Общие сведения и классификация

Триггер – это устройство с двумя устойчивыми состояниями, являющийся элементом памяти.

Такое устройство состоит из собственно триггера и устройства управления, рис. 3.1.

На рис. 3.1 использованы следующие обозначения:

Ø УУ и БЭ – устройство управления (УУ) бистабильным элементом (БЭ) или собственно триггером;

Ø А1…А_n – информационные сигналы, то есть сигналы поступающие на одно плечо схе-мы управляющего устройства;

Ø Т1…Т_n – тактовые сигналы или синхросигналы, - сигналы поступающие на два плеча схемы управляющего устройства;

Ø S^/, R^/ - промежуточные сигналы для запуска БЭ;

(значение

«ку с чертой» противоположно значению Q).

В интегральной схемотехнике триггеры строятся на основе ИЛЭ с потенциальным управлением.

При анализе работы схемы триггера необходимо иметь в виду следующее:

v 0 на входе может отражать или низкий уровень сигнала, или отсутствие самого сигнала, в каждом случае это поясняется;

v 1 на входе, соответственно, показывает или высокий уровень сигнала, или наличие сигнала;

v Аⁿ – это или низкий или высокий уровень входного сигнала;

v 0 на выходе означает только низкий уровень сигнала, и, соответственно, 1 высокий уровень выходного сигнала;

сигнал на другом выходе триггера, по уровню противоположный выходу Q;

v Х или “?”, состояние на выходе триггера неопределённого уровня;

v запрещённое соотношение входных информационных сигналов, при которых нет определённых состояний на выходе триггера.

Работа триггера характеризуется следующими показателями:

· числом ИЛЭ, используемых для построения схемы триггера;

· наличием или отсутствием запрещённых состояний входных сигналов;

· количеством тактовых сигналов, необходимых для переключения схемы;

· помехоустойчивостью, то есть, числом переключений при поступлении последнего сигнала, как правило, тактового.

Существует много классификаций интегральных триггеров, но наибольшее распространение получили две: функциональная и по способу изменения выходного состояния схемы.

Функциональная классификация связана с наличием входных сигналов. Согласно этой классификации триггеры бывают:

¨ с одним информационным входом: D или Т-типа;

¨ с двумя информационными входами: RS, DV-типов;

По способу ввода информации для переключения все триггеры делятся на две большие группы:

¨ Для асинхронных триггеров характерно наличие только информационных сигналов, переключение такой схемы происходит при поступлении последнего по времени информационного сигнала.

Переключение тактируемых триггеров происходит при предварительном поступлении заданной комбинации информационных сигналов и с подачей тактового или синхросигнала.

Тактируемые триггеры имеют, в свою очередь, несколько классификаций. Одна из них:

¨ одноступенчатые, тактируемые уровнем или фронтом синхросигнала, когда изменение выходного состояния схемы происходит с приходом синхросигнала;

¨ двухступенчатые или триггеры MS-типа, тактируемые перепадом (фронтом или срезом синхроимпульса), то есть когда изменение выходного состояния схемы происходит после окончания синхросигнала.

Другая классификация тактируемых триггеров связана с наличием нескольких тактовых сигналов, и триггеры делятся на однотактные и многотактные (в практической схемотехнике 2 – 3 сигнала).

Это логическое устройство с двумя устойчивыми состояниями, имеющее два информационных входа S (set – установка) и R (reset – сброс). Когда на вход S подается сигнал, а на входе R сигнал отсутствует, то на выходе Q обязан быть сигнал высокого уровня. Работа любого триггера характеризуется таблицей истинности или состояний, табл. 3.1.

В табл. 3.1 под значениями «0» и «1» понимается наличие сигнала в заданный момент времени t_n. Значения входных сигналов в таблице истинности имеют дуальность или двойственное значение. Это может быть «1», - наличие сигнала или сигнал высокого уровня; либо «0», - отсутствие сигнала или низкий уровень. В каждом случае это следует оговаривать отдельно.

Изменение состояния схемы на выходе после поступления последнего входного информационного сигнала (момент времени t_n₊₁), на выходе схемы состояние изменяется из значения Q_n в Q_n₊₁. При анализе триггеров возможная неопределённость, которая может быть двух видов: первый вид – Q_n, когда выходное состояние принимает значение логического «0» или значение логической «1». Неопределённость второго вида имеет место при одновременном наличии одинаковых информационных сигналов. Такой случай, когда на вход схемы RS-триггера подаются два одинаковых по уровню информационные сигналы, является недопустимым состоянием, так как на выходах триггера Q и

могут быть одинаковые значения, что также недопустимо.

Простейший триггер выполняется как на интегральных логических элементах с прямыми входами (отрицательной логики И-НЕ), так и на элементах c инверсными входами (положительной логики ИЛИ-НЕ). Наиболее распространёнными являются элементы ТТЛ-типа. Следует иметь в виду, что переключение интегрального логического элемента ТТЛ-типа происходит только в том случае, когда на всех входах ИЛЭ имеют место сигналы низкого уровня, как показано в табл. 3.2 состояний элемента.

Наличие на одном из входов сигнала низкого уровня даёт на выходе ТТЛ-элемента сигнал высокого уровня. Переключение ТТЛ-элемента происходит только при наличии на всех входах сигналов низкого уровня, табл. 3.2.

На рис. 3.2 приведена схема триггера на двух элементах И-НЕ отрицательной логики. Переключение схемы триггера происходит следующим образом.

При подаче на вход схемы информационных сигналов, сначала сигнала R высокого уровня, а затем сигнала S низкого уровня, изменяются состояния на выходах ИЛЭ. С поступлением последнего сигнала S=0 происходит изменение выходного состояния верхнего (в данном примере) логического элемента его выходной уровень станет равным высокому значению, то есть Q=1.

На вход нижнего элемента поступают одновременно два сигнала R=1 и Q=1, которые вызовут переключение нижнего ИЛЭ и на выходе этого элемента будет низкий потенциал, то есть имеет место

=0. Это состояние одновременно вместе с сигналом S=0 подтвердит на выходе Q состояние Q=1.

На рис. 3.3 показаны структурная и функциональная схемы триггеров с прямыми входами. Схема собрана на элементах +ИЛИ-НЕ.

Работа схемы принципиально не отличается от описанной выше схемы на элементах с инверсными входами. Особенностью схемы является способ управления триггером.

Добавив два инвертора к схеме триггера с инверсными входами, можно получить триггер, управляемый прямыми сигналами (рис. 3.4).

Таким образом, выбор типа ИЛЭ не влияет на функционирование триггера, а определяет лишь уровень сигналов управления.

Наличие двух одинаковых входных сигналов, являющимися запрещёнными для данной схемы триггера зависит от типа выбранной логики. Это можно пояснить с помощью приведённой табл. 3.3.

Если говорить не об уровнях информационных сигналов, а об их наличии, то двойственности нет, и таблица истинности является общей как для схемы триггера с прямыми (положительной логики), так и с инверсными (отрицательной логики) управляющими сигналами.

Работа триггера при переключении можно пояснить с помощью временных диаграмм.

На рис. 3.5а) показаны упрощённые временные диаграммы переключения схемы триггера при подаче прямых сигналов.

На рис. 3.5б) показаны временные диаграммы переключения триггера, управляемого инверсными сигналами, позволяющие оценить быстродействие схемы.

Для простоты анализа принято допущение, что времена задержки при переключении интегральных логических элементов являются одинаковыми, как при формирования фронта, так и среза выходного сигнала.

Быстродействие триггера определяется изменением состояния с одного логического состояния на другое и находится согласно выражению:

Минимальное время переключения Т_M_ИН c учётом обеспечения устойчивого статического состояния схемы принимается равным

. Таким образом, максимальная частота переключения схемы асинхронного триггера зависит от среднего времени задержки ИЛЭ и определяет частоту изменения информационных сигналов и равна:

Асинхронные триггеры применяются редко, но являются базовыми элементами для всех триггерных устройств.

Если синхросигнал С и информационный соизмеримы по длительности, тогда сигнал С является разрешающим и носит название Е-сигнала. Синхросигнал подаётся на оба плеча триггера. Поступлению синхросигнала должна предшествовать подача заданных состояний информационных R и S-сигналов. Такие триггеры называются тактируемыми или триггерами RST-типа (рис. 3.6).

Каждый из информационных входов схемы триггера вместе с тактовым сигналом поступает на схему совпадений и переклю-

чение триггера происходит при наличии информационного сигнала после поступления тактового.

Пример изменения выходного состояния в схеме триггера можно пояснить следующим образом. Допустим в схеме триггера, приведённой на рис. 3.6, исходные состояния на выходах имели вид

. При наличии значений информационных сигналов S=1 и R=0 с поступлением тактового сигнала С=1 на выходе инвертора на элементе DD1 имеет место состояние

, на выходе элемента DD2 – состояние

. Появление на входе элемента DD3 сигнала

приведёт к переключению элемента DD3 и на его выходе будет иметь место состояние Q=1. Сигнал с выхода элемента DD3 вместе с сигналом с выхода элемента DD2 поступит на вход элемента DD4. Наличие сигналов

и Q=1 приведёт к переключению элемента DD4 и на его выходе будет иметь место состояние

, которое, поступая на вход элемента DD3 вместе с состоянием

, подтвердит на выходе элемента DD3 состояние Q=1. Таким образом, схема триггера переключается с приходом тактового сигнала при заданной комбинации информационных сигналов.

Временные диаграммы рассмотренного примера работы тактируемого RS-триггера показаны на том же рис. 3.6.

Так как по сравнению с асинхронным триггером добавлены элементы управления DD1 и DD2, то быстродействие тактируемого триггера, соответственно, равно:

В нижеприведённой таблице истинности – табл. 3.4, представлена наиболее часто встречающаяся разновидность тактируемых триггеров с двумя информационными входами: триггер JK-типа, который не имеет запрещённых состояний входных информационных сигналов.

Если в исходном положении на выходе Q имеет место состояние Q_n, то при подаче одинаковых информационных сигналов (наличие сигналов «0» и «1») в различных схемах триггеров значение на выходе Q будет неодинаковым и зависит от вида схемы.

В триггере JK-типа состояние на выходе Q будет противоположным при одинаковых информационных сигналах.

Таким образом, тактируемый триггер JK-типа (J-jump – перепад, K-keep – держать) является более универсальным.

Схема JK-триггера на элементах с прямыми входами (К155ТВ1) показана на рис. 3.7.

Схемотехнической особенностью такого триггера является наличие двух обратных связей, позволяющих обеспечить отсутствие запрещённых состояний входных информационных сигналов.

Таблица истинности триггера JK-типа отличается от аналогичной для триггера RS-типа только строчкой, когда имеет место подача двух информационных сигналов, то есть когда J=1 и K=1. При этих значениях сигналов JK-триггер переключается в состояние инверсное предыдущему.

Тактируемые триггеры D-типа (delay – защёлка, задержка) имеют один информационный вход. Состояние на Q-выходе триггера зависит от состояния информационного D-сигнала и появляется при подаче тактового С-сигнала.

Структурная и функциональная схемы триггера D-типа приведены на рис. 3.8.

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычислить, когда этот...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: