триггер

[math]\mathrm[/math] (toggle)-триггер является триггером, изменяющим свое выходное значение на противоположное на каждом такте, когда на входы [math]T[/math] и [math]C[/math] поданы единицы. На основе нескольких [math]\mathrm[/math] -триггеров можно построить счетчик. [math]\mathrm[/math] -триггер тоже строится на основе [math]\mathrm[/math] -триггера.

[math]C[/math] [math]T[/math] [math]Q[/math]
0 0 Предыдущее значение
0 1 Предыдущее значение
1 0 Предыдущее значение
1 1 Значение меняется на каждом такте

Виды триггеров и особенности их работы

Электроника предполагает точное выполнение заданной программы с учетом текущего состояния всей логической схемы. За часть работы электронной цепи отвечают триггеры. Статья опишет — основные типы триггеров, их устройство и принцип работы, а так же расскажет зачем такие устройства используются в электронных схемах. Отдельно будет описан симметричный триггер.

Определение

Что такое триггер? Триггером называют электронное устройство, обладающее способностью довольно долгое время находиться в 1-ом из 2-х стабильных состояний, а так же чередовать их из-за воздействия какого-то внешнего сигнала. Триггер — это по сути простая электроника, от которой зависит работоспособность более сложных систем

Он способен хранить двоичную информацию (ноль или один) после того, как перестанут действовать входные импульсы. Основное назначение устройства, это переключение из одного состояния в другое. Хранит триггер в своей памяти 1 бит информации, которые и определяют его текущее состояние: логический «0» или логическая «1».

Какие входы есть у триггера? Любой триггер может иметь несколько входов, которые бывают:

  1. Информационными. Они отвечают за общее состояние устройства в момент работы всей цепи.
  2. Управляющими. Отвечают за установку триггера в предварительное положение и за его дальнейшую синхронизацию.

Работа устройства строится на 2 элементах «И-НЕ», 2 «ИЛИ-НЕ» и других, некоторые разновидности триггеров работают на логических элементах КМОП, ТТЛ, ЭСЛ. Принцип работы любого триггера зависит от количества входов/выходов, а также от типа самого устройства.

Логическая схема триггера

В электронике используются устройства на транзисторах или микросхемах. Транзисторные модели применяются при сложных интегральных схемах старого типа. Логическая микросхема обладает меньшими габаритами, хранит информацию без перегрева и перегрузок. Поэтому их используют в более миниатюрных и сложных цепях современной электроники.

Разновидности

Для того чтобы разобраться как работает триггер, необходимо понять к какому классу и типу он относится. Существуют 2 основных класса этих устройств:

  1. Синхронные с двумя основными классами: статическими и динамическими.
  2. Асинхронные.

Обе разновидности имеют схожий принцип работы. Отличие заключается только в процессе перехода сигнала из одного состояния в другое. Асинхронные делают это напрямую, а синхронные работают исходя из этого сигнала.

Асинхронные

Асинхронные RS-триггер имеет 2 основных входа «R» и «S». Также предусматриваются выходы «Q» и «Q−». Устройство RS триггера позволяет выполнять следующую последовательность:

  1. Вход «S» является установочным. На него подается высокое напряжение, вследствие чего логический выход «Q» устанавливается как «1».
  2. Вход «R» отвечает за сброс положения. Высокое напряжение в виде логической «1» на этом входе предполагает установку 0 на выходе «Q», а на выходе «Q–» – «1».

Асинхронный RS-триггер условно работает следующим образом:

  1. При подаче напряжения на вход «S» устройство включается и хранит такое состояние даже при потере положительного сигнала.
  2. При подаче сигнала на вход «R» устройство отключается, при этом сохраняя логический 0 на выходах.

Схема RS-триггера асинхронного типа самая простая. Она работает без синхронизации с дополнительным входом. Используется RS компонент в простых элементах или как дополнение для более сложных триггеров.

Далее будет представлена УГО, таблица истинности и общая схема такого триггера.

Асинхронный RS тригер

Синхронные

Немного более сложное устройство. Работают с дополнительной синхронизацией сигналов. Эти RS-триггеры также имеют входы «R» и «S», а также выходы «Q» и «Q–». Отличие заключается в наличие синхронизирующего входа «С». Этот контакт нужен для синхронизации входящих сигналов. Называют этот вход «clock» или тактовый. Триггер имеет следующий принцип работы:

  1. Первоначально сигнал поступает к контакту входа «С» и проходит синхронизацию.
  2. С контакта «С» сигнал поступает на вход «S» в виде логической 1 или высокого напряжения.
  3. На «Q» устанавливается логическая 1, а сам цепь при этом включается.

Синхронизация используется для снижения части помех. Часто RS-триггеры этого типа используют для цепей с параллельным подключением, значительно снижая помехи от элементов с высокой магнитной индуктивностью.

Графическое обозначение, таблица истинности и диаграмма устойчивых состояний устройства представлена ниже.

УГО синхронного RS триггера

Асинхронные и синхронные модели далеко не единственные, которые использует схемотехника для построения логических моделей работы. Далее будут представлены разновидности триггеров с иным принципом работы.

D-триггер

Эти виды простых триггеров так же используют для хранения информации о своем текущем состоянии один бит памяти. Используют его в простых электронных схемах вычислительных устройств и автоматики. Данная модель также относится к синхронному типу и имеет вход «С». Главное отличие заключается в замене 2 входов «R-S» на один контакт «D». Применение всего одного входа и наличие синхронизации позволяет значительно упростить работу устройства. Для работы D-триггера используется следующая схема:

  1. На контакт «С» поступает сигнал логической 1 или высокое напряжение.
  2. Сигнал проходит синхронизацию.
  3. Поступает на контакт входа D.
  4. Если выход «Q» находился в состоянии логической 1, то он включается.
  5. Если на выходе «Q» находился логический 0 или этот контакт находился в состоянии сброса, логическая 1 передается на выход «Q−».

Иными словами, состояние триггера на выходе зависит от его предыдущего положения. Если предыдущее положение было в состоянии высокого напряжения, то на этот выход поступит логическая 1. Если положение было в состоянии сброса, то логический 0.

Практически все D-триггеры являются динамическими. При динамическом управлении состоянием триггера используется понятие фронта. Фронтом называют переход от 1 к 0. Подразумевается 2 вида фронта:

  1. Передний. При этом положении осуществляется переход от 0-1.
  2. Задним фронтом является переход сигнала от 1 к 0.

Существуют разновидности D устройств с дополнительным входом V. Название этого входа расшифровывается как проверочный. Работает такой элемент с неким замедлением. Оно необходимо для предварительной синхронизации сигнала, с его последующим подтверждением. При этом не играет особой роли, сколько памяти занято в устройстве. Обычные и DV-триггеры предназначены для работы в сложных устройствах с множеством ячеек. Например, в электронных счетчиках эти устройства отвечают его за актуальное значение. При его смене состояние триггера изменяет свой фронт.

Далее приведена таблица истинности и УГО фронтов.

Фронты D триггера

D-триггер

Т-триггер

Триггеры типа T на логических элементах включают в себя многие возможности ранее описанных устройств. Есть модели асинхронного и синхронного типа, динамические и с дополнительным подтверждающим входом.

Асинхронные

При получении положительного сигнала на вход, на выходе получается напряжение в 2 раза выше входного. Такой эффект возможен только при импульсном сигнале, поступающем на T вход. При этом частота поступления по временной шкале не имеет препятствий, а значит сигнал доходит гораздо быстрее. Асинхронные T устройства в состоянии логической 1 на выходе имеют противофазу инверсного выхода.

Синхронные

Эти T-триггеры подобны асинхронным. Исключение состоит в наличие тактового сигнала на входе. Также существует противофаза на инверсном выходе и появление удвоенного напряжения.

Устройство T элементов можно легко отнести к делителям импульсных сигналов. Эти элементы работают только при наличии переднего фронта. Иными словами, осуществляется переход от 0 к 1. Но разница заключается в учете временного интервала между импульсами.

Триггеры типа T часто используются в логических вычислительных процессах. Осуществляется это за счет функции увеличения или снижения напряжения:

  1. При увеличении частоты на выходе с логической 1, осуществляется запись положительного числа.
  2. При уменьшении частоты на инверсном выходе при логическом 0, осуществляется запись отрицательного числа.

При учете, сколько памяти необходимо для перехода и деления сигнала, элемент может быть дополнен входом подтверждения. Программирование с использованием T-триггера допускает использование устройства в различных электронных счетчиках без встроенной памяти. Далее дана диаграмма работы устройства.

Т-триггер

JK-триггер

Является самым универсальным электронным элементом. В этих устройствах присутствуют:

  1. Входы «J» и«K» в качестве информационных. При этом «J» — обычный вход «S», а «K» — вход «R».
  2. «С» — вход динамический.
  3. «R» и «S» статические.

JK устройство работает по принципу перехода из одного состояния в другое, но с учетом единицы времени. Также существует разность при подаче сигнала на вход синхронизации. Иными словами, если на оба входа JK подать логическую 1, то на его выходах появится прямо противоположное значение. Но при этом устройство не воспримет наличие двух 1 единиц как ошибку.

В зависимости от назначения, в данном триггере может использоваться так называемый фронт (передний или задний). В этом случае устройство считается синхронным, а его состояние определяется актуальным положением логических чисел. При расчете рабочего состояния элемента также учитывается возможность одновременного использования устройства в качестве T или D триггера. В этом случае учитывается параметр временного интервала поступления сигнала, какое напряжение будет получено при выходе и устойчивость состояния элемента. Информатика часто использует этот элемент в качестве универсального устройства контроля состояния устойчивой работы простых логических функций. Далее дана диаграмма работы устройства.

JK-триггер

Симметричный

Симметричный триггер относится к особому виду элементов. Он создается на транзисторах и является усилителем постоянного тока двухкаскадного типа. Работает устройство за счет использования транзисторов с полностью идентичными параметрами.

Принцип работы следующий:

  1. При подаче напряжения на устройство, транзистор VT1 считается открытым. Напряжение его коллектора равняется 0.
  2. В этот момент транзистор VT2 закрыт. Его коллектор имеет положительное напряжение.
  3. Для осуществления перехода из одного состояния в другое используется импульс напряжение. Этот импульс создается конденсатором.
  4. При появлении импульса транзисторы меняют свое состояние.

При смене положения транзисторов создается перепад напряжения, и оно значительно снижается.

Cхема симметричного JK-триггера

В схемах симметричных триггеров основным элементом является система запуска. Она может отличаться по способу управления и месту, с которого поступил пусковой импульс.

  1. Раздельное управление. Предполагает подачу напряжения на определенный вход триггера. При таком управлении элемент считается RS-триггером.
  2. Общее или счетное управление. Напряжение подается на общий входной контакт. При таком подключении, устройство схоже по параметрам с Т-триггером.

Место поступления импульса может быть от коллектора или базы транзистора. При таких схемах подключения существует вероятность появления ложного или вторичного сигнала. Он отсекается путем подключения диода.

Cхема пуска JK-триггера

Основным недостатком симметричных элементов является полная зависимость от времени поступления импульсного сигнала и его длительности. Если длительность недостаточная, импульс не успеет открыть транзистор, а значит не произойдет закрытие второго транзистора.

Такие устройства используются в устройствах учета импульсов, генераторах частоты, переключателях радиоэлектронных цепей.

Заключение

С триггерами в жизни мы сталкиваемся довольно часто, ведь они широко используются в различных сферах. В данной статье было приведено описание и области использования различных разновидностей данного устройства. При ремонте электронного оборудования важно знать: для чего нужен этот элемент, где он используется и по какому принципу работают такие устройства.

Логические микросхемы. Часть 7. Триггеры. RS — триггер

Триггеры. RS - триггер

Электронные устройства с двумя устойчивыми состояниями на выходе называются триггерами. В одно из устойчивых состояний триггер переводится входными импульсами.

Подобная формулировка дается, как правило, во всей технической литературе. Для того, кто столкнулся с нею в первый раз, она может быть не совсем понятна. Какие же это два состояния, и почему их называют устойчивыми?

Проще всего это объяснить на простом и доступном примере. Достаточно близким и понятным аналогом может служить обычная лампочка с выключателем. Здесь налицо два состояния: горит – не горит. Для триггера эти состояния высокий уровень, низкий уровень. Также иногда говорят, включен – выключен, установлен – сброшен.

Для того, чтобы зажечь или погасить лампочку, достаточно лишь прикоснуться к выключателю. Чтобы лампочка продолжала гореть вовсе не обязательно удерживать выключатель пальцем: лампочка будет гореть сколь угодно долго.

Другими словами она находится в устойчивом состоянии. Вывести ее из этого состояния, можно только выключив, при помощи все того же выключателя. Или, иначе говоря, перейти к другому устойчивому состоянию. Это состояние также будет устойчивым, то есть сохраняется сколь угодно долго, до тех пор, пока ее не включат.

В качестве другого похожего примера можно вспомнить обычный магнитный пускатель с двумя кнопками: нажали черную кнопку – электромотор включился, нажали красную – выключился. При этом следует обратить внимание на то, что повторное нажатие кнопки «Пуск» (если двигатель уже включен) ни в коем случае не увеличит его частоту вращения. В точности так же можно нажимать кнопку «Стоп», когда мотор остановлен: это просто подтверждение состояния «Стоп».

В этих примерах явно просматривается импульсный характер входного сигнала (нажатие выключателя или кнопки). Также налицо два состояния «включено – выключено», каждое из которых является устойчивым: продолжается до тех пор, пока не будет воздействия входного сигнала. Наиболее близким к рассмотренным примерам является RS – триггер.

RS – триггер

Из всех видов триггеров RS – триггер, как по принципу действия, так и по схемотехнике самый простой. Раньше, когда триггеры выполнялись на дискретных деталях (транзисторы, резисторы, конденсаторы, диоды) говорили, что триггер это двухкаскадный усилитель, охваченный положительной обратной связью. Этот вариант мы рассматривать не будем.

Достаточно простым получается триггер из логических элементов 2И – НЕ микросхемы К155ЛА3. Схема такого триггера показана на рисунке 1.

RS – триггер на элементах 2И – НЕ

Рисунок 1. RS – триггер на элементах 2И – НЕ.

Триггер получается путем перекрестных обратных связей с выхода на вход между двумя логическими элементами. Такой триггер имеет два выхода и два независимых входа. Один из входов (верхний по схеме) называется S от английского SET – установить, другой вход носит название R от английского RESET – сбросить. Часто эти входы и соответственно сигналы называют просто включить и выключить.

Кроме двух входов RS – триггер имеет два выхода. Чаще всего выходы обозначаются на схемах буквой Q. Один из выходов носит название прямой, а другой выход инверсный. Буква Q обозначающая инверсный выход сверху подчеркнута. Допускается также обозначение /Q или –Q. На нашей схеме прямой выход это 3 вывод элемента DD1.1, а инверсный выход – вывод 6 элемента DD1.2.

В качестве входных сигналов используются просто кнопки, нажатием которых триггер переводится в соответствующее состояние. В реальных схемах входные сигналы могут подаваться с выходов микросхем. Для проведения учебных опытов кнопки можно заменить просто отрезком провода.

Сразу следует заметить, что в данной схеме все условно: входные сигналы не принадлежат конкретным ножкам микросхемы, как указано на схеме. В данном случае R и S можно поменять местами, при этом изменится и расположение прямого и инверсного выходов. Здесь все просто зависит от фантазии разработчика конкретной схемы.

Для индикации состояния триггера используются два светодиода: один из них светится, когда на выходе состояние высокого уровня. Другой же будет погашен. Светодиоды можно и не устанавливать, состояние выходов триггера можно проконтролировать обычным вольтметром, хотя это будет не очень удобно и наглядно.

После того, как схема собрана на макетной плате, следует проверить правильность монтажа, после чего включать. При включении зажжется один из светодиодов. Какой именно, заранее сказать нельзя, так как все определяется нестабильными переходными процессами при включении и разбросом параметров логических элементов.

Предположим, что засветился светодиод HL1, что говорит о том, что на прямом выходе триггера Q высокий уровень. В этом случае говорят, что триггер установлен. На инверсном выходе /Q будет соответственно низкий уровень (уровень сигнала на инверсном выходе всегда противоположен уровню на прямом выходе).

Все рассуждения о состоянии триггера ведутся относительно состояния прямого выхода. Если на прямом выходе высокий уровень, триггер установлен (включен, находится в единичном состоянии), а если на прямом выходе низкий уровень, то считается, что триггер сброшен (выключен, в нулевом состоянии). Как уже было сказано выше состояние инверсного выхода всегда противоположно прямому.

Итак при включении питания зажегся светодиод HL1, что говорит о высоком уровне на прямом выходе. Светодиод HL2 будет погашен – триггер находится в единичном состоянии.

Если в таком состоянии триггера нажать на кнопку SB1, то ничего не произойдет — будет продолжать светиться светодиод HL1 а HL2 погашен. Таким образом, нажатие кнопки SB1 просто подтвердило единичное состояние триггера.

Вывести триггер из этого состояния можно только нажатием на кнопку SB2: светодиод HL1 погаснет, а HL2 начнет светиться. Как и в предыдущем случае повторное нажатие или длительное удержание кнопки SB2 этого состояния не изменить не сможет. В этом состоянии схема будет оставаться сколь угодно долго, а именно до нажатия кнопки SB1, либо до выключения питания.

А что произойдет, если нажать обе кнопки сразу? Страшного ничего, не считая того, что состояние триггера будет неопределенным, так как на обоих выходах присутствует уровень логической единицы. По логике работы триггера такое состояние считается запрещенным, поэтому оно недопустимо.

Если на обоих входах присутствует уровень логической единицы, то состояние триггера не меняется. Этот режим называется режимом хранения информации. Поэтому RS – триггер часто применяется в запоминающих устройствах, например в микросхемах статического ОЗУ разных типов.

Весь этот рассказ представлен в таблице истинности RS – триггера, показанной на рисунке 1б. Подобный вариант RS – триггера называется асинхронным, поскольку не требует каких либо дополнительных сигналов, разрешающих или запрещающих работу RS входов.

Достаточно часто RS – триггер используется в качестве подавителя дребезга механических контактов, если требуется подсчитать количество импульсов с помощью электронного счетчика. Такие счетчики также выполняются на триггерах. Как правило, это D или JK триггеры, о которых будет рассказано в следующей части статьи.

  • Логические микросхемы. Часть 6
  • Как защититься от колебаний сетевого напряжения
  • Контроллер светодиодных гирлянд своими руками

Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Практическая электроника, В помощь начинающим электрикам

Подписывайтесь на канал в Telegram про электронику для профессионалов и любителей: Практическая электроника на каждый день

Поделитесь этой статьей с друзьями:

Что такое триггер в электронике — подробно разбираемся в терминах

Как с помощью мультиметра измерить сопротивление

Скорее всего, вам уже приходилось слышать это слово «триггер». Например, вы возможно, обращали внимание на смешные картинки — мемы, на которых в последнее время очень часто встречается это слово. Кроме этого, вы возможно, связываете это понятие с какой-то функцией, запускающей другие события. Но, в данной статье мы подробно поговорить о триггерах в электроники. Триггер это в электронике — устройство, которое в один момент времени может находиться в одном из устойчивых состояний. Обычно, таких состояний существует два. В этой статье мы подробно обсудим принципы работы самых простых типов триггеров — RS. Также, мы коснемся вопроса триггеров счетчиков типа T.

Вам также будет интересно прочитать о принципах работы необычных JK триггеров, о которых мы поговорим во второй части статьи, кстати, именно там мы приведем таблицу перехода данного типа электронных устройств.

Что такое тригеры —кратко

Термин триггер происходит от английского слова trigger — защёлка, спусковой крючок. Для обозначения этой схемы в английском языке чаще употребляется термин flip-flop, что в переводе означает “хлопанье”. Это звукоподражательное название электронной схемы указывает на её способность почти мгновенно переходить (“перебрасываться”) из одного электрического состояния в другое и наоборот.

Самый распространённый тип триггера — так называемый RS-триггер (S и R, соответственно, от английских set — установка, и reset — сброс). Условное обозначение триггера — на рис. 5.6.

Он имеет два симметричных входа S и R и два симметричных выхода Q и , причем выходной сигнал Q является логическим отрицанием сигнала . На каждый из двух входов S и R могут подаваться входные сигналы в виде кратковременных импульсов ( ). Наличие импульса на входе будем считать единицей, а его отсутствие — нулем. На рис. 5.7 показана реализация триггера с помощью вентилей ИЛИ—НЕ и соответствующая таблица истинности.

S R Q
запрещено
1 1
1 1
1 1 хранение бита

Проанализируем возможные комбинации значений входов R и S триггера, используя его схему и таблицу истинности схемы ИЛИ—НЕ (табл. 5.5).

  1. Если на входы триггера подать S=”1″, R=”0″, то (независимо от состояния) на выходе Q верхнего вентиля появится “0”. После этого на входах нижнего вентиля окажется R=”0″, Q=”0″ и выход станет равным “1”.
  2. Точно так же при подаче “0” на вход S и “1” на вход R на выходе появится “0”, а на Q — “1”.
  3. Если на входы R и S подана логическая “1”, то состояние Q и не меняется.
  4. Подача на оба входа R и S логического “0” может привести к неоднозначному результату, поэтому эта комбинация входных сигналов запрещена.

Поскольку один триггер может запомнить только один разряд двоичного кода, то для запоминания байта нужно 8 триггеров, для запоминания килобайта, соответственно, 8 х 2 10 = 8192 триггеров. Современные микросхемы памяти содержат миллионы триггеров.

Краткие теоретические сведения

Триггеры предназначены для запоминания двоичной информации. Использование триггеров позволяет реализовывать устройства оперативной памяти (то есть памяти, информация в которой хранится только на время вычислений).

[stextbox триггеры могут использоваться и для построения некоторых цифровых устройств с памятью, таких как счётчики, преобразователи последовательного кода в параллельный или цифровые линии задержки.[/stextbox]

RS-триггер

Основным триггером, на котором базируются все остальные триггеры является RS-триггер. RS-триггер имеет два логических входа:

  • R – установка 0 (от слова reset);
  • S – установка 1 (от слова set).

RS-триггер имеет два выхода:

  • Q – прямой;
  • Q- обратный (инверсный).

Состояние триггера определяется состоянием прямого выхода. Простейший RS-триггер состоит из двух логических элементов, охваченных перекрёстной положительной обратной связью.

Рассмотрим работу триггера:

Пусть R=0, S=1. Нижний логический элемент выполняет логическую функцию ИЛИ-НЕ, т.е. 1 на любом его входе приводит к тому, что на его выходе будет логический ноль Q=0. На выходе Q будет 1 (Q=1), т.к. на оба входа верхнего элемента поданы нули (один ноль – со входа R, другой – с выхода ). Триггер находится в единичном состоянии. Если теперь убрать сигнал установки (R=0, S=0), на выходе ситуация не изменится, т.к. несмотря на то, что на нижний вход нижнего логического элемента будет поступать 0, на его верхний вход поступает 1 с выхода верхнего логического элемента.

Будет интересно➡ Вводный инструктаж по охране труда в 2023 году

Триггер будет находиться в единичном состоянии, пока на вход R не поступит сигнал сброса. Пусть теперь R=1, S=0. Тогда Q=0, а =1. Триггер переключился в “0”. Если после этого убрать сигнал сброса (R=0, S=0), то все равно триггер не изменит своего состояния. Для описания работы триггера используют таблицу состояний (переходов). Обозначим:

  • Q(t) – состояние триггера до поступления управляющих сигналов (изменения на входах R и S);
  • Q(t+1) – состояние триггера после изменения на входах R и S.

Таблица переходов RS триггера в базисе ИЛИ-НЕ

R S Q(t) Q(t+1) Пояснения
Режим хранения информации R=S=0
1 1
1 1 Режим установки единицы S=1
1 1 1
1 Режим установки нуля R=1
1 1
1 1 * R=S=1 запрещённая комбинация
1 1 1 *

RS-триггер можно построить и на элементах “И-НЕ” (рисунок 2.2).

Входы R и S инверсные (активный уровень “0”). Переход (переключение) этого триггера из одного состояния в другое происходит при установке на одном из входов “0”. Комбинация R=S=0 является запрещённой.

Таблица переходов RS триггера в базисе “2И-НЕ”

R S Q(t) Q(t+1) Пояснения
* R=S=0 запрещённая комбинация
1 *
1 Режим установки нуля R=0
1 1
1 1 Режим установки единицы S=0
1 1 1
1 1 Режим хранения информации R=S=1
1 1 1 1

Синхронный RS-триггер

Схема RS-триггера позволяет запоминать состояние логической схемы, но так как при изменении входных сигналов может возникать переходный процесс (в цифровых схемах этот процесс называется “опасные гонки”), то запоминать состояния логической схемы нужно только в определённые моменты времени, когда все переходные процессы закончены, и сигнал на выходе комбинационной схемы соответствует выполняемой ею функции. Это означает, что большинство цифровых схем требуют сигнала синхронизации (тактового сигнала).

[stextbox переходные процессы в комбинационной логической схеме должны закончиться за время периода синхросигнала, подаваемого на входы триггеров. Триггеры, запоминающие входные сигналы только в момент времени, определяемый сигналом синхронизации, называются синхронными. Принципиальная схема синхронного RS триггера приведена. [/stextbox]

Таблица переходов синхронного RS-триггера

R S C Q(t) Q(t+1) Пояснения
1 Режим хранения информации R = S = 0
1 1 1
1 1 1 Режим установки единицы S =1
1 1 1 1
1 1 Режим установки нуля R=1
1 1 1
1 1 1 * R = S = 1 запрещённая комбинация
1 1 1 1 *

В таблице 2.3. под сигналом С подразумевается синхроимпульс. Без синхроимпульса синхронный RS триггер сохраняет своё состояние.

D – триггер

D-триггер имеет 1 информационный вход (D-вход). Бывают только синхронные D-триггеры. Состояние информационного входа передаётся на выход под действием синхроимпульса (вход С).

Таблица переходов D-триггера

C D Q(t) Q(t+1) Пояснения
* Режим хранения информации
* 1 1
1 * Режим записи информации
1 1 * 1

Если на входе D – “1”, то по приходу синхроимпульса Q = 1. Если на D “0”, то Q =0.

Счётный триггер (Т-триггер)

Т-триггер имеет один счётный информационный вход.Триггер переключается каждый раз в противоположное состояние, когда на вход Т поступает управляющий сигнал.

Таблица 2.5 – Таблица переходов Т триггера

T Q(t) Q(t+1)
1 1
1 1
1 1

Универсальный триггер (JK-триггер)

Такой триггер имеет информационные входы J и К, которые по своему влиянию аналогичны входам S и R тактируемого RS-триггера:

  • при J=1, K=0 триггер по тактовому импульсу устанавливается в состояние Q=1;
  • при J= 0, К=1 – переключается в состояние Q=0;
  • при J=K=0 – хранит ранее принятую информацию.

Но в отличие от синхронного RS-триггера одновременное присутствие логических 1 на информационных входах не является для JK-триггера запрещённой комбинацией и приводит триггер в противоположное состояние.

Таблица переходов JK триггера

K J C Q(t) Q(t+1)
1
1 1 1
1 1 1
1 1 1 1
1 1
1 1 1
1 1 1 1
1 1 1 1

Цифровая электроника – ЯБ-триггеры с доминирующим Я-входом

Наличие запрещенных комбинаций для тактируемых &У-триггеров вызвало идею построения триггера, который принудительно устанавливает Qx в 0 при S= 1 и R = 1, при подаче синхроимпульса. Это становится возможным благодаря особенному подключению входов. На рис. 7.35 показано такое соединение входов. При S = 1 и R = 1, 1-сигнал не может воздействовать на триггер, так как на выходе элемента НЕ действует 0. И-элемент запирается. 1-сигнал на R разрешает сброс. Режим установки при S = 1 и R = 0 остается возможен, так как теперь на выходе элемента НЕ действует 1 и И-элемент имеет на выходе 1.

Такой триггер называется .RS’-триггером с доминирующим /?-входом, или ^триггером. Правило его работы следует из условного обозначения на рис. 7.36 (см. также разд. 7.1). Оно гласит: если оба входа триггера S, R и вход Т имеют уровень 1, то при сигнале синхронизации 1 Q< устанавливается на 0, a Q2 — на 1. Таблица истинности тактируемого ЛУ-триггера с доминирующим R-входом представлена на рис. 7.37. Разумеется, существует также тактируемый RS-триггер с доминирующим ^-входом (см. контрольный тест).

Будет интересно➡ Как работает выпрямитель напряжения

Еще несколько полезных моментов

Общие сведения. Помимо логических элементов, реализующих основные логические операции, в цифровой технике широко используются в качестве базовых элементов ячейки памяти на основе разнообразных триггеров. Обобщенная модель триггера показана на рис. 3.6. Очевидно, любой триггер состоит из схемы управления (СУ) и бистабильной ячейки памяти (ЯП). Триггеры имеют входы управляющих сигналов Х1, Х2,…Хn два взаимоинверсных выхода Q и , а также могут иметь вход синхронизации С.

В общем случае к триггерам относят устройства, имеющие два устойчивых состояния, которые устанавливаются при подаче соответствующей комбинации сигналов на управляющие входы и сохраняются в течение заданного времени после окончания действия этих сигналов. Триггеры способны хранить двоичную информацию (состояния «О» и «1») после окончания действия входных импульсов. Это свойство обусловлено тем, что устройством управляют не только внешние сигналы, но и сигналы обратной связи самого триггера.

По функциональному признаку, определяющему поведение триггера при воздействии сигнала управления и способа управления, триггеры подразделяют на следующие типы:

  • RS-триггеры, имеющие два управляющих входа: S (set— установка) и R (reset—сброс); D-триггеры (D—delay—задержка), имеющие один информационный вход;
  • Т—триггеры (T—time—время, характеризующее внутреннюю задержку), переключающиеся в противоположное состояние с приходом каждого очередного входного импульса.
  • Часто Т-триггеры называют триггерами со счетным запуском. Иногда Т-триггеры обозначают MS. Это отражает то, что каждый из них состоит из двух RS-триггеров, один из которых является основным (М—master—хозяин), а другой—вспомогательный (S—slave—раб);
  • JK—универсальные триггеры, имеющие управляющие входы J (J—-jump—прыжок, переброс) и К (keep—держать, сохранять) и допускающие установку выходных уровней при наличии сигнала на входе синхронизации С.

По способу управления триггеры подразделяют на асинхронные и тактируемые. В асинхронных триггерах переключение из одного состояния в другое осуществляется непосредственно с поступлением сигнала на информационный вход. В тактируемых триггерах переключение производится только при наличии разрешающего, тактирующего импульса на входе синхронизации.

В зависимости от типа используемых ячеек памяти триггеры подразделяются на статические, статико-динамические и динамические. Первые два типа реализуются на основе логических элементов НЕ, ИЛИ-

НЕ, И-НЕ, а последний на основе МДП транзисторов.

В зависимости от типа базовых логических элементов реализуются триггеры с различными параметрами: быстродействием, потребляемой мощностью, нагрузочной способностью и др.

Как видно из рассмотрения принципиальных схем, основу триггеров составляют два инвертора, связанные между собой взаимными перекрестными связями. Эти связи обусловливают в процессе переключения возникновение положительной обратной связи, способствующей повышению быстродействия и надежности работы схемы.

Что такое триггер в электронике — подробно разбираемся в терминах Что такое триггер в электронике — подробно разбираемся в терминах

Что такое триггер в электронике — подробно разбираемся в терминах

При наличии логической 1 на выходе одного инвертора на выходе другого поддерживается логический 0. Необходимые уровни напряжения на выходе издаются схемой управления, которая при использовании логических элементов семейства ТЛНС (см. рис. 3.7, а) образована транзисторами VT1 и VT2, а при использовании элементов семейства ТТЛ (см. рис. 3.7, в) образована эмиттерными переходами транзисторов VT1 и VT2. Триггеры, реализованные на основе логических элементов ИЛИ-НЕ, работают в положительной логике, а реализованные на основе логических элементов И-НЕ работают в отрицательной логике. Для работы в положительной логике схема управления последних усложняется добавлением двух инверторов.

Уровни напряжений на обоих выходах триггера различны и одновременно изменяются на противоположные при работе устройства управления. Поэтому на условном обозначении триггера (см. рис. 3.7, б, г) один из выходов обозначен Q, а второй—через (факт инверсии отражается кружком на стороне прямоугольника). Выход Q считается главным: значениями Q характеризуют состояние триггера в целом.

Уравнение состояний RS-триггера имеет вид Здесь индексами n и n+1 обозначены значения величины Q до и после поступления управляющих сигналов. Используя это уравнение, можно определить возможные состояния триггера при разных наборах управляющих сигналов:

  1. если S = 0, R = 0, то , т.е. триггер сохраняет прежнее состояние;
  2. если S = 0, R = 1, то , т.е триггер по основному выходу находится в состоянии логического ;
  3. если S = 1, R = 0, то , т.е. триггер по основному выходу находится в состоянии логической 1;

если S = 1 и R = 1, то триггер находится в неопределенном состоянии Х, (т.е. с равной вероятностью может находиться в любом из устойчивых состояний Q = 1 или Q = 0), поэтому такой набор является запрещенным: нельзя одновременно подавать на триггер противоположные команды S (установить 1) и R (установить 0).

Будет интересно➡ Естественные и искусственные источники света

Наибольшей универсальностью среди триггеров обладает JK-триггер Он работает как RS-триггер, причем в отличие от RS-триггеров здесь допустимо, чтобы оба управляющих сигнала были равны 1.

Если управляющие сигналы J и К равны 1, то JK-триггер работает как T-триггер. При подаче на вход С синхронизирующего импульса триггер будет работать в режиме делителя на 2. Этот режим используется при построении последовательных счетчиков и делителей частоты любой сложности.

Если на информационные входы J и К подавать противофазные логические сигналы, то триггер будет работать в режиме синхронной записи информации. При подаче тактового импульса на вход С эта информация появляется на выходе, т. е. сдвигается в следующую ячейку Такой режим используется при построении сдвигающих регистров, распределителей импульсов, синхронных.

Интегральные JK-триггеры часто имеют несколько управляющих J, К входов, что расширяет его функциональные возможности и позволяет экономить внешние логические элементы. С помощью указанных входов триггер можно установить в определенное состояние независимо от тактового импульса. Поэтому эти входы получили названия предустановки и стирания.

Что такое триггер в электронике — подробно разбираемся в терминах Что такое триггер в электронике — подробно разбираемся в терминах

Квазистатические триггеры в отличие от динамических не требуют так называемого «тактового питания» в период хранения информации. При записи информации тактовое питание необходимо, оно осуществляется тактовыми импульсами, имеющими длительность, меньшую, чем постоянная времени заряда и разряда паразитных емкостей затворов МДП транзисторов схемы. По сравнению со схемами статического типа квазистатические и динамические схемы триггеров позволяют в 2—3 раза уменьшить число используемых МДП транзисторов.

В динамических триггерах по истечении времени хранения информация теряется. Для сохранения информации необходимо ее периодическое восстановление путем подачи последовательности внешних импульсов, период которых Т меньше времени хранения информации t. Эти импульсы одновременно выполняют функции синхронизации. В зависимости от числа последовательностей синхроимпульсов различают двух- и четырехфазные динамические элементы.

Характерной особенностью цифровых устройств на основе динамических триггеров является то, что синхронизация в них осуществляется путем подключения и отключения соответствующих элементов к цепи питания. При этом элементы потребляют мощность от источника питания не постоянно, а периодически в течение относительно коротких промежутков времени, когда производится переключение элементов или восстановление информации. В результате устройства на динамических элементах при низких частотах переключения потребляют существенно меньшую мощность, чем на основе статических триггеров. Поэтому динамические триггеры являются весьма перспективными элементами для БИС памяти. Рассмотрим принцип действия динамического триггера, пригодного для использования в качестве ячейки памяти БИС.

На рис. 3.8 изображена схема динамического триггера на основе двух инверторов VT1, VT3 и VT2, VТ4, с взаимными перекрестными связями. В триггере используются МДП транзисторы с каналом р-типа. Питание и синхронизация работы триггера производятся импульсными последовательностями, подаваемыми в разрядные шины РШ и РШ1 (в них потенциалы могут принимать значения –Un, 0 B). Хранение информации обеспечивается паразитными емкостями МДП транзисторов, для удобства обозначенными С1 и С2.

Для записи на адресную шину подают напряжение –Un, а на разрядные шины РШ1 и РШ подают уровни –Un и 0. Уровень –Un через ключ VT4 поступает на вход транзистора VT1 и открывает его. На затвор транзистора VT2 поступает уровень 0, и, следовательно, он закрывается. Напряжение на емкости С1 принимает значение uC1 = –Un, а на емкости С2 равно нулю C1=0). После записи отключают напряжение на адресной шине.

Так как остаточный ток закрытого транзистора VT1 мал, то емкость С1 будет сохраняться на выходах ячейки (на стоках VT1 и VT2) длительное время За это время можно несколько раз считывать информацию ячейки (следует учитывать что при считывании приходится открывать транзистор VT4 и разряд С1 ускоряется). Для того чтобы поддерживать напряжение на емкости С1, несмотря на неизбежный ее разряд, осуществляют регенерацию: периодическую запись того же кода.

Скачайте интересную публикацию: Схема устройства трегеров

Динамические триггеры на МДП транзисторах экономичнее и компактнее триггеров на биполярных транзисторах, но уступают им по быстродействию.

elektro-dox.ru/cif-electr/43.html
window.edu.ru/catalog/pdf2txt/742/45742/22360?p_page=3
labfor.ru/guidance/digital-leso2/4
mif.vspu.ru/books/informaticsshau/theory/chapter5/1_5_7.html
h4e.ru/nizkovoltnaya-apparatura/131-printsip-raboty-rs-triggera
siblec.ru/radiotekhnika-i-elektronika/elektronika/3-elementy-i-uzly-tsifrovykh-ustrojstv/3-7-triggery
texnic.ru/tools/cif_ms/5.html
kip-help.narod.ru/elektron/trigger.htm
studme.org/282211/tehnika/triggery

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *