Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Общие сведения о триггерных устройствах



 

Триггер – это элемент цифрового устройства с двумя устойчивыми состояниями. Под воздействием входного сигнала триггер может переключаться из одного положения в другое, при этом напряжение на его выходе скачкообразно изменяется.

Как правило, триггер имеет два выхода: прямой и инверсный (Q, ). Число входов зависит от структуры и функций, выполняемых триггером. Входы, как и сигналы, подаваемые на них, делятся на информационные и вспомогательные. Информационные сигналы через соответствующие входы управляют состоянием триггера. Сигналы на вспомогательных входах служат для предварительной установки триггера в заданное состояние и его синхронизации. Вспомогательные входы могут при необходимости выполнять роль информационных.

Входы и выходы триггера, как и соответствующие им сигналы, обозначают буквами:

S – раздельный вход установки триггера в единичное состояние (напряжение высокого уровня на прямом выходе Q);

R – раздельный вход установки триггера в нулевое состояние (напряжение низкого уровня на прямом выходе Q);

D – информационный вход (на него передается информация, предназначенная для занесения в триггер);

С – вход синхронизации;

Т – счетный вход;

J – вход установки JK-триггера в единичное состояние (аналог S-входа для RS-триггера);

K – вход установки JK-триггера в нулевое состояние (аналог R-входа).

Триггеры классифицируют по ряду признаков.

· По функциональным возможностям выделяют триггеры с раздельной установкой 0 и 1 (RS-триггеры), с приемом информации по одному входу (D-триггеры), счетный Т-триггер, универсальный JK-триггер.

· По способу приема информации триггеры подразделяют на асинхронные и синхронные. Асинхронные триггеры реагируют на информационные сигналы в момент их появления на входе. Синхронные – при наличии разрешающего сигнала на специально предусмотренном входе С.

 

6.2. Асинхронный RS-триггер

 

Асинхронный RS-триггер имеет два информационных входа: S и R для установки логических 1 и 0 соответственно, а также два выхода – прямой Q и инверсный (Qин).

Схема триггера на логических элементах ИЛИ–НЕ и его условное графическое обозначение приведены на рис. 6.1.

 

а б

 

Рис. 6.1. Триггер на логических элементах ИЛИ–НЕ: а – принципиальная схема;

б – условное графическое обозначение

В табл. 6.1 и 6.2 Qt и (Qинt) обозначают уровни, которые были на выходах триггера до подачи на его входы так называемых активных уровней. Активным называют логический уровень, действующий на входе логического элемента и однозначно определяющий логический уровень выходного сигнала (независимо от уровней, действующих на других входах). Для триггера на логических элементах ИЛИ-НЕ активным уровнем является высокий уровень (H-уровень), а для триггера на элементах И-НЕ – низкий (L-уровень). Уровни, подача которых на один из входов не приводит к изменению логического уровня на выходе, называютпассивными. Уровни и (Qинt+1) обозначают логические уровни на выходе триггера после подачи информации на его входы.

Для триггера с прямыми входами при

S = 1 и R = 0 Qt+1 = 1;

S = 0 и R = 1 Qt+1 = 0;

S = 0 и R = 0 Qt+1 = Qt;

S = 1 и R = 1 состояние триггера будет неопределенным, так как во время действия информационных сигналов логические уровни на выходах триггера одинаковы (Qt+1 = Qинt+1 = 0), а после окончания их действия триггер может равновероятно принять любое из устойчивых состояний. Поэтому такая комбинация является запрещенной.

 

 

Таблица 6.1

 

S R Qt Qt+1
* *
* *

 

Режим S = 1, R = 0 называют режимом записи 1 (так как Qt+1 = 1); режим S = 0, R = 0 называется режимом хранения информации, так как информация на выходе остается неизменной.

Временные диаграммы, иллюстрирующие действие этого триггера, показаны на рис. 6.2. Из них видно, что для каждого опрокидывания триггера нужно чередование сигналов.

RS-триггер на элементах И-НЕ схемно не отличается от рассмотренного ранее на рис. 6.1, но закон функционирования имеет другой вид (рис. 6.3).

 

Таблица состояний в минимизированной форме:

 

Таблица 6.2

 

Tакт tn Tакт tn+1
Rn Sn Qn+1
Qn
*

 

 

 

Рис. 6.2. Временные диаграммы триггера

 

 

а б

 

Рис. 6.3. Триггер на логических элементах И–НЕ: а – принципиальная схема;

б – условное графическое обозначение

 

Состояния триггера на элементах И-НЕ для схемы на рис. 6.4.а приведены в табл. 6.3.

Для избежания путаницы, следует обратить внимание на то, что схема на рисунке 6.3.б, в отличие от схемы на 6.3.а, включает в себя входные инверторы. Поэтому и входные сигналы S и R, подаваемые на соответствующие входы, взаимообратные.

 

Таблица 6.3

Qt Qt+1
* *
* *

 

Таблица в минимизированной форме для схемы на рис 6.3.а имеет вид:

 

Таблица 6.4

Sn Rn Qn+1
*
Qn

 

Здесь установка 1 осуществляется 0 (низким уровнем) на входе S.

 

Триггерные системы

В современной микроэлектронике триггеры используются, как правило, в виде системы, состоящей из собственно триггера, играющего роль ячейки памяти (ЯП), и устройства управления (УУ). УУ представляет собой устройство, преобразующее входную информацию в комбинацию сигналов, под воздействием которых собственно триггер принимает одно из двух устойчивых состояний. Собственно триггер (ЯП) и устройство управления (УУ) – единый функциональный узел.

 

Рис. 6.4. Триггерная система

Главная роль в формировании свойств триггерной системы принадлежит управляющим устройствам, которые в схемном отношении отличаются большим разнообразием. Структура управляющего устройства, число и назначение входов, обратные связи с выхода ЯП на входы – все это и определяет функциональные свойства триггерной системы. Примером такой системы является синхронный RS-триггер.

6.3.1. Синхронный RS-триггер

Синхронный (тактируемый) RS-триггер (рис. 6.5) получается из асинхронного путем подключения к его входам схемы управления (УУ).

 

а б

 

Рис. 6.5 Синхронный (тактируемый) RS-триггер: а – принципиальная схема;

б – условное графическое обозначение

 

На рис. 6.5 инверсные входы Sа и Rа – асинхронные входы, а S и R – информационные входы. Вход С – тактовый (синхронизирующий), q1 и q2 – внутренние сигналы, управляющие собственно триггером, который, как его асинхронный аналог на элементах И-НЕ, переключается сигналами нулевого уровня. Состояния синхронного RS-триггера представлены в табл. 6.5.

Таблица 6.5

 

Такт n Такт n+1
С Rn Sn Qn+1
Qn
Qn
Qn
Qn
Qn
*

 

Видно, что при С = 0 действие сигналов по входам R и S заблокировано, а при С = 1 состояния аналогичны состояниям асинхронного RS-триггера на элементах ИЛИ-НЕ.

 

Тактируемый D-триггер

Тактируемый D-триггер имеет информационный вход D и вход синхронизации. Одна из возможных схем тактируемого D-триггера и его условное обозначение приведены на рис. 6.6.

 

а б

 

Рис. 6.6. Тактируемый D-триггер: а –принципиальная схема;

б – условное графическое обозначение

 

D-триггер отличается от синхронного RS-триггера тем, что у него один информационный вход. Возможные состояния выходов тактируемого D-триггера представлены в табл. 6.6. Если С = 0, то состояние триггера устойчиво и не зависит от информационного сигнала на входе D. Если С = 1, то состояние триггера определяется уровнями на входе D. С-сигнал в этом случае играет роль команды записать в триггер.

Этот тип триггера исключительно широко используется в цифровых устройствах. Другие его названия: прозрачная защелка, прозрачный фиксатор, синхронный фиксатор, D-триггер, управляемый уровнем синхросигнала.

Таблица 6.6

 

D Qn Qn+1

 

Часто используемое название «D-триггер» не отображает свойства прозрачности схемы по D-входу и не выделяет ее среди других типов D-триггеров. В специальной литературе укоренился термин защелка, иногда используется термин фиксатор. Эти термины хотя и не подчеркивают свойства прозрачности, но по крайней мере обозначают схемы только данного типа.

Особенности поведения прозрачной защелки иллюстрирует следующая диаграмма (рис. 6.7):

 

 

Рис. 6.7. Диаграмма работы D-триггера

 

Изменения D-входа при С = 0 (моменты t1, t2, t7) никак не влияют на состояние выхода Q: триггер заперт по С-входу и находится в режиме хранения. Фронт С-сигнала (момент t3) вызывает переключение триггера в то состояние, которое было к этому моменту на входе D. При С = 1 защелка прозрачна: любое изменение D-входа (t4 и t5) вызывает изменения выхода Q.

По срезу синхросигнала (момент t6) D-триггер-защелка фиксирует на выходе то состояние, которое было на D-входе непосредственно перед этим моментом. Следующее изменение выходного сигнала Q будет возможно только по фронту следующего синхроимпульса (момент t8).

Если на С-вход подать единичный уровень, то свойство запоминания защелки проявляться никак не будет и она будет выполнять функции обычного буферного усилителя мощности в тракте передачи данных.

Существуют D-триггеры, в которых параллельно С-сигналу на входные элементы DD1 и DD2 (см. рис. 6.6) заведен еще один разрешающий сигнал – V-сигнал. Такие триггеры называются DV-триггерами. Разрешением на прием D-уровня является конъюнкция сигналов на С- и V-входах.

Иногда в триггер-защелку вводят дополнительный вход сброса в нуль. Такой простейший вариант входa гашения имеет активный L-уровень, и пользоваться им можно лишь при С = 0.

Если сигнал сброса подавать при С = 1, то при D = 1 RS-триггер, образованный элементами DD 3 и DD 4 (см. рис. 6.6), окажется под воздействием сразу и S- и R-сигнала, после одновременного снятия которых состояние его станет неопределенным.

Существуют схемы D-триггеров, для которых активным является низкий уровень С-сигнала, т. е. триггер прозрачен при низком уровне на входе С.

Подробнее о временных характеристиках, об определении задержки сигналов можно посмотреть, например, в [4, 10].

Временными параметрами D-триггеров-защелок являются:

· время задержки распространения по трактам вход С – выходы и вход D – выходы;

· время подготовки по D-входу;

· время выдержки по D-входу;

· минимальная длительность С-импульса.

Для схем, в которых возможны гонки по входу, дополнительным параметром является максимальная длительность фиксирующего среза С-сигнала.

6.5. Счетный Т-триггер

 

Триггер со счетным входом представлен на рис. 6.8. Он имеет один управляющий вход Т и два выхода Q и . Информация на выходе такого триггера меняет свой знак на противоположный при каждом положительном (или при каждом отрицательном) перепаде напряжения на входе.

а б

 

Рис. 6.8. Временная диаграмма (а) и условное обозначение счетного триггера (б)

 

В сериях выпускаемых микросхем Т-триггеров, как правило, нет. Но триггер такого типа может быть создан на базе тактируемого D-триггера (рис. 6.9, а), если его инверсный выход соединить с информационным входом или на базе RS-триггера (рис. 6.9, б), если соединить соответствующий выход со входом. Как видно из диаграммы, частота сигнала на выходе Т-триггера в два раза ниже частоты сигнала на входе. Поэтому такой триггер можно использовать как делитель частоты и двоичный счетчик.

 

а б

 

Рис. 6.9. Схемы счетного триггера на базе D-триггера (а) и RS-триггера (б)

 

В реальных условиях рассмотренные схемы счетного триггера будут работать лишь при определенной длительности сигнала на входе Т. Обратные связи с выхода триггера на его вход ведут к опасности появления в схеме режима генерации. Действительно, если применяется триггер с управлением уровнем потенциала, то при Т = 1 триггеру, находящемуся в состоянии Q, разрешен прием состояния , и он переключится. Таким образом, пока Т = 1, схема ведет себя как генератор.

С режимом генерации можно бороться путем такого ограничения длительности сигнала Т, при котором триггер успел бы переключиться всего один раз. Практически реализовать это достаточно трудно из-за разброса параметров элементов. Обычно работоспособность счетного триггера обеспечивается применением в рассматриваемой структуре непрозрачных триггеров (двухступенчатых или с динамическим управлением) или внутренних задержек. Схема счетного триггера с формируемой длительностью сигнала на входе и с задержкой в цепи обратной связи D-триггера приведена на рис. 6.10.

На входе триггера включена дифференцирующая цепочка R1C1, которая преобразует потенциальный сигнал в импульсный. Длительность формируемого импульса определяется параметрами RC-цепи. В цепь обратной связи введена задержка, создаваемая элементами R2C2. Подбором параметров RC-цепей можно обеспечить устойчивую работу счетного триггера.

 

 

Рис. 6.10. Счетный триггер с преобразованием входного сигнала в импульс

и с задержкой в цепи обратной связи

 

Разновидностью Т-триггера является ТV-триггер, имеющий управляющий вход V. Таблица истинности и условное обозначение ТV-триггера представлены на рис. 6.11.

 

Таблица 6.7

а б

 

Рис. 6.11. Таблица состояний ТV-триггера (а) и его условное обозначение (б)

 

Из таблицы истинности следует, что при V = 1 ТV-триггер работает в режиме Т-триггера, при V = 0 он переходит в режим хранения информации.

 


 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.