Триггер

Материал из Национальной библиотеки им. Н. Э. Баумана
Последнее изменение этой страницы: 17:36, 7 января 2015.

Триггер - это запоминающее устройство, хранящее одно из двух состояний - либо 0 либо 1.

RS - триггер

Первым будет рассмотрен RS-триггер. Его условное обозначение приведено на рисунке 1.

Рис. 1.1. RS-триггер с прямыми информационными входами.

S (SET) - вход установки значения 1. R (RESET) - вход сброса (установки значения 0). Входы прямые - активны при подачи логической единицы, неактивны при подаче логического нуля.

Логика работы RS-триггера:

  • S=0 R=0 - режим хранения информации (выходы не меняются, Q(t+1)=Q(t) )
  • S=1 R=1 - режим записи единицы ( Q(t+1)=1 )
  • S=0 R=1 - режим записи нуля ( Q(t+1)=0 )
  • S=1 R=1 - запрещенная комбинация (оба входа активны). Значение Q зависит от реализации триггера (не определено в общем случае). Значение перехода из запрещенного состояния Q(t) в Q(t+1) тоже зависит от реализации.

RS - триггер с инверсными входами (рис. 2) работает аналогично, только входы становятся активны при подаче логического нуля, а неактивны при подаче единицы.

Рис. 1.2. RS-триггер с инверсными информационными входами.

Классическая реализация RS-триггера

Классической является реализация RS-триггера на элементах "ИЛИ-НЕ" (рис 3.):

Рис. 1.3. Классическая реализация RS-триггера.

Таблица истинности:

S R Q(t) Q(t+1) no Q(t+1) Описание
0 0 0 0 1 режим хранения нуля
0 0 1 1 0 режим хранения единицы
1 0 0 1 0 установка в состояние 1
1 0 1 1 0 режим хранения 1
0 1 0 0 1 режим хранения нуля
0 1 1 0 1 сброс в ноль
1 1 0 0 0 запрещено
1 1 1 0 0 запрещено


Когда оба входа активны, то . Но, по определению, они противоположны запрещенное состояние, но оно однозначно определено. Эта особенность используется для ускорения переключения схемы.

Временные диаграммы RS-триггера

Будем считать, что в триггере записано значение "0", попробуем записать "1" (рис. 4).

Рис. 1.4. Временные диаграммы RS-триггера.

Если объединить входы R и S триггера, то выход будет определяться тем, какой из элементов сработает раньше ("генератор случайных чисел"). Схема и временные диаграммы такого подключения приведены на рисунке 5.

Рис. 1.5. Использование RS-триггера в качестве генератора случайных чисел.
Рис. 1.6. Временные диаграммы

Другая реализация RS-триггера

Также RS-триггер можно реализовать на базе элеметов "И-НЕ" (рис. 6). Входы у такой реализации - инверсные.

Рис. 1.7. Реализация RS-триггера на базе элементов "И-НЕ".

Синхронный RS-триггер

Добавляется вход синхронизации С (основное отличие от асинхронных триггеров, описанных выше). Логика работы - активный вход синхронизации разрешает работу триггера. При неактивном входе синхронизации триггер не реагирует на входные значения. То есть:

  1. C=0; R,S - любые. Q(t+1)=Q(t)
  2. C=1
    • R=S=0 - хранение
    • S=0 R=1 - сброс (установка нуля)
    • S=1 R=0 - установка единицы
    • S=1 R=1 - запрещенное состояние

Схема синхронного RS-триггера

Рис. 2.1. Схема реализации синхронного RS-триггера.

Синхронный JK-триггер

Основное преимущество данного триггера - у него нет запрещенного состояния.

Рис. 3.1. Условное обозначение синхронного JK-триггера.

Логика работы:

  1. C=1
    • J=0 K=1 Q(t+1)=0
    • J=0 K=0 Q(t+1)=Q(t)
    • J=1 K=0 Q(t+1)=1
    • J=1 K=1 Q(t+1)=no Q(t)
  2. C=0 - режим хранения


Схема JK-триггера

Рис. 3.2. Схема JK-триггера и временные диаграммы его работы.
Рис. 3.3. Временные диаграммы.

Считается, что значения на выходе изменяются одновременно. Записать в триггер можно только изменяющееся значение, хранимое в триггере значение - нельзя.

Конкретная реализация синхронного JK-триггера

Рис. 3.4. Конкретная реализация JK-триггера и временные диаграммы его работы.
Рис. 3.5. Временные диаграммы.

Если длительность управляющих сигналов больше времени переключения триггера - получаем автоколебательный режим (при наличии двух единиц на входах).

При необходимо подать на вход сихронизирующий импульс, не превышая время переключения (время ПП) внутри JK-триггера.

Окончание автоколебательного процесса определяется длительностью сигнала синхронизации и времени установки триггера.

D-триггер

Является синхронным триггером

  • если С=0, то Q(t+1)=Q(t) - режим хранения
  • если С=1, то Q(t+1)=D

Таким образом триггер сохраняет значение поданное на вход D.

Рис. 4.1. Условное обозначение D-триггера, его реализация и временные диаграммы его работы.
Рис. 4.2. Временные диаграммы.

При и возникает запрещенное состояние.

Предназначен для хранения мнформации на входе при

Т-триггер

Рис. 5.1. Условное обозначение T-триггера.

Триггер при подаче сигнала синхронизации меняет значение на выходе на противоположное. Может иметь вход стробирования Е (при Е=0 триггер не изменяет значение на выходе ни при какхи условиях).


Рис. 5.2. Схема T-триггера.

Если импульс синхронизации короткий (менее времени переключения триггера) то триггер работает в штатном режиме. При длительном импульсе синхронизации возможен автоколебательный режим.

Может быть реализован и на синхронном RS-триггере (рис. 5.3).

Рис. 5.3. Реализация T-триггера на базе RS-триггера.

Двухступенчатые триггеры

Короткие импульсы синхронизации (менее времени срабатывания триггера) не совсем удобны для управления триггерами. Как вариант модернизации существуют двухступенчатые триггеры. Они реагируют на смену значения на входе синхронизации (фронт:0-1, либо спад:1-0).

В основе - RS триггер.

Рис. 6.1. Общий вид двухступенчатых триггеров.

Перезапись из первой во вторую ступень происходит при смене значения входа синхронизации.

  • 1-я ступень - ведущая (master).
  • 2-я ступень - ведомая (slave).

Двухступенчатый синхронный RS-триггер

Рис. 6.2. Схема двухступенчатого синхронного RS-триггера.

Запись происходит по спаду (изменение с 1 до 0). Основа - два обычных RS-триггера. Запись в первый триггер происходит при С=1 (второй триггер в это время в режиме хранения). При смене значения С на С=0 происходит запись значений из первого триггера во второй. Таким образом запись происходит по спаду сигнала синхронизации С (это обозначается наклонной чертой на входе синхронизации в обозначении триггера на схеме - см. рис 6.3).

Рис. 6.3. Условное обозначение двухступенчатого синхронного RS-триггера.

Двухступенчатый D-триггер

Рис. 6.4. Схема и условное обозначение двухступенчатого D-триггера.

Логика работы та же что и у RS-триггера. С=1 - запись в первый триггер, С=0 - запись из первого во второй (запись по спаду).

Двухступенчатый JK-триггер

Рис. 6.5. Схема двухступенчатого JK-триггера.

Поведение аналогично предыдущим триггерам кроме состояния J=1 K=1. Рассмотрим это состояние. При и вознмкает автоколебательный процесс: 0, 1, 0, 1 и т.д. JK-триггер должен переключаться в состояние, противоположное тому, в котором находится 2й триггер, т.е. используются только внутренние обратные связи (ОС).

Для устранения этого недостатка можно модифицировать схему (рис. 6.6)

Рис. 6.6. Схема двухступенчатого JK-триггера (без автоколебательного процесса).

Особенность схемы - наличие глубокой обратной связи (а именно, связи выходов второй ступени со входами первой ступени). В результате в триггер первой ступени записывыаются только значения. противоположные значениям на выходе, поэтому нет колебательного процесса (и генерации случайных чисел заодно).

Двухступенчатые триггеры изменяют свои значения по спаду/фронту синхроимпульса, поэтому длительность импульсов не важна.

Приведенные выше (рис. 6.5 и 6.6) схемы являются базовыми, теперь следует рассмотреть конкретные реализации.

Рис. 6.7. Реализация двухступенчатого JK-триггера на базе элементов "И-НЕ".
  • D1-D2 - схема управления первой ступенью;
  • D3-D4 - элементы памяти первой ступени; (D1-D4 в сумме - синхронный RS-триггер)
  • D5-D6 - схема управления второй ступенью;
  • D7-D8 - элементы памяти второй ступени; (D5-D8 в сумме - синхронный RS-триггер)

На входы D1 и D2 идет обратная связь с выходов D7, D8. Запись происходит при условии, что на выходах D1 и D2 одновременно присутствуют "1" (запись во вторую ступень). Запись в первую ступень происходит при противоположных значениях на выходах D7, D8. Запись в первую ступень происходит либо при , либо при . Перезапись - при (на выходах D1 и D2 - единицы).

Еще эту схему можно получить на базе RS-триггеров (вывод схемы - на рис. 6.8)

Рис. 6.8. Реализация двухступенчатого JK-триггера на основе RS-триггера (вывод схемы).

Универсальные триггеры

Рис. 7.1. Пример универсального триггера.

При необходимости в схему можно ввести асинхронные входы установки в 0 и 1 - они устанавливают схему независимо от схемы управления. Триггер сч такими входами называется универсальным (т.е. он имеет и синхронные. и асинхронные входы установки). Асинхронные входы нужны для инициализации. Пример - рис 7.1, вход Reset переустановка всех компонентов схемы в начальное состояние. В режиме хранения требуется реагирование на синхронные входы (на их значения). При режиме записи - приоритет у асинхронных входов.


Универсальный JK-триггер

Рис. 7.2. Обозначение универсального JK-триггера.

Имеет как синхронные, так и асинхронные входы установки. Конъюнкции D1 и D2 могут быть и 3хвходовыми, и 6-тивходовыми, а могут иметь и большую размерность, следовательнео, вместо одного сигнала J приходят несколько сигналов, объединенных конъюнкциями. Другими словами, на входе появляется "1", если на всех J - "1". Для входа K ситуация аналогичная.


Ступенчатый D-триггер

Классическая схема ступенчатого D-триггера представлена на рисунке 8.1.

Рис. 8.1. Разработка ступенчатого D-триггера.

Состоит из трех асинхронных RS-триггеров (состоят из D1-D2, D3-D4, D5-D6 соответственно). Первую ступень образуют два триггера: (D1-D2) и (D3-D4), а вторая образуется, соответственно, на базе *D5-D6).

- с инверсными входами (рем хранение - оба значения равны "1"). Если , то , то есть при , а при определяется тем, что подается на вход D.

При в записывается некоторое значение, а находится в запрещенном состоянии (две "1").

Если при и , то произойдет переход в режим записи и проихойдет запись "0" во вторую ступень.

Рассмотрим случай, когда . Пусть , вход , тогда , можно наблюдать противоположную картину: находится в режиме записи значения, а - в запрещенном состоянии.

Рис. 8.2. Условное обозначение ступенчатого D-триггера.

При переключении C из "0" в "1" на D3 происходит то же изменение, что и на D2 - переход из 1 в 0. Тогда находится в режиме записи логической единицы:

При значение на входе D поменяется: , выход D4 установится в значение логической "1", поэтому станет равным 1 (его значение на выходе не меняется, на D2 - то же самое (только там - логический 0), поэтому значение на выходе D3 не меняется за счет D1 и D2).

При значение на входе D изменяется в порядке , значение D3 меняться не будет. Следовательно, при на выходе значение не будет меняться, при значение навыходе тоже не меняется. Таким образом, запись производится при переключении с 0 на 1 (по фронту).

  • Первый триггер - для фиксации того, что хотим записать "0";
  • Второй триггер - для фиксации того, что хотим записать "1".

В итоге, при происходит запись, то есть переключение в другое состояние (или в запрещенное состояние).

Рис. 8.3. Преобразование ступенчатого D-триггера в универсальный.
Рис. 8.4. Условное графическое обозначение универсального D-триггера.

Можно сделать из данного триггера универсальный (рис 8.3). Для этого необходимо добавить асинхронные входы во вторую и первую ступени (для того, чтобы не получать запрещенное состояние только при наличии и во второй ступени). Устанавливаем и на D1 и D4, чтобы не изменять выход в режиме хранения (при - на D2 и D3). Условное изображение полученного триггера приведено на рисунке 8.4.