Триггеры. Назначение, классификация и применение.

Триггером называют элементарный цифровой автомат, который имеет два устойчивых состояния. Одному из этих состояний присваивается значение 1, а другому - 0, Состояние триггера и значение хранимой двоичной информации определяются прямым и инверсным выходными сигналами. Если на прямом выходе Q имеется потенциал соответствующий логической 1, то триггер находится в единичном состоянии, если О-в нулевом состоянии. Потенциал на инверсном выходе противоположен главному выходу.

Триггеры классифицируются по следующим признакам:

1. По способу записи информации различают асинхронные и синхронные триггеры. В асинхронных триггерах изменение состояния происходит при подаче сигналов на информационные входы. В синхронных (тактируемых) триггерах имеются кроме информационных входов один или несколько дополнительных для сигналов управления. Состояние таких триггеров изменяется при подаче синхронизирующих сигналов в соответствии со значением сигналов на информационных входах.

2.  По способу управления информацией различают триггеры со статическим, динамическим, одноступенчатым и многоступенчатым управлением.

При статическом управлении переключение триггеров вызывается уровнями сигналов, поступающих на информационные входы; при динамическом управлении - изменением уровней сигналов на информационных входах. Триггеры с одноступенчатым управлением имеют одну ступень управления, а с двухступенчатым - две ступени запоминания информации. Синхронные триггеры с одноступенчатым управлением называются однотактными. а с двухступенчатым - двухтактными.

3.  По способу организации логических связей, определяющих особенности функционирования, различают RS,D,T,JK и другие типы триггеров.

Основными параметрами триггеров являются:

1. Максимальная длительность входного сигнала;

2. Время задержки переключения триггера;

3. Разрешающее время триггера

30. Триггеры. Схема построения асинхронного RS-триггера на логических элементах Шеффера. Принцип работы, таблица переключения, временная диафрагма и УГО. Применение.

31. Триггеры. Схема построения синхронного однотактного RS-триггера на логических элементах. Принцип работы, таблица переключения, временная диафрагма и УГО. Применение.

Синхронный однотактный RS-триггер.

На входы логического элемента сигналы не всегда поступают одновременно, т.к. перед этим могут проходить через разное число узлов, не обладающих к тому же одинаковой задержкой. Это явление называют состязаниями или гонками. В результате таких состязаний новые значения одних сигналов будут сочетатся с предыдущими значениями других сигналов, что может привести к ложному срабатыванию.

Это отрицательное явление можно устранить временным стробированием. когда на элемент кроме информационных сигналов подаются тактирующие (синхронизирующие) импульсы, к моменту прихода которых информационные сигналы успевают установиться на входах.

Рис.62.Схема(а),УГО(б),таблица значений(в) и временные диаграммы (г) синхронного RS-триггера на логических элементах И-НЕ

 

 

Здесь элементы 1 и 2 образуют схемы входной логики синхронного управления RS- триггера. построенного на элементах 3 и 4.

 

Поскольку входная информация поступает через дополнительные элементы 1 и 2, то она может быть записана в триггер только при поступлении на синхронизирующий вход тактирующего сигнала. Т.о. синхронный триггер кроме входов R и S имеет вход синхронизации С. Закон функционирования данного триггера следующий: если на синхронизирующем входе действует уровень С=0, то триггер сохраняет своё состояние, т.е. триггер находится в режиме хранения, а если на синхронизирующем входе С=1, то триггер работает в режиме асинхронного RS-триггера. При отсутствии сигнала синхронизации триггер может быть установлен в состояние 0 или 1 подачей на дополнительные несинхронизирующие входы R-инверсное и S-инверсное сигналов, соответствующих логическому "О".

32. Триггеры. Схема построения синхронного двухтактного RS-триггера на логических элементах. Принцип работы, таблица переключения, временная диаграмма и УГО. Применение.

Синхронный двухтактный RS -триггер.

Устойчивая работа однотактных RS-триггеров в любой схеме возможно только при условии, что информация в триггер заносится после завершения передачи информации о прежнем его состоянии в другой триггер. Для этого приходится использовать две серии находящихся в противофазе синхроимпульсов. Подобный принцип обмена информацией реализован в двухтактных RS-триггерах.

Рис.63.Схема(а),таблица значений(б) и временные диаграммы(в) двухтактного синхронного RS-Триггера

 

Схема двухтактного синхронного RS-триггера состоит из двух однотактных RS- триггеров и инвертора в цепи синхронизации. Если на синхронизирующий вход триггера подаётся сигнал С=1, то входная информация, определяемая сигналами на R и S входах, заносится только в первый триггер. При этом второй триггер будет хранить предыдущюю информацию.

Как только импульс синхронизации примет значение С=0, первый RS-триггер перейдёт в режим хранения, а с инвертора уровень С-инверсное равный "1” запишет информационное состояние первого RS-триггера во второй RS-триггер.

Синхронный двухтактный триггер обычно имеет дополнительные асинхронные инверсные входы R и S, по которым он независимо от сигнала на синхронизирующем входе С переключается в состояние 0 или 1.

Условное обозначение рассмотренного триггера имеет вид (рис.64).

Рис.64.УГО двухтактного синхронного RS-триггера.

Таким образом разница между однотактным и двухтактным синхронными RS- триггерами со статическим управлением состоит в следующем: однотактный синхронный RS-триггер можно переключить, если С=1 и при этом изменить комбинацию на установочных входах с прежней (например R=0, S=1) на новую (R=1, S=0) или наоборот; в двухтактном синхронном RS-триггере при С=1 вторая ступень отключена от первой, а при С=0 первая ступень не принимает информацию с входов R и S.

Лишь при изменении сигнала на синхронизирующем входе С с 1 на 0 информация из первой ступени передаётся во вторую ступень и состояние выходов Q и Q-инверсное изменяется.

33. Триггеры. Схема построения. D-триггера со статическим управлением. Принцип работы, таблица переключения, временная диаграмма и УГО. Применение.34. Триггеры. Схема построения. D-триггера с динамическим управлением. Принцип работы, таблица переключения, временная диаграмма и УГО. Применение.

D-триггеры

Состояние в синхронных триггерах может изменится только во время действия синхроимпульса. В промежутке между синхроимпульсами выходные напряжения постоянны. Это позволяет создать на основе синхронизируемых RS-триггеров триггеры задержки - D-триггеры. D-триггер может быть одноступенчатым или двухступенчатым.

Рис.68.Схема(а),УГО(б),таблица значений(в) и временные диаграммы(г) одноступенчатого синхронного D-триггера

 

1.    Одноступенчатый D-триггер имеет вид (рис.68).

При С=0 синхронный RS-триггер заблокирован уровнями логической 1 с выходов элементов И-НЕ. При С=1 уровень, поданный на информационный вход D, создаёт уровень логического 0 на входе S (D=1), либо на входе R (D=Q) асинхронного RS-триггера и триггер устанавливается в состояние, соответствующее логическому уровню на входе D.

Как видно из временной диаграммы одноступенчатый D-триггер задерживает распространение входного сигнала на время паузы между сигналами.

2.    Двухступенчатый синхронный D-триггер обеспечивает задержку входного сигнала на период (на один такт) следования синхронизирующих сигналов.

Рис.69.Вариант построения(а),таблица значений(б) и временные диаграммы(в) двухступенчатого синхронного D-триггера.

 

Схема двухступенчатого синхронного D-триггера состоит из однотактного D-триггера и однотактного синхронного RS-триггера, тактируемых уровнем логической 1. и инвертора.

При С=0 информация со входа D не принимается в триггер T-j. Этот уровень через инвертор подаётся на синхронизирующий вход триггера Т2 и состояние триггера Т1 передаётся Т2.

При подаче на вход С уровня логической 1 на синхронизирующий вход триггера Т2 приходит логический 0 и связь между триггерами разрывается. Триггер Т1 при этом будет устанавливаться в состояние, соответствующее уровню на входе D. После окончания действия сигнала на входе синхронизации (С=0) производится передача состояния триггера T-j триггеру Т2.

Триггеры с динамическим управлением.

 

При построении функциональных узлов вычислительных машин широко используются триггеры с динамическим синхронизирующим входом. Особенность таких триггеров состоит в том, что уровни с информационных входов воспринимаются триггером лишь в течение времени, когда на входе синхронизации С происходит переход с уровня логического 0 на 1, либо с логической 1 на 0.

 

                                                     Динамический RS-триггер

          Рис.73.Схема(а) и временные диаграммы(б) динамического RS-триггера.

Пусть триггер хранит логическую 1 (Qn=1). Наличие на синхронизирующем входе триггера уровня С=0 независимо от комбинации входных сигналов на информационных входах будет блокировать состояние триггера, т.к. уровни логической 1 на выходах элементов И-НЕЗ и И-НЕ4 не смогут изменить состояние триггера Т5.

Если перед подачей уровня логической 1 на вход С на информационных входах действовали уровни сигналов, например, Я-инверсное=0 и 8-инверсное=1, то при смене уровня на входе С с 0 на 1 на выходе элемента И-НЕ4 установится уровень логического 0, устанавливающий триггер Т5 в состояние 0 (Q=0). Одновременно уровень логического 0 с выхода элемента И-НЕ4 подаётся на выход элемента И-НЕ2 и на его выходе устанавливается уровень логической 1 независимо от последующих значений уровня сигнала на инверсном входе R.

Уровень логического 0 с выхода элемента И-НЕЗ Аналогично упередаётся на вход И- НЕ1. устанавливая на его выходе уровень логической 1 независимо от последующих значений сигнала на инверсном входе S. Таким образом происходит логическое отключение триггера Т5 от входов. Изменение на входе С логического уровня с 1 на 0 заблокирует состояние триггера Т5. т.е. он будет хранить логический 0.

Если на инверсных информационных входах будут действовать уровни сигнала S=0, R=1, то при смене уровня на входе С с логического 0 на 1 произойдёт переключение триггера Т5 из состояния 0 в состояние 1 (Qn=1). После этого никакие последующие изменения уровней сигнала на входах не будут восприниматься триггером T5, пока на входе С не произойдёт перепад уровней сигнала с логического 0 на 1.

          Рис.74.Условное графическое обозначение динамического RS-триггера.

Динамически D-тригг ер.

 

                                          Рис.75.Схема динамического D-триггера.

 

В триггерах с динамическим управлением по входу синхронизации, или просто динамических триггерах, запись входной информации происходит в момент перепада тактового сигнала. Запись может производится в момент положительного перепада тактового импульса (по фронту синхроимпульса) или в момент отрицательного перепада (по срезу синхроимпульса), Наиболее распространённым таким динамическим триггером является D-триггер, приведённый на рис.75.

триггеров Т1 и Т2 и выходного триггера ТЗ.

Рассмотрим основные режимы и особенности работы динамического О-тригтера;

1.    Режим хранения. Если С=0, то х2=S̅=1 и x3=R̅=1.

Это нейтральная комбинация входных сигналов для выходного триггера ТЗ. При такой комбинации сигналов он находится в режиме хранения и выходные сигналы О-триггера не меняются.

2.    Запись информации. До тех пор, пока С=0, один из двух триггеров Т1, Т2 находится в неопределённом состоянии.

 

X3=1         x2=1

 

                   X4=D̅ x1=x̅4̅=D

 

Какой из вспомогательных триггеров находится в устойчивом состоянии, а какой в неопределённом, зависит от уровня сигнала на входе D . Когда С=1, триггер, находившийся в устойчивом состоянии, сохраняет значение сигналов на своих выходах неизменным. Неопределённое состояние другого вспомогательного триггера при этом исчезает. В какое из двух устойчивых состояний он перейдёт, определяется значениями выходных сигналов триггера, находившегося в логически допустимом состоянии; из чего следует:

 

При D=0  x2=S̅ - остаётся в 1

X3=R̅ - переходит в 0

При D=1  x3=R̅ - остаётся в 1

X2=S̅ - переходит в 0

 

Сигнал принимающий нулевое значение, определяет состояние выходного триггера ТЗ. Таким образом, выходной сигнал О-триггера Q принимает значение входных данных.

3.    Блокировка. Когда оба вспомогательных триггера Т1 и Т2 находятся в логически допустимых состояниях, они блокируют друг друга. При х3=0 заблокирован элемент 4. а при х2 =0 заблокированы элементы 1 и 3.

4.    Подготовка к записи. Когда С=0 при установятся единичные уровни на выходах х2 и хЗ. и взаимная блокировка вспомогательных триггеров Т1 и Т2 снимается. Один из них перейдёт в неопределённое состояние, другой останется в устойчивом. Когда закончатся переходные процессы во вспомогательных триггерах Т1 и Т2, схема будет готова к записи информации в выходной триггер ТЗ.

Условное обозначение О-триггеров с динамическим управлением имеет вид (рис.76).

                                            Рис.76.УГО динамических D-триггеров.

35. Триггеры. Схема построения асинхронного и синхронного Т-триггера. Принцип работы, таблица переключения, временная диаграмма и УГО. Применение.

Триггер этого типа имеет только один информационный вход Т, называемый счётным входом, и изменяет своё состояние после прихода на счётный вход Т каждого управляющего (счётного) сигнала.

Т-триггер реализует операцию сложения по mod 2, что и обусловило название триггера счётным триггером.

Сигнал на его выходе Q появляется в два раза реже, чем на входе Т, т е. Т-триггер может использоваться как делитель частоты.

1. Асинхронный Т-триггер - может быть построен на базе двухтактного синхронного RS-триггера; выход Q соединяется с информационным входом R, инверсный выход - с информационным входом S.

Информационным входом Т является синхронизирующий вход С.

 

Рис.65.Схема (а),таблица значений (б) и временные диаграммы (в) двухтактного асинхронного Т-триггера

В этой схеме поступление сигнала Т=1 по входу С приводит к записи в двухтактный RS- триггер состояния, противоположного предыдущему.

Сигнал на выходе триггера изменится только после завершения действия сигнала Т=1.

В данной схеме единичный входной сигнал представляется спадом сигнала Т=1.

 

2. Синхронный Т-триггер - может быть построен на базе двухтактного RS-триггера с применением логических элементов И.

Рис.66.Схема (а),таблица значений (б) и временные диаграммы (в) двухтактного синхронного Т-триггера

 

При Т=0 наличие синхронизирующего сигнала С=1 не сможет вызвать переключение Т-триггера, т.к. входы R и S двухступенчатого RS-триггера заблокированы уровнем логического 0 с выходов элементов 1 и 2.

При наличии высокого уровня Т=1 каждый синхронизирующий сигнал на входе С=1 будет переключать триггер из одного состояния в другое, причём смена состояния происходит после окончания действия синхронизирующего сигнала на входе С (С=0). а электрических схемах Т-триггеры обозначается следующим образом (рис. 67).

                    Рис.67.УГО асинхронного(а) и синхронного(б) двухтактных Т-триггеров

36. Универсальный JK-триггер. Схема построения, принцип работы, таблица переключения, временная диаграмма и УГО. Особенности работы триггера. Применение.

JK-триггер.

Распространённым типом триггера в системах интегральных логических элементов является универсальный двухтактный JK-триггер. Триггеры этого типа отличаются от RS- триггеров тем, что при значениях входной информации, запрещённых для RS-триггеров, они инвертируют хранимую в них информацию.

JK-триггер может быть построен на основе двухтактного синхронного RS-триггера.

      

Рис.71.Схема(а),таблица значений(б) и временные диаграммы(в) JK-триггера.

 

Входы J и К триггера (рис. 71) соответствуют входам S и R в RS-триггере, т.е. сигналы J=1, К=0 устанавливают триггер в состояние 1, а сигналы J=Q, К=1 - в состояние О независимо от предыдущего состояния. Такие переключения возможны при сигнале на синхронизирующем входе С=1.

Однако в отличие от RS-триггера в JK-триггере сигналы логической 1 могут одновременно прийти на входы J и К. При J=1, К=1 и С=1 JK-триггер изменяет своё состояние на противоположное. Следовательно, при подаче на вход С серии синхронизирующих сигналов и J=K=1 JK-триггер работает в счётном режиме, т е. как Т- триггер.

 

У рассмотренного триггера имеются входы несинхронизируемой установки S̅ и R̅, с помощью которых при С=0 триггер может быть установлен в состояние 1 путём подами сигналов R̅=1 и S̅=0, либо в состояние 0 при подаче R̅=0 и S̅=1.

                                      Рис.72.Условное обозначение JK-триггера

На базе синхронного JK-триггера можно реализовать синхронный и асинхронный Т- триггеры, D-триггер,

синхронный RS-триггер.

 

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒

Поделиться: