Одноступенчатые триггеры

 

Триггер - устройство с двумя устойчивыми состояниями, способное под воздействием внешнего управляющего сигнала осуществлять скачкообразный переход из одного устойчивого состояния в другое. Состояние триггера и значение хранимой двоичной информации определяются прямым и инверсным выходными сигналами.

Принято считать, что если на прямом выходе имеется единичный сигнал, то триггер находится в единичном (включенном) состоянии. При этом сигнал на инверсном выходе нулевой. В противном случае триггер находится в нулевом состоянии.

Триггеры классифицируются:

- по способу синхронизации на асинхронные и синхронные;

- по способу управления информацией различают триггеры со статическим, динамическим, одноступенчатым и многоступенчатым управлением;

- по способу организации логических связей (функционирования) различают триггеры типа RS, D, JK, Т и др.

В асинхронных триггерах изменения состояний происходят непосредственно при подаче сигналов на информационный вход (входы). В синхронных (тактируемых) триггерах состояния изменяются при подаче на специально выделенный управляющий вход синхронизирующих (тактирующих) сигналов после изменения значений сигналов на информационных входах.

 

Приняты следующие обозначения:

- R (от англ. Reset - сброс) - раздельный вход установки триггера в состояние 0 (отключенное);

- S (от англ. Set - установка) - раздельный вход установки триггера в состояние 1 (включенное);

- К (от англ. Kill - внезапное отключение) - вход раздельной установки универсального триггера в состояние 0 (отключено);

- J (от англ. Jerk -внезапное включение) - раздельный вход установки универсального триггера в состояние 1;

- D (от англ. Delay - задержка) - информационный вход установки триггера в состояние, соответствующее логическому сигналу на этом входе (0 либо 1);

- Т (от англ. Toggle - релаксатор) - счетный вход триггера;

- С (от англ. Clock - источник сигналов синхронизации) - исполнительный управляющий (синхронизирующий) вход.

 

В вычислительной технике триггеры применяются в качестве элементов (ячеек) памяти в устройствах памяти, а также как базисные элементы построения различных узлов ЭВМ (счетчики, регистры и др.)

В данном практикуме исследуются RS, D и JK-триггеры, построенные на базисных элементах И-НЕ.

RS-триггер представляет собой устройство с двумя устойчивыми состояниями и двумя информационными входами R и S. Схема асинхронного (не синхронизируемого) RS-триггера на базисных элементах И-НЕ приведена на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1-Триггер RS-типа

 

Триггер образован из двух логических элементов 2И-НЕ, соединенных так, что возникают положительные обратные связи. Допустим, что Q=1, q=0. При подаче R=1 и S=1 триггер остается в предыдущем состоянии, т.е. осуществляется режим хранения записанной ранее информации. При одновременной подаче сигналов 0 на оба входа RS-триггер переходит в состояние 1-1, из которого попытка перехода в режим хранения одновременной подачей 1 на входы триггера приведет его в неустойчивое состояние, что не должно допускаться. В противном случае возможен сбой в работе других устройств, связанных с выходами данного триггера. При подаче сигналов S=0 при R=1 или наоборот триггер устанавливается соответственно в " 1" или " 0".

Синхронный RS-триггер. В практике эксплуатации дискретных устройств на входы их элементов сигналы не всегда поступают одновременно. Это обусловлено тем, что входные сигналы устройства могут проходить до поступления через разное число логических элементов, не обладающих к тому же одинаковой задержкой. Эти явления неодновременных изменений входных сигналов называются состязаниями или гонками. В результате состязаний новые значения одних сигналов будут сочетаться с предыдущими значениями других, что может привести к ложным срабатываниям триггера, а поэтому и всего устройства, в которое он входит. Это отрицательное явление можно устранить путем стробирования. Для этого в триггере кроме информационных сигналов организуются тактирующие (синхронизирующие) импульсы. К моменту прихода синхронизирующих сигналов информационные сигналы на входах триггера обычно успевают установиться.

На рисунке 3.2 приведена схема синхронного однотактного RS-триггера на элементах И-НЕ, который кроме информационных входов S и R имеет вход синхронизации С. При С=1, триггер работает подобно асинхронному, при С=0 - сохраняет свое предыдущее состояние. Кроме того, триггер имеет асинхронные входы r и s, на которые подаются входные сигналы при С=0 с целью принудительной установки триггера в нужное состояние. В этом случае во время управления триггером, как синхронным устройством при С=1, на асинхронные входы должны подаваться сигналы 1. Необходимо подчеркнуть, что для обеспечения правильной работы синхронных триггеров информационные сигналы должны изменяться в течение паузы между синхроимпульсами, т.е. при С=0.

 

 

 

 

D-триггер является одним из широко употребляемых триггеров. В синхронных дискретных устройствах D-триггер реализует функцию временной задержки и имеет только режимы установки " 1" и " 0". В связи с этим асинхронный D-триггер (рисунок 3.3) обычно не применяется, т.к. его выход будет просто повторять входной сигнал. Синхронный D-триггер (рисунок 3.4), являясь однотактным, задерживает распространение входного сигнала на время паузы между синхроимпульсами (задержка на полпериода). Для задержки на период (на один такт) используется двухтактный D-триггер (рисунок 3.5).

 

 

 

JK-триггер, однотактная схема которого с синхронным исполнением приведена на рисунке 3.6, отличается от RS-триггера структурно тем, что их входные элементы имеют обратную связь с выходов триггера. JK-триггеры, в случае J=K=1, инвертируют хранимую в них информацию (переключаются в противоположное состояние). Но при этом работают нестабильно, входя в режим генерации если входной сигнал для асинхронных триггеров больше по продолжительности, чем время срабатывания JK-триггера, а в синхронном - если синхроимпульс по продолжительности больше времени срабатывания триггера (что обычно и бывает). По этой причине в сериях базисных элементов содержатся только двухтактные (двухступенчатые) JK-триггеры.

 

 

Рисунок 3.6- Синхронный JK-триггер

 

На базе синхронного JK-триггера можно реализовать асинхронный и синхронный Т-триггер (счетный триггер), а также синхронные D-и RS-триггеры (рисунок 3.7).

Рисунок 3.7-Триггеры типа D, T и RS на основе JK-триггера