Какую функцию в компьютере выполняет триггер

Какую функцию в компьютере выполняет триггер

Если говорить о триггерах обобщенно, то триггер – это целый класс цифровых устройств, которые могут длительное время находиться в одном из двух устойчивых состояний. Переходят они из одного устойчивого состояния в другое под воздействием внешних сигналов. Первое устойчивое состояние — это когда на выходе триггера устанавливается логический 0 (низкое напряжение). Второе устойчивое состояние — это логическая 1 (высокое напряжение).
Самым наглядным бытовым аналогом триггера является обычный выключатель света. Вы приложили усилие к нему и нажали (подали сигнал) — свет включился. Руку убрали, а лампочка в люстре продолжила светиться — высокое напряжение на выходе в системе осталось (в качестве системы выступает люстра с выключателем). Получается, что выключатель запомнил наше нажатие, наш сигнал, а система осталась в устойчивом состоянии. Далее, если нажать на другую часть выключателя и выключить свет, то лампочка погаснет и система перейдет в другое устойчивое состояние — состояние с нулевым напряжением (рис 1). И это состояние тоже фактически запоминается.

Рисунок 1

Такие сигналы в виде нажатий на выключатель можно подавать бесконечно, и каждый раз система будет переходить из одного состояния в другое и находиться в текущем состоянии, пока не будет приходить очередной сигнал, меняющий это состояние.
Точно так же работает и самый простой триггер в виде микросхемы. При подаче на его вход или несколько входов (зависит от модели триггера) управляющего сигнала (комбинации сигналов) он переходит из одного состояния в другое и после пропадания сигнала он остается в том состоянии, в которое перешел.
Это свойство триггера является поистине бесценным для вычислительной электроники. Очевидно, что простой триггер — это элемент (ячейка) памяти. Сигнал на него подали и он его запомнил, пока не пришел новый сигнал. Именно поэтому триггеры активно используются при создании элементов вычислительных систем — регистров, процессоров или оперативной памяти. Можно сказать, что с триггера начинается вся вычислительная электроника. Поэтому особенно важно уметь его использовать для создания электронных схем.
Двумя абзацами выше был описан простейший триггер. Однако в электронике все гораздо сложнее. При определении понятия «триггер» говорилось о том, что это класс устройств. Действительно, существует несколько разновидностей триггеров, которые выполняют разные функции и группируются по разным признакам.

Рассмотрим разновидности существующих триггеров. Классифицировать их можно по нескольким признакам.

  • По способу записи информации (характеру восприятия триггером входных управляющих сигналов) триггеры можно разделить на синхронные и асинхронные.
  • По способу представления выходной информации (характеру сигналов на выходах триггера) триггеры делятся на статические и динамические.
  • По количеству ступеней обработки входной информации подразделяются на одноступенчатые и двухступенчатые. У одноступенчатых триггеров пишется одна буква Т на условно-графическом изображении, а у двухступенчатых — две буквы ТТ.
  • По логике работы делятся на следующие типы: D, T, RS, JK, DV, TV.
  • На примере триггеров с конкретным функциональным назначением рассмотрим особенности приведенной классификации. Для пояснения работы триггеров воспользуемся временными диаграммами и таблицами истинности.

Асинхронный RS-триггер.

Триггер данного типа является самым простым по логике работы, поэтому начнем с него. Он чаще всего используется как основа для более сложных триггеров. Например, триггер Шмитта, применяемый для исключения дребезга кнопок, построен на основе RS-триггера.

RS-триггер оснащен двумя входами, которые обозначаются R и S, а также двумя выходами, Q и ¯Q. Именно в связи с наличием двух управляющих входов R и S он получил свое название.

Обозначение S происходит от английского слова Set, что в переводе означает «установить». Сигнал (высокое напряжение), поданный на этот вход, устанавливает логическую 1 (высокое напряжение) на прямом выходе Q триггера. Соответственно, на инвертированном выходе триггера ¯ Q установится логический 0 (низкое напряжение).

Обозначение R происходит от слова Reset, что означает «сброс». При поступлении на этот вход напряжения в виде логической 1 (высокого напряжения) на прямом выходе триггера Q устанавливается логический 0 (низкое напряжение), а на инвертированном выходе ¯ Q устанавливается логическая 1.

Получается, что сигналом на входе S триггер включается (на выходе Q появляется высокое напряжение), а сигналом на входе R триггер выключается (на выходе Q устанавливается низкое напряжение). При этом само собой сохраняется самое главное свойство триггера: при появлении сигналов на входе триггер переходит в другое состояние и сохраняет его независимо от того, сняты сигналы со входов или нет.

Описанные принципы работы асинхронного триггера показаны на временной диаграмме (Рисунок 2). Рядом с диаграммой показаны условное графическое обозначение такого триггера на принципиальных схемах, а также таблица истинности, которая отражает картину на диаграмме.

Рисунок 2

Асинхронным описанный триггер называется потому, что у него нет входа синхронизации и, соответственно, нет сигнала синхронизации. Такой сигнал синхронизирует с самим собой и с сигналами на других входах переключение триггера в другие состояния. Для того чтобы узнать о том, как это работает, переходим к следующему типу триггеров.

Синхронный RS-триггер.

Логика синхронного триггера заметно сложнее. У него также есть входы R и S, однако добавляется еще синхронизирующий вход С, который серьезно влияет на логику работы. Смысл в том, что считывание триггером сигналов на входах R и S выполняется только тогда, когда на вход синхронизации С подается синхронизирующий сигнал в виде логической 1 (высокого напряжения). Т.е. переключение выходов Q и ¯ Q при наличии сигналов на входах R и S происходит только при наличии сигнала на входе С. Обозначение такого сигнала буквой С представляет собой первую букву в слове clock, что в переводе с английского означает «тактовый». Поэтому данный вход часто называют «такт».

Принцип работы очень хорошо иллюстрирует временная диаграмма, представленная на рисунке 3. Рядом с диаграммой показаны условное графическое обозначение такого триггера на принципиальных схемах, а также таблица истинности, которая отражает картину на диаграмме.

Рисунок 3

Cинхронизация в триггерах и подобных им устройствах применяется для того, чтобы сделать такие микросхемы более устойчивыми к помехам.

D-триггер.

Такой тип триггера используется как простейшая ячейка памяти. Он может активно применяться в несложных вычислительных системах или устройствах автоматики.
На первый взгляд D-триггер похож на синхронный RS-триггер. У него тоже есть синхронизирующий вход С и он тоже является синхронным. Но у этого триггера все-таки есть коренное отличие, и заключается оно в одном управляющем входе D вместо двух входов R и S. Каждый новый импульс напряжения на входе D приводит к переключению выхода Q в состояние логической 1 или 0 в зависимости от того, в каком состоянии выход находился до этого. Конечно, переключение состояний выхода Q происходит только при условии, что на входе С есть сигнал синхронизации.
На рисунке 4 приведена временная диаграмма, которая прекрасно иллюстрирует принцип его работы. Вместе с диаграммой изображены таблица истинности и условное графическое обозначение, которое используется в принципиальных схемах.

Подробное описание D-триггера, а также интересные схемы на его основе вы можете найти на страницах учебного поосбия к Основному набору Уровня 1 конструкторов Эвольвектор .

Рисунок 4

Все предыдущие рассмотренные триггеры были статическими — со статическим управлением, т.е. со статическими входами. Статичность означает, что в сигналах (входных или выходных) все определяется уровнем напряжения этого сигнала. В триггер записывается информация или происходят какие-то действия только тогда, когда напряжение сигнала достигает уровня логической 1 или логического 0.
Однако помимо статического управления может быть динамическое. У D-тригера управляющие сигналы могут быть динамическими. Под динамическим управлением понимается управление так называемым фронтом сигнала. Фронт сигнала — это процесс непосредственного перехода от логического 0 к логической 1 или от 1 к 0. При этом переход от 0 к 1 называется передним фронтом, а переход от 1 к 0 — задним фронтом. На рисунке 5 показано графическое обозначение динамического входа с управлением по переднему фронту, которое можно встретить на принципиальных схемах в разных источниках. А на рисунке 6 показано графическое обозначение динамического входа с управлением по заднему фронту.

Рисунок 5 Рисунок 6 Рисунок 7

Если к D-триггеру добавить разрешающий вход V (от слова verify — проверять, подтверждать), то можно получить DV-триггер , который используется в тех случаях, когда требуется задержать входной сигнал до появления тактового импульса или в запоминающих устройствах с большим количеством простых ячеек памяти, в регистрах и счетчиках. Условное графическое изображение такого триггера приведено на рисунке 7.

Т-триггер.

Очень похож на D-триггер. Суть его заключается в том, что он обладает одним динамическим входом, как и D-триггер. Переключение с логической 1 на логический 0 и обратно на выходе Q происходит по переднему фронту входного сигнала (моменты времени t1, t2, t3, t4). Соответственно, если подавать на вход Т набор импульсов с определенной частотой, то на выходах Q и ¯ Q будет картина, которая показана на диаграмме (рисунок 8).

Рисунок 8

Фактически свойства Т-триггера означают, что его, прежде всего, удобно использовать в качестве делителя частоты. По диаграмме видно, что частота импульсов на выходе Q в 2 раза меньше, чем частота на входе T. Также это свойство может использоваться для изменения знака двоичного числа (отрицательный или положительный) в арифметико-логических устройствах и счетчиках с регистрами. Если по аналогии с DV-триггером добавить разрешающий вход V, то можно получить ТV-триггер .

Читайте также:  Бойлер косвенного нагрева для твердотопливных котлов

Универсальный JK-триггер.

Триггер такого типа имеет два информационных входа J и K, динамический тактовый вход С и статические входы R, S. При этом входы R и S имеют приоритет над всеми остальными входами. Это делает его похожим на RS-триггер, однако у него благодаря наличию входов J и K все-таки есть целый ряд отличий. Специфика работы такого триггера следующая.

Вход J (от англ. Jump — прыжок) аналогичен входу S у RS-триггера. Если подать на него логическую единицу при К=0, то при совпадении этого сигнала по времени (момент t1 на диаграмме рисунок 9) с сигналом синхронизации С, выход Q перейдет в состояние логической 1. Вход K (от англ. Kill — отключение) аналогичен входу R у RS-триггера. Если подать на этот вход логическую 1 при J=0 (момент времени t2 на диаграмме), то выход Q перейдет в состояние логического 0. Логика работы JK-триггера такова, что при подаче логической единицы на оба входа J и K состояние выхода триггера изменяется на противоположное (момент времени t3 на диаграмме). На практике применяются только синхронные JK-триггеры. В этом случае состояния основных входов J и K учитываются только в момент наличия сигнала тактирования С, например по положительному (переднему) фронту импульса на входе синхронизации. На диаграмме (рисунок 9) также показана приоритетность сигналов со входов R и S.

Рисунок 9

JK-триггер называют универсальным из-за того, что из него легко можно получить D-триггер или Т-триггер. Он переходит в инверсное состояние каждый раз при одновременной подаче на входы J и K логической 1. К примеру, если объединить эти входы, то получим Т-триггер.

Написать отзыв

Ваш отзыв: Внимание: HTML не поддерживается! Используйте обычный текст.

Под определение триггера попадают довольно много схем в электронных устройствах. Их общая черта — это способность находиться в одном из двух устойчивых состояний, которые сменяют друг друга под воздействием какого-либо сигнала. Кроме того, триггеры обладают двоичной памятью, то есть могут запоминать своё положение и оставаться в нём даже после прекращения влияния переключающего фактора, таким образом запоминая разряд числа в двоичном коде.

Описание и принцип работы

В широком смысле триггером (от английского trigger — спусковой крючок, запускающий механизм) называют любой импульс или событие, ставшее причиной чего-либо. Термин применяют в электронике, психологии, медицине, программировании и других областях деятельности. В создании микросхем и других устройств так называют элемент, который способен принимать одно из двух стойких состояний (0 или 1) и сохранять их в течение долгого времени.

Положение триггера зависит от получаемых им сигналов на прямом и инверсном выходах. Отличительной чертой устройства является то, что его переход из одной позиции в другую обусловлен не только получением внешних инструкций, поступающих от выбранной системы управления, но и посредством обратной связи. То есть текущее положение элемента зависит от предыстории его работы.

Триггеры могут сохранять свою память только при постоянном поступлении напряжения. Если его отключить, а затем снова подключить, устройство перейдёт в случайное состояние. Поэтому при конструировании устройства важно предусмотреть способ, которым он изначально будет вводиться в правильное положение.

В основе любого триггера лежит схема, которая состоит из двух логических элементов типа И-НЕ либо ИЛИ-НЕ, имеющих друг с другом обратную положительную связь. Такой тип подключения позволяет системе иметь всего два возможных устойчивых состояния, из которых выбирается одно. Важной деталью является то, что после того как триггер перешёл в положение, он может сохранять его сколько угодно времени, до тех пор, пока не будет подан очередной управляющий сигнал.

Другой характерной особенностью устройств является возможность мгновенного осуществления перехода от одного состояния в другое после получения соответствующей команды. Задержка настолько мала, что её можно не учитывать при проведении расчётов.

Число входов может быть разным и зависит от требуемых функций. Если подать сигнал одновременно на два из них, то он примет произвольную позицию после прекращения их поступления. По своим функциям входы делятся на несколько типов, которые входят в две большие группы: информационные и управляющие. Первые из них получают сигналы и запоминают их в виде информации, в то время как вторые разрешают или запрещают её запись, а также выполняют функцию синхронизации. На схемах они имеют следующие обозначения:

  • S — устанавливает триггер в состояние «1» на прямом выходе;
  • R — противоположен S, сбрасывает состояние обратно на «0»;
  • С — вход синхронизации;
  • D — принимает информацию для последующего занесения на триггер;
  • T — счётный вход.

Комбинация разных типов входов и выходов определяет то, как работает триггер. Существует множество схем этих устройств, использующихся для разных целей.

Классификация триггеров

Триггерные системы отличаются друг от друга по функциональному признаку, типу управления, числу возможных состояний и уровней, способу реагирования на помехи, составу основных логических элементов и другим особенностям. Однако все они, начиная от самых простых схем и заканчивая сложными многоступенчатыми структурами с множеством состояний, работают по одинаковому принципу.

Общие различия

Триггеры делят на несколько больших групп по функциональным и практическим различиям. Вот некоторых из них:

  • По принципу управления они бывают статические (или потенциальные) и динамические. Первые реагируют на непосредственную подачу сигналов на вход, соответствующих единице или нулю. Вторые воспринимают изменение сигнала с одного на другой.
  • Статические, в свою очередь, делятся на две группы: симметричные и несимметричные. Они отличаются по внутреннему строению электрических связей в схеме — у симметричных они идентичны во всех отдельных ячейках устройства. Именно они составляют основную массу триггеров.
  • По функциональным особенностям. Самый частый тип такой классификации — синхронные и асинхронные. Первые приходят в действие только при смене такса с нуля на единицу или наоборот, в то время как вторые воспринимают непосредственный момент появления сигнала.
  • Согласно количеству ступеней и уровней.
  • По реагированию на возникновение помех триггеры можно поделить на прозрачные и непрозрачные, которые, в свою очередь, бывают проницаемыми и непроницаемыми.
  • В соответствии с числом возможных устойчивых состояний. Чаще всего их два, но бывают и троичные, четверичные и прочие элементы.
  • По логическому составу, количеству и соотношению элементов И-НЕ и ИЛИ-НЕ.
  • Со сложной и простой логикой.

Все системы классификации триггеров взаимодействуют и дополняют друг друга. Например, двухступенчатый триггер может быть синхронным или асинхронным, иметь статическое или динамическое управление и так далее. Выделены также отдельные виды этих систем с разными названиями.

Типы устройств

Говоря о различиях триггеров, стоит рассмотреть их отдельные типы. Самый простой из них — это RS-триггер, на основе которого строятся все остальные разновидности этих устройств, потому именно с него нужно начинать знакомство «для чайников». Это асинхронный тип системы, который состоит из двух входов — S (от английского set — установить) и R (соответственно, reset — сбросить). Он может работать как на основе логических систем И-НЕ, так и на ИЛИ-НЕ. В первом случае входы будут прямыми, во втором — инверсными.

Подача активного сигнала на элемент S приведёт РС триггер в состояние логической единицы, а на R — сбросит его до нуля. Если их подать одновременно, результат зависит от реализации схемы, а когда убрать, то он будет определён случайным образом.

Из-за низкой устойчивости к помехам такой тип устройства редко применяют в электронике и микросхемах. Чаще всего его используют для устранения так называемого дребезга контактов — многократных хаотичных замыканий и размыканий, вызванных упругостью используемых для них материалов и происходящих после их подключения.

Система типа RS является асинхронной. Если возникает необходимость сохранить поступаемую на неё информацию, к устройству подключают отдельно составленную систему управления, которая будет переводить его в режимы хранения и записи.

Вторым типом является D триггер (по некоторым данным, название происходит от английского слова delay — задержка, по другим — от data — данные). В его составе должны присутствовать минимум два элемента: D-вход для получения информации и C — для синхронизации. Такие системы бывают статичными и динамичными. Первые записывают данные всё время, при котором уровень сигнала на C соответствует единице, вторые — только тогда, когда происходит перепад напряжения.

Вход на схеме D триггера изображается в виде треугольника. Когда его вершина направлена на микросхему, то его ввод прямой, а если наоборот — инверсный.

Информация на выходах в этом типе системы задерживается по сравнению с входной на один такт. Поскольку она остаётся неизменной до активации очередной команды синхронизации, устройство как бы помнит её, что и позволяет ему выполнять свои основные функции. Главная из них — это создание регистров сдвига и хранения для управления записью информации. Это очень важные элементы, без которых невозможно создать даже простейший микропроцессор.

Из-за того, что все изменения на входе D системы точно повторяются на её выходе, иногда возможны ложные срабатывания контролируемых ею устройств. Чтобы избежать этого, необходимо создать двухступенчатый триггер. Его первая ступень записывает информацию, но во вторую она не попадает до поступления сигнала перезаписи. Затем, после получения команды, первая ступень переходит в режим хранения, а вторая переписывает с неё данные, что помогает избежать состояния их «прозрачности».

Читайте также:  Высота полок в кладовке

Двухступенчатые триггеры обозначают как TT. Они могут управляться как статически, так и динамически.

T триггер (от слова «toggle», которое значит «переключатель») ещё называют счётчиковым, так как это простейший вариант счётчика до двух. Состоит из входа T и выхода C. Синхронные системы такого типа переключаются по каждому тактовому импульсу на выводе, в то время как работа асинхронного зависит от состояния ввода. Когда оно соответствует единице, при получении импульса на выходе триггер меняет своё значение на противоположное, а если равно нулю, то никакой реакции не происходит.

Построить такую асинхронную систему можно на основе JK или двухстепенного D-триггера. Её в основном применяют для деления частоты вдвое.

Последний из используемых наиболее часто видов — JK триггер. По принципу работы он почти идентичен RS. Его единственное отличие в том, что система типа JK меняет своё состояние на противоположное при подаче единицы на оба входа. Это помогает избежать возникающих иногда неопределённостей.

JK иногда называют универсальным триггером. У этого есть две причины. Первая — широкий спектр применения подобных элементов. Второе — тот факт, что из него можно легко получить любой другой тип системы, если это зачем-то понадобится.

Практическое использование

Чаще всего триггер используется для генерации сигнала, длительность которого соответствует продолжительности процесса в системе, которую он контролирует. Он может как непосредственно разрешать его начало и конец, так и передавать другим элементам информацию о том, что процесс запустился. Таким образом достигается контроль системы, далее нужно только позаботиться о разрешении ситуации неопределённости.

Вторая важная функция триггера — синхронизация процессов. Это помогает избавиться от лишних и случайных импульсов, возникающих, например, когда несколько входных сигналов изменились в течение очень короткого промежутка времени. Кроме того, с помощью триггеров можно «пропустить» в систему только полные по длительности импульсы или задержать поступающую информацию.

Реализация триггеров и их применение на практике происходит в различных устройствах для запоминания и хранения памяти. Именно этот элемент представляет собой базовую ячейку ОЗУ, способную хранить 1 бит информации в статическом состоянии. Кроме того, его используют для следующих целей:

  • в качестве компонентов для создания микросхем различного назначения;
  • как организатор вычислительных систем;
  • в регистрах сдвига и хранения;
  • для изготовления полупроводниковых систем, например, транзисторов и реле.

Триггер является не только базовым элементом электроники, но и простейшим кибернетическим устройством, способным выполнять свою логическую функцию, одновременно поддерживая обратную связь. Таким образом, он используется для создания множества механизмов, целью или условием работы которых является возможность запоминания, хранения, передачи и преобразования информации. Найти триггер можно в любом приборе, начиная от систем переключения питания и заканчивая элементами цифровой микроэлектроники.

Создание запчастей для компьютеров, мобильных телефонов, роботов, управляющих панелей, транспорта и многих других приборов невозможно без использования триггеров. Применяют их и для изготовления простых схем на основе электромагнитного реле — такие конструкции всё ещё используются благодаря своей простоте и высокой защите от помех, несмотря на высокое потребление энергии.

Триггеры

Для хранения информации в компьютере могут использоваться различные типы элементов памяти. В зависимости от способа хранения информации элементы памяти могут быть статическими, позволяющими хранить двоичную информацию сколь угодно долго, и динамическими, хранящими информацию в течение ограниченного отрезка времени. В качестве стати­ческих элементов памяти в настоящее время применяют триггеры.

Основу триггера составляет бистабильная ячейка, имеющая два устойчивых состояния. Бистабильные ячейки могут быть построены на двух логических элементах И-НЕ или ИЛИ-НЕ, соединенных перекрестными связями (рис. 2.12).

Существование двух устойчивых состояний бистабильной ячейки объясняется наличием в ее схеме обратных связей, позволяющих сигналу с выхода элемента поступать на его же вход через второй элемент. Так, если на рис. 2.12, а сигнал на верхнем выходе равен «1» и на оба входа подается сигнал «0», то сигнал «1» с выхода элемента 1 поступает на вход элемента 2 и формирует на его выходе сигнал «0». Этот сигнал поступает на вход элемента 1 и поддерживает такое состояние схемы, делая его устойчивым. В этом состоянии на выходе элемента 1 сигнал равен «1», а на выходе элемента 2 сигнал равен «0».

Рис. 2.12. Бистабильная ячейка:

а – на элементах ИЛИ-НЕ; б – на элементах И-НЕ

Для изменения состояния схемы необходимо подать на верхний вход элемента 1 сигнал «1». При этом на выходе элемента 1 сигнал становится равным «0». Тогда на выходе элемента 2 формируется сигнал «1», который вместе с единичным входным сигналом устанавливает выходной сигнал элемента 1 равным «0». Такое состояние схемы также является устойчивым и после того, как сигнал на входе элемента 1 станет равным «0». В этом состоянии на выходе элемента 1 сигнал равен «0», а на выходе элемента 2 – «1». При поступлении сигнала «1» на вход элемента 2 проис­ходит возвращение схемы в начальное состояние. Таким образом, схема имеет два устойчивых состояния, которые можно устанавливать подачей сигнала «1» на вход элемента 1 или 2. Аналогично работает бистабильная ячейка на элементах И-НЕ (см. рис. 2.12, б).

Триггер – это цифровая электронная схема с двумя устойчи­выми состояниями, которые устанавливаются при подаче соот­ветствующей комбинации входных сигналов и сохраняются.

Кроме бистабильной ячейки в состав триггера входит схема Управления (рис. 2.13). Схема управления – это комбинационная схема, при помощи которой осуществляется запись информации в триггер (изменение состояний триггера). Конкретный вид схемы Управления зависит от типа триггера.

Рис. 2.13. Общая структура триггера

Триггер имеет два выхода: прямой и инверсный (Q и ). Сигналы на выходах триггера всегда имеют различные значения. Если на прямом выходе сигнал равен «1», то на инверсном – «0» и наоборот. Состояние триггера определяется значением сигнала на прямом выходе (Q). Если сигнал на прямом выходе равен «1», то триггер находится в состоянии «1». Можно также сказать, что со­стояние триггера – это информация, записанная в триггере. Таким образом, если триггер находится в состоянии «1», то в нем записана единица.

Триггеры могут быть асинхронными или синхронными. В асинхронных триггерах используются только основные или информационные входы. Изменение состояния асинхронного триггера может происходить в произвольные моменты времени, определяе­мые изменениями сигналов на информационных входах.

В синхронных триггерах кроме информационных входов имеется вход синхронизации. На этот вход подается сигнал синхронизации С, который выполняет функции сигнала, разрешающего переключение триггера из одного состояния в другое. Если сигнал синхронизации С равен «0», то состояние синхронного триггера не изменяется при любой комбинации сигналов на информационных входах. Для переключения синхронного триггера необходимо подать на информационные входы определенную, зависящую от типа триггера, комбинацию сигналов и, кроме того, установить значение сигнала С, равное «1».

Логика переключения триггера определяется его типом и зависит от числа и назначения входов. Наиболее часто в цифровой технике используют RS-, JK-, D– и T-триггеры, а также комбинированные триггеры. Буквами R, S, J, К, D и Т обозначаются информационные входы триггеров (X).

2.12.2. Асинхронный RS-триггер

Он имеет два информационных входа R и S. Вход S (set) используется для установки триггера в состояние «1», а вход R (reset) – в состояние «1», поэтому RS-триггер называют триггером с установочными входами.

Работу триггера описывает таблица переходов (табл. 2.4).

Таблица 2.4. Переходы RS-триггера

Входы Состояния
R S

Входами служат значения входных сигналов R и S, а так же значения состояний тригге­ра в текущий момент времени (Qt). B таблице переходов приве­дены значения состояний триггера в следующий момент времени (Qt+1). Переходы триггера из одного состояния в другое происходят, если на вход R или S подается сигнал «1».

При R = 0 и S = 0 состояние триггера не меняется. Такой режим называется режимом хранения. В случае если R = 0 и S = 1 триггер переходит в состояние «1» независимо от того, в каком состоянии он находился до из­менения входных сигналов. При R = 1 и S = 0 триггер переходит в состояние «0». Таким образом, для записи «1» в RS-триггер необходимо подать на его входы сигналы R =0 и S = 1, для записи «0» – сигналы R = 1 и S = 0. Комбинация сигналов R=1 и S =1 является запрещенной, состояние триггера при этом не опреде­лено.

Таблица переходов триггера может быть интерпретирована как таблица истинности комбинационной схемы, в которой значения сигналов на входах Rt, St и значение текущего состояния Qt можно рассматривать как логические переменные, a Qt + l – как логическую функцию (табл. 2.5).

Таблица 2.5. Таблица переходов RS-триггера

Входы Текущее состояние Следующее состояние
R S Qt Qt+1
Запрещенная комбинация

RS-триггер может быть построен на различных логических элементах. Функциональная схема асинхронного RS-триггера, построенного на элементах И-НЕ и ИЛИ-НЕ, а также его графическое обозначение показаны на рис. 2.14.

