Асинхронный rs триггер реферат
Обновлено: 05.07.2024
* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.
БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Триггерные устройства являются наиболее распространенными функциональными элементами цифровых систем. Наибольшее применение триггеры находят в счетчиках, регистрах, элементах памяти, распределителях сигналов, накапливающих сумматорах и др. Триггеры имеют и самостоятельное применение, например в устройствах управления, выполняя функции логического преобразования и хранения информации.
Классификация триггерных устройств
Триггерами (trigger или flip-flop) (триггерными устройствами, системами) называют большой класс электронных устройств, обладающих двумя и более устойчивыми состояниями электрического равновесия, способных под действием внешних (управляющих, переключающих) сигналов переключаться в любое из этих состояний и находиться в них сколь угодно долго после прекращения их действия. Состояние триггера – это значение, которое в нем хранится в настоящее время.
Если таких устойчивых состояний два, то триггеры называются бистабильными. Триггеры с числом состояний больше двух называются многостабильными. В бистабильных триггерах каждое состояние легко различимо по уровням напряжений на его выходах. Бистабильные триггеры, как правило, имеют два выхода (плеча): прямой выход обозначается Q и инверсный выход обозначается
Рис. 1 Обобщенная структурная схема триггера
Схема триггера состоит из элемента памяти (как правило, собственно триггера с двумя устойчивыми состояниями) и схемы управления с рядом входов информацию в одну из комбинаций сигналов 00,01,10,11 действующих непосредственно на входы , на которые поступает записываемая информация, называют информационными или логическими. Кроме логических схема триггера может иметь тактовые входы или входы синхронизации (), разрешающие (управляющие) входы
Рис. 2 Обобщенная классификация триггерных устройств
В основу классификации положены следующие признаки:
способ схемной реализации;
способ записи информации в триггер;
способ управления записью информации.
Способ схемной реализации.
Согласно этому признаку учитываются следующие основные особенности триггерных устройств:
тип используемого элемента памяти (статический, динамический или оба одновременно);
вид управляющего сигнала, с которым может работать триггер (импульсный, т.е. сигнал ограниченной длительности; потенциальный, т.е. сигнал неограниченной длительности, либо тот и другой);
наличие или отсутствие в структурной схеме узлов, преобразующих потенциальные входные сигналы в импульсные. В соответствии с эти признаком все триггеры подразделяются на статические, импульсно-статические, динамические, квазистатические.
Функциональный признак — предполагает деление триггеров по виду характеристического уравнения, описывающего их поведение (функционирование). Это уравнение в общем случае записывается в виде
и отражает состояние выхода триггера в момент , и его состояния , на обобщенной структурной схеме рис. 3.1. присваиваются символы R, S, J, K, T и т.д., которые обозначают:
-S (Set — установка) — вход для раздельной установки триггера в стоянии “1”( и
В соответствии с принятыми обозначениями триггеры, принимающие и фиксирующие информацию по уровням и фронтам, называются триггерами L- и F-типов (видов).
Ко второй группе относятся триггеры, у которых для приема и фиксации информации используются как минимум две части сигнала, например уровень и срез, уровень и фронт, фронт и срез и т.д. Такие триггеры будем обозначать двумя символами (первый указывает на интервал приема, а второй – на момент фиксации), например триггер -типа, принимающий информацию по уровню L с фиксацией на выходах по фронту записи равноценны.
тактируемый RS-триггер вида тактируемый RS-триггер вида , принимающий информацию по уровню L с фиксацией на выходе по фронту асинхронный RS-триггер вида L.
функциональную надежность триггера;
К схемотехническим будем относить параметры, которые являются зависимыми от схемного решения триггера при условии выполнения последним всех функциональных требований и параметров. К ним можно отнести:
число корпусов ИМС или аппаратурные затраты (Азт);
Функциональный тип триггера.
Предполагается выбор готового или разработка нового триггера, характеристическое уравнение которого должно удовлетворять необходимым требованиям по логике действия. Следует отметить, что в некоторых случаях одна и та же логическая функция может выполняться триггерами различного типа, например функцию счетного триггера (триггер Т-типа) могут выполнять триггеры , и др., который требуется по логике работы в конкретном случае.
Вид переходного состояния триггера.
Триггеры, имеющие парафазные выходы и , либо .
В реальных устройствах выходы триггера нагружены, т.е. подключены к входам других ЛЭ. Число таких элементов (нагрузок) всегда известно и не может превышать определенного числа , называемого нагрузочной способностью триггера. Параметр показывает какое число элементов можно подключить к выходу триггера, не вызывая отклонения выходных напряжений от установленных логических уровней. Этот параметр зависит от нагрузочной способности элементов , числа связей выхода триггера Q с остальными элементами триггера и при выполнении его на типовых ЛЭ определяется из выражения
— число связей выходного плеча триггера.
Быстродействие триггера оценивается максимальной частотой следования входных сигналов ,
где — минимальный временной интервал между двумя переключающими импульсами или разрешающее время триггера.
Требование функциональной надежности.
Это требование предполагает схемную реализацию триггера, в котором отсутствуют опасные состязания. В логических элементах с памятью, т.е. в схемах с обратными связями, под воздействием входных сигналов могут изменить состояния сразу несколько элементов памяти. В этих случаях говорят, что в схеме существуют состязания сигналов обратных связей или просто – состязания сигналов. Если под воздействием входного сигнала схема из одного состояния может перейти в различные состояния в зависимости от задержек в элементах схемы, то в этом случае состязания называются критическими или опасными. Считается, что схема функционально надежна, если она свободна от опасных состязаний. При их наличии функциональную надежность оценивают с помощью параметра — число элементов в состязающихся цепях;
Где мощность, потребляемая элементом в состоянии 1.
б) Число переключаемых за период элементов .
Учет параметра при выборе оптимального варианта триггера необходим в том случае, когда триггер проектируется на элементах, потребляющих в момент переключения заметно большую мощность, чем в статическом состоянии. К последим можно отнести ТТЛ- и особенно КМОП- элементы.
Повышенный расход мощности в момент переключения является причиной не только увеличения средней мощности, потребляемой триггером, но и возникновения значительных импульсных помех в цепи питания. Поэтому уменьшение числа переключаемых элементов имеет важное значение для снижения как потребляемой мощности, так и уровня генерируемых помех. У традиционных, т.е. двоичных триггеров, особенно триггеров типов D, T, JK, и RS, в стадии переключения участвуют практически все элементы. Поэтому для таких триггеров параметр можно считать примерно равным числу его элементов, т.е. , потребляемую триггером в динамическом режиме:
— число переключаемых за период элементов i-го типа;
i — число типов элементов, различаемых по потребляемой мощности.
В свою очередь, мощность , потребляемая триггером. В итоге с учетом параметра полная или динамическая мощность триггера будет определяться из выражения
Итак, потребляемая мощность и аппаратурные затраты являются характеристиками на основе которых проводится сравнение и выбор схемного решения триггера при условии выполнения им функциональных требований.
Триггер можно характеризовать и рядом дополнительных параметров, к которым можно отнести, например, число связей ,
RS-триггер представляет собой простейший управляющий автомат, реализованный обычно в виде цифровой электронной схемы, относящийся к классу последовательностных схем. Как известно, в цифровой схемотехнике к функциональным устройствам последовательностного типа относятся регистры, счетчики, генераторы чисел и управляющие автоматы, включая триггеры разных видов.
Место триггеров в цифровой схемотехнике
RS-триггер как цифровой управляющий автомат включает собственно память и комбинационную схему управления на типовых лигических элементах, реализующую его входной логический алгоритм. Если рассматривать эту схему применительно к простейшим схемам триггеров, то они не имеют структурно выделенной памяти в виде какой-то специализированной микросхемы или схемного узла. Память триггера существует на уровне функции, она словно встроена в алгоритм работы его комбинационной схемы управления.
Классификация
Если стандартные логические элементы являются строительными блоками комбинационных схем, бистабильные схемы, включая и RS-триггер, являются основными компонентами построения последовательностных логических устройств, таких, как регистры хранения данных, регистры сдвига, устройства памяти или счетчики. В любом случае рассматриваемые триггеры (разумеется, как и все последовательностные схемы) могут быть выполнены в виде следующих основных типов:
1. Асинхронный RS-триггер – схема, которая изменяет состояние сразу при изменении входных сигналов. Для рассматриваемого типа устройств ими являются сигналы на информационных входах R (сброс) и S (установка). Согласно установившейся практике, соответствующие входы называют так же, как и сигналы на них.
2. Синхронный RS-триггер, управляемый статически, работа которого синхронизирована с уровнем определенного тактового сигнала.
3. Триггер по п.2 с динамическим управлением, работа которого синхронизирована с моментами появления фронтов (или спадов) тактового сигнала.
Таким образом, если изменения состояния выходов происходят только при наличии тактового сигнала, который подается на отдельный тактовый вход C, то триггер является синхронным. В противном случае схема считается асинхронной. Чтобы сохранить свое текущее состояние, последовательностные схемы используют обратную связь, т. е. передачу части выходного сигнала на ее вход.
RS-триггер на логических элементах
Простейший способ его сделать – соединить вместе пару двухвходовых логических элементов И-НЕ. При этом обратная связь с выхода одного элемента подается на вход другого (см. схему ниже).
Как правило, в данной схеме входные сигналы показывают инверсными (с верхним подчеркиванием), хотя в дальнейшем при анализе работы используют обозначения прямых (неинвертированных) входов. Это сильно затрудняет понимание логики работы триггера. Поэтому мы не будем вводить инвертирование входов на этапе рассмотрения работы схемы на элементах И-НЕ, а учтем это в дальнейшем при ее модификации.
Сколько входов и выходов имеет RS-триггер? Из схемы выше видно, что он содержит S-вход и R-вход, которые служат, соответственно, для установки и сброса схемы, а также прямой Q и инверсный Q̃ выходы. Но данный простейший триггер относится к виду асинхронных, его условное обозначение показано ниже.
В синхронном устройстве имеется еще и вход C для тактовых импульсов.
Рассмотрим, как происходит работа RS-триггера в этом состоянии, задаваемом значениями R = 0 и S = 1. Поскольку на вход R элемента И-НЕ Y подан уровень 0, то Q̃ =1 (логика И-НЕ). С выхода Y сигнал Q̃ также подан обратно на элемент X (вход "A"). Поскольку S = A = 1, то Q = 0.
В этом втором устойчивом состоянии Q̃ = 0, а Q = 1, и задается оно входами R = 1 и S = 0. Поскольку у элемента Х вход S = 0, то его выход Q =1 (логика И-НЕ). Сигнал Q подается обратно на элемент Y (вход "В"), и так как R = B = 1, то Q̃ = 0.
Сводим результаты в таблицу
Мы можем определить состояние сигналов Q и Q̃ по следующей таблице истинности:
RS-триггеры
Логические устройства вычислительной техники
Что же такое RS-триггеры? В моем понимании — это устройства, которые могут принимать одно из двух состояний. На основании этого можно сделать вывод, что этот логический элемент может хранить один бит информации (грубо говоря, ноль или единицу). Существуют некоторые типы данного вида RS-триггеров. Давайте рассмотрим один из них:
Асинхронный RS-триггер
Итак, разберем принцип работы RS-триггера на базе элементов “2ИЛИ-НЕ”. В начальном положении, когда на R и S отсутствуют сигналы (логический “0”), на выходе “Q” присутствует также “0” или “1” – это исходное состояние. Выглядит это так:
Далее подадим на “S” логическуюединицу и получим на выходе “Q” также единицу. Будет выглядеть это так.
Следующим шагом подадим логическую единицу на “R” и уже на “Q” получим “0”. Изобразим это на рисунке.
Более наглядную работу RS-триггера на элементах 2ИЛИ-НЕ можно продемонстрировать, изобразив таблицу истинности. Вот так она выглядит.
Сейчас рассмотрим работу на элементах 2И-НЕ. Выглядит она аналогично, как и на элементах 2ИЛИ-НЕ с той лишь разницей, что активным уровнем является не “1”как в предыдущем случае, а “0”. Убедимся в этом, используя рисунок и таблицу истинности.
Асинхронным триггерам свойственно такое явление как присутствие “гонок”, что это? Это не одновременное или даже не согласованное по времени поступление информации на входы. Это приводит к наложению одного сигнала на другой. Чем это вызвано? А вызвано это разным временем быстродействия элементов, через которые проходит сигнал, прежде чем попасть на входы триггера, в данном случае на “R” или “S”. Покажем это явление на диаграмме.
Чтобы избавиться от этого явления, был придуман вариант подачи синхросигнала и асинхронный триггер превратился в синхронный.
Синхронные RS–триггеры
Этот вид логического устройства отличается от рассмотренного выше тем, что у него помимо входов “R” и “S” присутствует и третий “C”, на который подаются синхроимпульсы. Без этих импульсов информация на “R” и ”S” восприниматься не будет. Схему синхронного RS–триггера и диаграмму работы изобразим графически.
Из диаграммы видно, что в данном случае срабатывание происходит по переднему фронту (но бывает и по спаду) синхроимпульса.
Передний фронт синхроимпульса – это участок прямоугольного импульса, где происходит его возрастание.
Спад синхроимпульса – это участок спада синхроимпульса.
Именно здесь сделаем небольшое отступление и укажем, что бывают триггеры динамические и статические и соответственно со статическим и динамическим управлением. Чем они отличаются? Объясним максимально просто.
Динамические триггеры – на выходах, которых присутствуют либо непрерывная последовательность импульсов определенной частоты, либо ее отсутствие. (Напоминает управляемый генератор).
Статические триггеры– на выходах которых присутствуют неизменный уровень напряжения, либо его отсутствие.
Со статическим управлением – восприятие сигналов на информационных входах происходит только при подаче на “С” логической единицы (логического нуля).
С динамическим управлением – восприятие сигналов на информационных входах происходят в моменты перепада сигнала на “С”(Передний фронт синхроимпульса или спад синхроимпульса).
Если логические функции входов зависят от его выходов, то целесообразно использовать более рациональную конструкцию элементов.
Логические триггеры: схемы, классификация, устройство, назначение, применение
Триггеры классифицируют по различным признакам, поэтому существует достаточно большое число классификаций. К сожалению, эти классификации не образуют стройной системы, но инженеру необходимо их знать.
Классификация триггеров:
● способу приема информации;
Различают асинхронные и синхронные триггеры.
Асинхронный триггер — изменяет свое состояние непосредственно в момент появления соответствующего информационного сигнала.
Синхронные триггеры в свою очередь подразделяют на триггеры со статическим (статические) и динамическим (динамические) управлением по входу синхронизации C. Статические триггеры воспринимают информационные сигналы при подаче на вход C логической единицы (прямой вход) или логического нуля (инверсный вход). Динамические триггеры воспринимают информационные сигналы при изменении (перепаде) сигнала на входе C 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 через ТТ.
Различие триггеров по функциональным возможностям
● с раздельной установкой состояния 0 и 1 (RS-триггеры);
● с приемом информации по одному входу D (D-триггеры, или триггеры задержки);
● со счетным входом Т (Т-триггеры).
Т — счетный (общий) вход;
V — дополнительный управляющий вход для разрешения приема информации (иногда используют букву Е вместо V).
Рассмотрим некоторые типы триггеров и их реализацию на логических элементах.
Асинхронный RS-триггер
Обратимся к асинхронному RS-триггеру, имеющему условное графическое обозначение, приведенное на рис. 3.54.
Закон функционирования триггеров удобно описывать таблицей переходов, которую иногда также называют таблицей истинности (рис. 3.55). Через S’, R’, Q’ обозначены соответствующие логические сигналы, имеющие место в некоторый момент времени t, а через Qt + 1 — выходной сигнал в следующий момент времени t+1. Комбинацию входных сигналов S’ = l, R’ =1 часто называют запрещенной, так как после нее триггер оказывается в состоянии (1 или 0), предсказать которое заранее невозможно. Подобных ситуаций нужно избегать.
Рассматриваемый триггер может быть реализован на двух элементах ИЛИ-НЕ (рис. 3.56).
Необходимо убедиться, что эта схема функционирует в полном соответствии с приведенной выше таблицей переходов.
Микросхема К564ТР2 содержит 4 асинхронных RS-триггера и один управляющий вход (рис. 3.57).
Синхронный RS-триггер
Рассмотрим синхронный RS-триггер (рис. 3.59).
Триггер типа MS
Временная диаграмма сигнала синхронизации, поясняющая работу триггера, приведена на рис. 3.61.
Статические и динамические триггеры. Функциональное назначение входов и выходов триггера. Синхронные и асинхронные триггеры. Симметричный триггер на биполярных транзисторах. RS-триггеры на логических элементах. Смена сигналов на информационных входах.
| Рубрика | Программирование, компьютеры и кибернетика |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 24.04.2017 |
| Размер файла | 230,8 K |
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
1. Общие сведения
Триггерами, или спусковыми устройствами, называют устройства, имеющие два состояния устойчивого равновесия. Каждое из этих состояний может сохраняться сколь угодно длительное время. Переход из одного состояния устойчивого равновесия в другое осуществляется скачком под воздействием внешнего управляющего напряжения.
Триггеры подразделяются на две группы -- статические и динамические. Статическими называют триггеры, у которых каждое состояние характеризуется неизменным уровнем (потенциалом) выходного напряжения. Статические триггеры называют также потенциальными. В динамических триггерах одно из состояний (обычно единичное) характеризуется наличием на выходе непрерывной последовательности импульсов определенной частоты, а другое (нулевое) -- отсутствием импульсов.
Статический триггер реализуется на двухкаскадном усилителе с положительной ОС. Каждый усилитель образует одно плечо триггера. Если оба плеча обладают симметрией по схемотехнике и по параметрам входящих в них элементов, то такой триггер называют симметричным. Если симметрия отсутствует, то триггер называется несимметричным.
Интегральные триггеры используются как самостоятельные устройства и, кроме того, входят в состав различных функциональных устройств: счетчиков, регистров, запоминающих устройств и т.п. Современные интегральные триггеры часто строятся на основе нескольких логических элементов, объединенных в одну микросхему. Они могут иметь несколько входов и различаться способами ввода входной информации.
На схемах входы триггера обозначают буквами латинского алфавита в соответствии с табл. 6.1. По названиям информационных входов называют и триггеры: RS-триггер, D-триггер, JK-триггер и др.
В зависимости от схемы управляющего устройства триггеры делятся на синхронные и асинхронные. Асинхронные триггеры имеют только информационные (логические) входы, и в них запись информации осуществляется в момент ее поступления. В синхронных триггерах запись информации, поступившей на информационные входы, происходит только при поступлении на синхронизирующий (тактирующий) вход дополнительного командного импульса. Синхронные триггеры могут иметь и асинхронные входы, которые обычно служат для установки триггера в нужное исходное состояние.
Асинхронные триггеры используются в качестве коммутаторов, ключей, счетчиков импульсов, делителей частоты повторения импульсов и т.п. Синхронные триггеры применяются в вычислительной и цифровой технике.
Таблица 1. Функциональное назначение входов триггера
Счетный вход триггера
Подготовительный вход для разрешения приема информации
Триггеры, переключающиеся по уровню входных сигналов, называют триггерами со статическим управлением, а по фронтам и срезам -- триггерами с динамическим управлением.
Рис. 1. Условные обозначения триггеров
У триггера может быть несколько информационных входов, связанных в группы операциями И либо ИЛИ. Группа входов, связанная операцией И, в дополнительном поле помечается символом логического умножения. Группа входов, связанная операцией логического сложения ИЛИ, дополнительных символов в условном обозначении не имеет (рис. 1, г).
триггер транзистор сигнал вход
2. Симметричный триггер на биполярных транзисторах
Упрощенная принципиальная схема симметричного транзисторного триггера приведена на рис. 6.2, а, а его временные диаграммы -- на рис..2, б. Если допустить, что после подачи напряжения источника на триггер оба транзистора VТ1 и VТ2 оказались открытыми, то вследствие даже незначительного отличия параметров элементов первого и второго плеч появятся различия в коллекторных токах и напряжениях, которые благодаря действию положительной ОС будут увеличиваться до тех пор, пока один из транзисторов не закроется, а другой не перейдет в режим насыщения.
Рис.2. Схема симметричного триггера (а) и графики напряжений на его входах и выходах
Если после подачи напряжения транзистор VТ1 оказался в режиме насыщения, а транзистор VТ2 -- в режиме отсечки, то первый отрицательный импульс, поступивший на базу VТ1, вызывает уменьшение тока и увеличение напряжения . Скачок напряжения поступает на базу транзистора VТ2.
Это приводит к увеличению тока и уменьшению напряжения , которое передается на базу VТ1.
В результате действия положительной ОС транзистор VТ1 запирается, а транзистор VТ2 отпирается и переходит в режим насыщения. Такое состояние триггера сохраняется до прихода отрицательного импульса на базу транзистора VТ2 (второй вход). Уменьшение напряжения вызывает уменьшение тока и увеличение напряжения . Создаются условия для нового срабатывания триггера.
Напряжения на коллекторах транзисторов служат выходными сигналами триггера. Из приведенных графиков и принципа работы следует, что уровни сигналов на выходах являются взаимно инверсными и по состоянию одного выхода можно судить о состоянии другого. Один из выходов называют прямым и обозначают буквой . Другой выход -- инверсный -- обозначается . В силу симметрии схемы прямым или инверсным может быть назначен любой выход триггера.
Состояние триггера называют единичным, если на прямом выходе имеется уровень напряжения, соответствующий логической единице, а на инверсном -- логическому нулю, т.е. при , .
3. RS-триггеры на логических элементах
Асинхронные RS-триггеры являются простейшими и выполняются на двух двухвходовых логических элементах типа И -- НЕ либо ИЛИ -- НЕ.
Асинхронные RS-триггеры на ЛЭ ИЛИ -- НЕ. Асинхронный RS-триггер на двух логических элементах ИЛИ -- НЕ (рис. 6.3, а) содержит два информационных входа и , на которых возможны четыре комбинации логических сигналов: ; ; и .
Рис.3. Схема (а) и условное обозначение (б) асинхронного RS-триггера на ЛЭ ИЛИ - НЕ с прямым управлением
Этим комбинациям соответствуют определенные сигналы на выходах триггера и , что отображается таблицей состояний триггера (табл. 6.2). В ней приняты следующие обозначения: и - моменты времени до и после срабатывания триггера; и - сигналы на информационных входах в момент ; и - сигналы на прямом выходе в моменты времени и .
На основании таблицы состояний и карты Карно можно получить выражение для логической (переключательной) функции для RS-триггера с прямым входом, которая имеет вид:
Таблица 2. Состояния -триггера с прямым управлением
Из таблицы состояний и выражения (6.1) видно, что первая комбинация входных сигналов не вызывает изменения состояния триггера. Действительно, если к моменту времени состояние триггера характеризовалось сигналами , , то в момент на входах верхнего ЛЭ будут действовать нулевые сигналы, и на его выходе будет логическая 1 (). В это же время на верхнем входе нижнего ЛЭ будет логическая 1, на нижнем входе -- логический 0, в результате чего на его выходе будет поддерживаться логический 0 (). Аналогично можно показать, что при данной комбинации входных сигналов состояние триггера, соответствующее выходным сигналам , и , также не изменится. По этой причине комбинацию входных сигналов называют режимом памяти.
Комбинация входных сигналов переводит RS-триггер в единичное состояние: , , если он перед этим находился в нулевом состоянии (, ). Если же RS-триггер в момент времени находился в единичном состоянии (,), то данная комбинация подтверждает это состояние (, ). Поэтому вход называют единичным входом. Комбинация входных сигналов обеспечивает нулевое состояние триггера.
Действительно, если , , то при поступлении сигналов и на одном входе верхнего ЛЭ появится логическая 1. Это вызовет появление на его выходе логического 0 (), и на обоих входах нижнего ЛЭ будут логические нули, а на его выходе -- логическая единица. Если же триггер находился в нулевом состоянии (, ), то комбинация входных сигналов состояние триггера не изменит, так как на обоих входах верхнего ЛЭ будут логические единицы, а нижнего ЛЭ -- логические нули, подтверждающие выходные сигналы , . По этой причине вход называют нулевым входом.
При комбинации входных сигналов на обоих выходах триггера появятся логические нули (, ). Если вслед за этим последует нейтральная комбинация входных сигналов (), то триггер с равной вероятностью примет единичное или нулевое состояние. Поэтому комбинацию входных сигналов для рассматриваемого RS-триггера называют запрещенной и в таблице состояний отображают буквой х. В рассмотренном триггере переключение состояний осуществляется единичными сигналами. Такой триггер называют триггером с прямым управлением и обозначают так, как показано на рис. 3, б.
Асинхронные RS-триггеры на ЛЭ И -- НЕ. Асинхронный RS-триггер можно выполнить и на двух двухвходовых ЛЭ И --НЕ (рис. 4, а).
Рис. 4. Схема (а) и условное обозначение (б) асинхронного RS-триггера на логических элементах И -- НЕ с инверсным управлением
В отличие от RS-триггера на ЛЭ ИЛИ -- НЕ переключения данного триггера осуществляются сигналами логического 0. Такой триггер называют триггером с инверсным управлением (-триггер). На функциональных схемах переключающие входы -триггера снабжаются индикаторами инверсии, а к буквенным обозначениям входов добавляются знаки отрицания (рис. 6.4, б). Состояния триггера в зависимости от комбинаций входных сигналов приведены в табл.6.3, а его логическая (переключательная) функция имеет вид:
Таблица 3. Состояния -триггера с инверсным управлением
Из таблицы состояний (6.3) и выражения (6.2) следует, что комбинация входных сигналов является нейтральной, а -- запрещенной.
Если ко входам -триггера добавить два инвертора (рис. 6.4, в), то получится -триггер, подобный триггеру на элементах ИЛИ -- НЕ. Асинхронные -триггеры используются в качестве ячеек памяти в оперативных запоминающих устройствах (ОЗУ) статического типа (например, ИМС К155РУ1).
Синхронные -триггеры на ЛЭ И -- НЕ. На рис. 6.5, а приведена структурная схема синхронного -триггера со статическим управлением на ЛЭ И -- НЕ. Собственно триггер выполнен на элементах и , а элементы и образуют устройство управления. Кроме информационных входов и , устройство управления имеет синхронизирующий, или тактовый, вход , связанный с входами и операциями И -- НЕ. Поэтому информация с входов и передается на собственно триггер только при .
Рис. 5. Схема (а) и условные обозначения (б, в) синхронного -триггера на логических элементах И -НЕ
Собственно триггер управляется внутренними сигналами и . Переключения осуществляются нулевыми уровнями этих сигналов так же, как в триггере на рис. 4, а. Так как ЛЭ и осуществляют инверсию входных сигналов и , то нулевым уровням сигналов и должны соответствовать единичные уровни внешних информационных сигналов и . Работа триггера определяется таблицей состояний (6.4) и его логической (переключательной) функцией:
Рассмотрим работу синхронного -триггера, приняв . Если , то ЛЭ и закрыты и . Такая комбинация внутренних сигналов и является нейтральной для собственно триггера, и он сохраняет свое состояние . Это состояние не изменяется при любых значениях информационных сигналов и . С приходом синхронизирующего импульса () на входах ЛЭ будет действовать логическая 1, вследствие чего и . Так как (поскольку и ), то на входы ЛЭ поступят сигналы и и на его выходе будет сигнал . Такое состояние будет сохраняться и после прекращения действия синхронизирующего импульса, так как при для собственно триггера опять возникнет нейтральная комбинация . Обратный переброс триггера в состояние произойдет в момент действия следующего синхронизирующего импульса при наличии на информационных входах сигналов . Комбинация входных сигналов для рассмотренного триггера является недопустимой, так как при возникнет недопустимая комбинация , создающая неопределенное состояние на выходах триггера: .
Условное обозначение рассмотренного синхронного -триггера с двумя информационными и одним синхронизирующим входами дано на рис. 6.5, б.
Таблица 4. Состояния синхронного -триггера с прямым управлением
Если на дополнительные входы элементов и (на рис..5, а они показаны пунктиром) подавать сигналы и , то можно осуществлять асинхронную установку триггера в состояния 0 и 1, минуя информационный и синхронизирующий входы. При этом функционирование триггера будет определяться состояниями, соответствующими состояниям триггера с инверсным управлением (см. табл. 6.3). Условное обозначение синхронного триггера с дополнительными входами, позволяющими осуществлять асинхронное управление его работой, показано на рис, 6.5, в.
При синхронной работе триггера на его дополнительных входах должна поддерживаться нейтральная комбинация .
Синхронные -триггеры с инверсным управлением на ЛЭ ИЛИ -- НЕ. Синхронный -триггер можно построить и на ЛЭ ИЛИ -- НЕ (рис. 6.6). Управление работой такого триггера осуществляется сигналами нулевого уровня или при в соответствии с табл. 6.3. Запрещенной комбинацией входных сигналов является комбинация при . Действительно, в этом случае на обоих входах ЛЭ и действует логическая 1 (, , ) . При этом на обоих выходах ЛЭ и будет логическая 1.
Рис. 6. Схема (а) и условное обозначение (б) синхронного -триггера на логических элементах ИЛИ -- НЕ
В синхронных -триггерах изменения состояний при наличии разрешающего синхронизирующего импульса происходят так же, как и в асинхронных. Поэтому смена сигналов на информационных входах должна производиться только в паузах между синхронизирующими импульсами, чтобы не произошло нарушения его работы.
-триггеры имеют один информационный вход и могут быть асинхронными или синхронными. Наибольшее применение получили синхронные -триггеры. Простейший синхронный -триггер (рис.7, а) выполнен на ЛЭ и типа И -- НЕ по схеме -триггера и является ячейкой памяти. Логические элементы и образуют схему управления.
Рис. 7. Схема (а) и условное обозначение (б) -триггера на логических элементах И -- НЕ
Сигнал на выходе -триггера принимает такое же значение, какое имеется на информационном входе во время действия синхронизирующего импульса. Это значение хранится (запоминается) в триггере до прихода следующего синхронизирующего импульса, так как в паузах между синхронизирующими импульсами на входах ячейки памяти действует нейтральная комбинация сигналов . Следовательно, в -триггере осуществляется задержка на один такт сигнала, поступающего на информационный вход . Поэтому -триггер называют триггером задержки.
В -триггере вместо ЛЭ И-- НЕ можно использовать ЛЭ ИЛИ --НЕ. В последнем случае для синхронизации потребуются импульсы нулевого уровня.
Если требуется задержка записанной информации более чем на один такт, применяют -триггер, отличающийся от -триггера наличием дополнительного информационного входа (от англ. valve -- вентиль, клапан), как показано на рис. 8, а. Когда =1, триггер работает как -триггер. При =0 ЛЭ и закрыты при любых комбинациях сигналов на входах и , и в ячейке памяти хранится информация, записанная в предыдущем такте.
Рис.8. Схема (а), условное обозначение (б) -триггера и схема двухтактного триггера (в)
На рис. 8, в приведена схема однофазного двухтактного триггера на ЛЭ 2И -- ИЛИ. Запись логической 1 в этом триггере осуществляется через ЛЭ И2 при одновременном действии сигналов на входах и . После окончания действия сигналов и (или одного из них) единичное состояние триггера удерживается логическим элементом И1, на входе которого действуют сигналы и . Установка триггера в состояние логического нуля осуществляется подачей на вход логической 1 (при этом ).
Как устройства запоминания двоичной информации - и -триггеры применяются при построении регистров, счетчиков и других узлов цифровой техники.
Одноступенчатый -триггер. Структурная схема -триггера показана на рис. 6.9, а. На ЛЭ и выполнена ячейка памяти, представляющая -триггер. Элементы и образуют схему управления, а и осуществляют задержку сигналов, поступающих на входы ячейки памяти. Особенностью -триггера является наличие цепей обратной связи с выходов на входы, поэтому его состояние зависит не только от входных сигналов и , но и от сигналов на выходах и .
Работа JK-триггера определяется таблицей состояния и логической (переключательной) функцией:
Если , то независимо от сигналов и на выходах ЛЭ и будет нейтральная комбинация , сохраняющая информацию в ячейке памяти. При и по-прежнему промежуточный сигнал , а значение сигнала зависит от состояния ячейки памяти. Если и , то на входе ЛЭ будут сигналы , и . Состояние ячейки памяти не изменится. Если же , а , то , на выходе ЛЭ образуется сигнал , а на выходе ЛЭ -- сигнал . Аналогичным образом при и в ячейку памяти записывается логический нуль, если она находилась в состоянии логической единицы, или подтверждается ее нулевое состояние.
Рис.9. Схема (а) и условное обозначение (б) асинхронного -триггера
Пусть теперь и , а . Это приведет к установлению , в результате чего состояние ЛЭ изменится на значение и состояние ЛЭ -- на значение . При и , , будет , вследствие чего на выходе ЛЭ возникнет , а на выходе ЛЭ -- сигнал . Таким образом, независимо от того, в каком состоянии находился -триггер при комбинации входных сигналов происходит его переброс -- изменение состояния на противоположное.
Элементы задержки и служат для задержки времени поступления сигналов ОС с выходов триггера на входы ЛЭ и . Эти сигналы и поступают на ЛЭ и после окончания действия входных сигналов и , т.е. когда . Отсутствие элементов задержки вызвало бы многократное срабатывание триггера -- генерацию. Сигналы и должны быть кратковременными, что достигается управлением работой ЛЭ и по фронту или срезу импульсов. Следовательно, в -триггере используется динамическое управление записью информации, что и подчеркивается в его условном изображении (рис. 9, б).
Триггерами или, точнее, триггерными системами называют большой класс электронных устройств, обладающих способностью длительно находиться в одном из двух или более устойчивых состояний и чередовать их под воздействием внешних сигналов. Каждое состояние триггера легко распознаётся по значению выходного напряжения. По характеру действия триггеры относятся к импульсным устройствам - их активные элементы (транзисторы, лампы) работают в ключевом режиме, а смена состояний длится очень короткое время.
При изготовлении триггеров применяются преимущественно полупроводниковые приборы (обычно полевые транзисторы), в прошлом — электромагнитные реле,электронные лампы. В настоящее время логические схемы, в том числе с использованием триггеров, создают в интегрированных средах разработки под различные программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС). Используются в основном в вычислительной технике для организации компонентов вычислительных систем: регистров, счётчиков, процессоров, ОЗУ.
Отличительной особенностью триггера как функционального устройства является свойство запоминания двоичной информации. Под памятью триггера подразумевают способность оставаться в одном из двух состояний и после прекращения действия переключающего сигнала. Приняв одно из состояний за "1", а другое за "0", можно считать, что триггер хранит (помнит) один разряд числа, записанного в двоичном коде.
Состояние триггера определяется сигналами на прямом и инверсном выходах. При положительном кодировании (позитивная логика) высокий уровень напряжения на прямом выходе отображает значение лог. 1 (состояние = 1), а низкий уровень – значение лог. 0 (состояние = 0).
Изменение состояния триггера (его переключение или запись) обеспечивается внешними сигналами и сигналами обратной связи, с выходов триггера поступающих на входы схемы управления (комбинационной схемы или входной логики). Обычно внешние сигналы, как и входы триггера, обозначают латинскими буквами R, S, T, C, D, V и др. В простейших схемах триггеров отдельная схема управления (КС) может отсутствовать. Поскольку функциональные свойства триггеров определяется их входной логикой, то названия основных входов переносятся на всю схему триггера.
По способу управления триггеры делятся на асинхронные и синхронные. В асинхронных триггерах переключение из одного устойчивого положения в другое осуществляется под действием определенной совокупности импульсов напряжения на управляющих входах. В синхронных триггерах такое переключение возможно только при совпадении во времени определенной совокупности импульсов напряжения на управляющих входах и импульса напряжения на входе синхронизации.
Каждый тип триггера имеет собственную таблицу работы (таблицу истинности). Выходное состояние триггера обычно обозначают буквой Q. Индекс возле буквы означает состояние до подачи сигнала (t) или после подачи сигнала (t+1).
Различают несколько типов триггеров: RS-, D-, JK- триггеры и др. Наибольшее практическое применение имеют асинхронные (RS-) и синхронные (D- и JK-) триггеры. Рассмотрим эти типы подробнее.
Асинхронный (RS-) триггер.
Асинхронный RS-триггер. В зависимости от логической структуры различают RS-триггеры с прямыми и инверсными входами. Триггеры такого типа построены на двух логических элементах 2ИЛИ-НЕ - триггер с прямыми входами (а), 2И-НЕ - триггер с инверсными входами (б).
Асинхронный RS-триггер на "И-НЕ"
Асинхронный RS-триггер на "ИЛИ-НЕ"
Выход каждого из элементов подключен к одному из выходов другого элемента. Здесь приведены таблицы истинности для каждого из этих триггеров
Читайте также: