Триггеры

Содержание главы:

В отличие от комбинационных логических цепей триггеры-это логические устройства с памятью. Их выходные сигналы в общем случае зависят не только от сигналов, приложенных к входам в данный момент времени, но и от сигналов, воздействовавших на них ранее. В зависимости от свойств, числа и назначения входов триггеры можно разделить на несколько видов.


Типы триггеров. Все современные серии цифровых микросхем, как правило включают различные типы триггеров, представляющих устройство с двумя устойчивыми состояниями, содержащее бистабильный запоминающий элемент (собственно триггер) и схему управления. Входы, как и сигналы, подаваемые на них делятся на информационные и вспомогательные. Информационные сигналы через соответствующие входы управляют состоянием триггера. Сигналы на вспомогательных входах служат для предварительной устано вки триггера в заданное состояние и его синхронизации. Вспомогательные входы могут при необходимости выполнить, роль информационных. По способу приема информации триггеры подразделяют тактируемые и нетактируемые триггеры. Изменение состояния нетактируемого (асинхронного) триггера происходит сразу же после соответствующего изменения потенциалов на его управляющих входах. В тактируемом (синхронном) триггере изменение состояния может произойти только в момент присутствия соответствующего сигнала на тактовом входе. Тактирование может осуществляться импульсом (потенциалом) или фронтом (перепадом потенциала). В первом случае сигналы на управляющих входах оказывают влияние на состояние триггера только при разрешающем потенциале на тактовом входе. Во втором случае в оздействие управляющих сигналов проявляется только в момент перехода единица - нуль или нуль - единица на тактовом входе. Существуют также универсальные триггеры, которые могут работать как в тактируемом, так и в нетактируемом режиме. Основные типы триггеров в интегральном исполнении носят следующие названия: D-триггеры, Т-триггеры, RS-триггеры и JK-триггеры.

Содержание.

Обозначение триггеров. Условные обозначения триггеров имеют вид прямоугольников, внутри которых пишется буква Т и к которым слева подводятся входные сигналы, Обозначения входов триггера пишутся на дополнительном поле в левой част и прямоугольника. Тактовый вход обозначается буквой С. Динамические входы, т. е. такие входы, которые оказывают воздействие на триггер только в момент перепада на них потенциала, обозначаются дополнительно косой чертой в месте соединения линии входа с об означением триггера. При этом черта идет снизу вверх, если последний срабатывает от перепада 0/1, и сверху вниз, если рабочим является перепад 1/0. Принимается, что статические входы могут повлиять на состояние триггера тогда, когда на этих входах присут ствует потенциал "единица". Если же устанавливающим по какому-то входу является сигнал "нуль", то этот вход дополнительно обозначается кружком. Выходы триггера показываются с правой стороны прямоугольника, причем инверсный выход также обозначается кружком.

Содержание.

RS-триггер. Асинхронный триггер RS-типа (рис 1) имеет два информационных входа R и S. Входы S и R названы по первым буквам английских слов set - установка и reset - сброс. При S=1 и R=0 на выходах триггера появляются сигналы: на прямом выходе Q=1, на инверсном Q=0. При S=0 и R=1 выходные сигналы триггера принимают противоположные состояния (Q=0, Q=1). Этот триггер не имеет тактового входа. Простейший RS-триггер можно реализовать на логических элементах ИЛИ-НЕ или И-НЕ, как показано на рисунке 1.



Рис. 1. Асинхронный RS-триггер на логических элементах ИЛИ-НЕ и И-НЕ.

Проиллюстрировать работу такого асинхронного триггера можно с помощью таблиц истинности или временных диаграмм (рис.2). Обратите внимание, что простейший триг-гер при S=1 и R=0 устанавливается в состояние логического нуля (и наоборот). Здесь Q – состояние выхода до установки входных сигналов (режим хранения).

На элементах ИЛИ-НЕ
На элементах И-НЕ
Вход S
Вход R
Прям. Q
Инвер. Q
Вход S
Вход R
Прям. Q
Инвер. Q
0
0
Q
Q
0
0
1
1
0
1
1
0
0
1
1
0
1
0
0
1
1
0
0
1
1
1
0
0
1
1
Q
Q

При одновременном поступлении сигнала 1 или 0 на входы R и S выходные сигналы триггера не определены, поэтому в устройствах на основе RS-триггера необходимо исключать такие режимы (запрещенное состояние). Существуют разновидности RS-триггера, носящие название Е-, R- и S-триггеров, для которых сочетание S=1 и R=1 не является запрещенным.
Синхронный одноступенчатый RS-триггер рис. 2 отличается от асинхронного наличием С-входа для синхронизирующих тактовых импульсов. Синхронный триггер состоит из асинхронного RS-триггера и двух логических элементов на его входе.

а
б
в
Рис. 2. Синхронный RS-триггер.

а - структурная схема; б - условное обозначение в - временные диаграммы

Переключение этого триггера происходит только при появлении высокого уровня на тактовом входе С, что хорошо видно на временной диаграмме, рис. 2. Триггер RS используется как устройство памяти в других типах триггеров.

Таблица истинности асинхронного RS-триггера.

Sn Rn Qn+1
0 0 Qn
0 1 0
1 0 1
1 1 X

Содержание.

D-триггер. или триггер задержки (от английского delay-задержка), при разрешающем сигнале на тактовом входе устанавливается в состояние, соответствующее потенциалу на входе D. Если обозначать выходной сигнал триггера буквой Q, то для D-тригтера можно написать следующее равенство: Qn=Dn-1. Индексы n и n-1 указывают на то, что выходной сигнал Q изменяется не сразу после изменения входного сигнала D, а только с приходом разрешающего тактового сигнала. Тактирование D-триггера может о существляться импульсом или фронтом. В тактируемом фронтом D-триггере изменение потенциала на входе D, синхронное с тактовыми импульсами, повторяется на выходе Q с задержкой на один период тактовых импульсов (отсюда и название-триггер задержки). На рисунке 3 показаны: структурная схема, условное обозначение и временная диаграмма D-триггера. Он состоит из синхронного RS-триггера и инвертора. Благодаря инвертору невозможно запрещенное соотношение сигналов на входах S и R. Из временной диаграммы (рис. 3в) видно, что D-триггер осуществляет задержку установки Q на время, отделяющее момент из менения сигнала D от начала очередного тактового импульса, причем выходной сигнал Q сохраняется до прихода очередного тактового импульса.

DnQn+1
00
11
а.б.                в.г.
Рис. 3. D-триггер:
а- таблица истинности б - структурная схема; в - условное обозначение г - временные диаграммы

Тактирование D-триггера может осуществляться уровнем или фронтом. Более простым является D-триггер первого типа, который реализуется на основе RS-триггера (рис. 3). Он состоит из синхронного RS-триггера и инвертора. Благодаря инвертору невозможно запрещенное соотношение сигналов на входах S и R.


Рис. 4. D-триггер синхронизируемый уровнем (статическое управление). Условное обозначение и временные диаграммы

На анализ работы и временная диаграмма (рис. 4) показывают, что сигнал с входа D проходит на выход Q только при условии высокого уровня на тактовом входе C.


Рис. 5. D-триггер синхронизируемый фронтом (динамическое управление). Условное обозначение и временные диаграммы.

В тактируемом фронтом D-триггере (рис.5) изменение потенциала на входе D, синхронное с тактовыми импульсами, повторяется на выходе Q по перепаду уровня (в данном случае с низкого на высокий) с задержкой относительно тактовых импульсов. Выходной сигнал Q сохраняется до прихода очередного тактового импульса. При чем эта информация хранится в D-триггере, пока не придет следующий бит (0 или 1) информации. По сути это ячейка памяти. Если вход D замкнуть с инверсным выходом, то останется только один вход С. При подаче на вход С импульсов триггер переключается в противоположное состояние. Таким образом, триггер осуществляет деление частоты входных импульсов на 2. В таком режиме D-триггер работает счетным или Т-триггером.

Содержание.

Т-триггер, или счетный триггер, срабатывает только по соответствующему фронту на тактовом входе, т. е. Т-триггеры бывают только тактируемые фронтом. Кроме тактового входа, Т-триггер может иметь один управляющий вход - Т-вход. Сигнал на этом входе разрешает (если Т=1) или запрещает (если Т=0) срабатывание триггера от фронтов импульсов, приходящих на тактовый вход. Для такого триггера Qn= (QT+QT)n-1. Из этого уравнения следует, что при Т=1 соответствующий фронт сигнала на тактовом входе переводит триггер в противоположное состояние (из нуля в единицу и наоборот). Частота изменения потенциала на выходе Т-триггера в два раза меньше частоты импульсов на его тактовом входе (при Т=1). Это свойство Т-триггеров позволяет строить на их основе двоичные счетчики. Поэтому эти триггеры и называются счетными. Если в Т-триггере отсутствует управляющий вход, то он срабатывает на каждый соответствующий перепад на тактовом входе, т.е. ведет себя как Т-триггер с управляющим входом при Т=1.

TnQn+1
0Qn
1Qn+1
а.б.                в.г.

Рис. 6. T-триггер:
а-таблица истинности б - структурная схема в - условное обозначение г - временные диаграммы


Содержание.

JK-триггер имеет также два управляющих входа J и K. Подобно RS-триггеру, в JK-триггере J и K-это входы установки триггера в единицу и нуль. В отличие от RS-триггера в JK-триггере наличие двух единичных управляющих сигналов (J=K=1) приводит к переходу триггера в противоположное состояние, т. е. в данном случае JK-триггер работает как T-триггер. JK-триггеры тактируются только перепадом потенциала на тактовом входе, те он всегда тактируемый или уровнем, или фронтом. Находят применение также JK-триггеры, которые изменяют свои состояния под воздействием перепадов сигналов на входах J и K. Уравнение для JK-триггера выглядит следующим образом: Qn=( JQ + KQ )n-1. На рис.4 указаны основные принципы построения и обозначения JK-триггеров.

JK-триггер

Рис. 4 Принципы построения (а, в, г) и обозначения (б, д) JK-триггеров.

Практические микросхемы триггеров обычно содержат различные вспомогательные входы. В качестве примера на рис. 4 д показана схема триггера К155ТВ1. Здесь кроме тактируемых входов J и K имеются также нетактируемые инверсные входы S и R. Для того чтобы упростить построение счетчиков, в этих триггерах предусмотрено по три входа J и К, объединенных посредством ячеек И (J=J1J2J3. K=K1K2K3).
В таблице ниже перечислены режимы работы JK-триггера. Напоминаем, что переклю-чение происходит только при поступлении тактового импульса на вход C.
J
K
Q
Режим работы
0
0
Q
Хранение
1
0
1
Установка в 1
0
1
0
Сброс в 0
1
1
Qinv
Счет


Содержание.

Задачи из сборника задач по микроэлектронике
задача 8.9 по теме D-триггер.
задача 8.10
по теме JK-триггер.

test