Читайте также:  Как посчитать площадь лестничного марша

Рис. 2.14. Асинхронный RS-триггер:

а – на элементах ИЛИ-НЕ; б – на элементах И-НЕ;

в – условное графическое обозначение RS-триггера с прямыми входами;

г – условное графическое обозначение RS-триггера с инверсными входами

Асинхронный RS-триггер представляет собой бистабильную ячейку, поэтому он используется как основа при построении всех триггеров.

2.12.3. Синхронный RS-триггер

Этот триггер имеет дополнительно вход С, на который поступает синхросигнал. Информационные сигналы R и S могут изменять состояние триггера только при значении синхросигнала С = 1. Таблица переходов синхронного RS-триггера состоит из двух частей. Первая часть таблицы описывает переходы триггера при С = 1 и совпадает с таблицей переходов асинхронного триггера (табл. 2.4). Когда С = 0, триггер не меняет своего состояния при любой комбинации сигналов на информационных входах и логика его пере­ходов может быть описана табл. 2.6.

Таблица 2.6. Переходы синхронного RS-триггера

Входы Состояния
R S C
Запрещенная комбинация

При С = 0 разрешенными являются любые комбинации входных сигналов, в том числе R = 1, S = 1.

На рис. 2.15 приведены функциональные схемы синхронных RS-триггеров, реализованных на элементах И-НЕ и И-ИЛИ-НЕ, и их условное графическое обозначение. Кроме основных входов R и S там показаны дополнительные входы R1и S1, которые являются асинхронными. При подаче сигналов на них состояние триггера может изменяться независимо от значения сигнала С. В каждый момент времени можно управлять переходами триггера только с помощью синхронных или только с помощью асинхронных входов.

Рис. 2.15. Синхронный RS-триггер:

а – на элементах И-НЕ; б – на элементах И-ИЛИ-НЕ;

в – условное графическое обозначение

2.12.3. Двухтактный RS-триггер

Триггеры используются в различных узлах ЭВМ, между которыми осуществляется передача информации. Устойчивая работа цепочки триггеров происходит только в том случае, когда запись новой информации в триггер производится после считывания прежней и передачи ее в следующий по цепочке триггер.

Это возможно при использовании двух серий синхроимпульсов, сдвинутых относительно друг друга на полпериода. Такой принцип управления и синхронизации применяется в двухтактных триггерах. Двухтактные триггеры используются в сдвигающих регистрах, а также в качестве элементов памяти в цифровых автоматах с памятью для устранения эффекта гонок.

Простейшая схема двухтактного RS-триггера может быть построена из двух однотактных, причем синхросигналы на входы С первого и второго триггеров должны подаваться в противофазе. Это делается с помощью инвертора (рис. 2.16, а).

Рис. 2.16. Двухтактный RS-триггер:

а – схема; б – условное графическое обозначение;

в – временная диаграмма работы

В основном поле условного графического обозначения двухтактного триггера записываются две буквы Т (рис. 2.16, б). Особенности переключения двухтактного триггера из одного состояния в другое поясняются временной диаграммой (рис. 2.16, в).

Пусть оба триггера находятся в состоянии «0» и на входы триггера поступают сигналы S = 1 и R = 0 (запись в триггер сигнала «1»). При поступлении на вход RS-триггера сигнала С = 1 входная информация по переднему фронту сигнала С запоминается в первом однотактном триггере (он переходит в состояние «1»). Второй однотактный триггер хранит информацию о предыдущем состоянии, так как на его входе С = 0.

По окончании действия синхросигнала (по заднему фронту), т.е. при С = 0, первый триггер переходит в режим хранения, а информация с выходов первого триггера передается на вход второго триггера. Так как на входе второго триггера сигнал С = 1, он также переходит в состояние «1». В результате к началу следующего такта на выходе двухтактного RS-триггера появится сигнал состояния, соответствующего входной информации. Аналогичным образом производится запись в двухтактный триггер сигнала нуля. Для установки RS-триггера в «0» или «1» независимо от присутствия сигнала на входе С в схему вводят прямые или инверсные входы R и S асинхронной установки (рис. 2.17, а) и отображают их на условном графическом обозначении (рис. 2.17, б).

Рис. 2.17. Двухтактный RS-триггер с дополнительными входами R и S:

а – схема; б– условное графическое обозначение

2.12.4. Асинхронный и синхронный D-триггеры

В вычислительной технике широко применяют D-триггеры, которые реализуют функцию временной задержки входного сигнала. Также D-триггеры имеют один информационный вход. Логика работы асинхронного D-триггера описывается таблицей переходов (табл. 2.7).

Таблица 2.7. Переходы асинхронного D-триггера

Вход Состояния
D

В асинхронном D-триггере состояние (выходной сигнал) Qt+1повторяет значение входного сигнала Dt, поэтому асинхронный D-триггер по существу не является элементом памяти и рассмат­ривается только как основа для построения синхронного D-триггера.

Функциональная схема и условное графическое обозначение синхронного D -триггера, построенного на основе синхронного RS-триггера, показаны на рис. 2.18. Для преобразования RS-триггера в D-триггер сигнал D пода­ется на вход S непосредственно, а на вход R – через инвертор. Если при С = 1 на вход D подать сигнал «1», то триггер перейдет в состояние «1», а при подаче сигнала D = 0 в триггер будет записан «0». Таким образом, для записи в D-триггер единицы на вход D нужно подать сигнал «1», а для записи нуля – сигнал «0» (так как триггер синхронный, на вход С необходимо в обоих случаях пода­вать сигнал «1»). Это делает D-триггер удобным для использования в схемах статической памяти, так как для записи достаточно иметь одну линию на разряд данных. При этом сигнал С является общим для всех разрядов записываемых данных.

Рис. 2.18. Синхронный D-триггер:

а – схема; б – условное графическое обозначение

Логику работы синхронного D-триггера описывает табл. 2.8. Эту логику можно охарактеризовать выражением «что надо записать в D-триггер, то и подается на его вход».

Таблица 2.8. Переходы синхронного D-триггера

Входы Состояния
D C

Наличие входа синхронизации позволяет записывать новые данные в триггер только в определенные моменты времени (при С = 1). В промежутках между ними данные в триггере сохраняются без изменения. При чтении данных из триггера его состояние также не меняется.

2.12.5. T-триггер

Этот триггер имеет один информационный вход. Логику работы асинхронного Т-триггера характеризует таблица пе­реходов (табл. 2.9).

Таблица 2.9. Переходы асинхронного Т-триггера

Входы Состояния
Т

При Т = 1 асинхронный Т-триггер меняет свое состояние на противоположное, а при Т = 0 состояние триггера не изменяется.

Так как Т-триггер суммирует (или подсчитывает) по модулю два числа единиц, поступающих на его информационный вход, то Т-триггер называют также триггером со счетным входом.

Логику работы синхронного Т-триггера описывает табл. 2.10.

Таблица 2.10. Переходы синхронного Т-триггера

Входы Состояния
С Т

При С = 0 триггер не изменяет своего состояния, а при С = 1 работает как асинхронный Т-триггер.

Функциональная схема Т-триггера может быть построена на основе синхронного RS-триггера (однотактного или двухтактного). Схемы асинхронного и синхронного Т-триггеров показаны на рис. 2.19 и 2.20 соот­ветственно.

Рис. 2.19. Асинхронный Т-триггер:

а – схема; б – условное графическое обозначение

Рис. 2.20. Синхронный N-триггер:

а – схема; б – условное графическое обозначение

Поскольку на этих схемах сигнал с выхода триггера поступает на его же вход, триггер должен во время переключения сохранять состояние и одновременно воспринять новую информацию. Для устойчивой работы в этом случае целесообразно использовать двухтактные триггеры.

2.12.6. JK-триггер

Такие триггеры называют универсальными. Универсальность схемы JK-триггера состоит в том, что простой коммутацией входов и выходов можно получать схемы других типов триггеров.

JK -триггер имеет два информационных входа. Вход J используется для установки триггера в состояние «1», а вход К – в состояние «0», т.е. входы J и K аналогичны входам S и R RS-триггера. Отличие JK-триггер от RS-триггера заключается в том, что на входы J и K могут одновременно поступать сигналы «1». В этом случае JK-триггер изменяет свое состояние. Таким образом, он работает так же, как RS-триггер, за исключением комбинации сигналов J = 1; K = 1, при которой он работает как Т-триггер.

При С = 1 переходы JK-триггера описывает табл. 2.11.

Таблица 2.11. Переходы JK-триггера

Входы Состояния
J K

Функциональная схема двухтактного JK-триггера и его условное графическое изображение показаны на рис. 2.21. Этот триггер представляет собой комбинацию RS– и Т-триггеров, что согласуется с логикой его работы. Примеры построения других типов триггеров на основе JK-триггера представлены на рис. 2.22. Следует отметить, что триггер любого типа можно преобразовать в любой другой триггер.

Рис. 2.21. Двухтактный JK-триггер:

а – схема; б – условное графическое обозначение

Рис. 2.22. Схемы преобразования JK-триггера:

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Да какие ж вы математики, если запаролиться нормально не можете. 8460 – | 7349 – или читать все.

91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector