Триггеры: классификация и способы описания функционирования

В общем случае триггер содержит собственно элемент памяти и некоторую входную комбинационную схему, преобразующую входные сигналы триггера в сигналы, требуемые для управления элементом памяти (рис. 2.1).

 

Рис. 2.1. Общая структура триггера

В качестве элемента памяти в цифровых микросхемах используется бистабильная ячейка, представляющая собой два инвертирующих логических элемента (чаще всего ИЛИ–НЕ или И–НЕ), соединенных перекрестными связями: прямой и обратной (рис. 2.2).

                                        а)                              б)

Рис. 2.2. Дизъюнктивная (а) и конъюнктивная (б) бистабильные ячейки

Классификация триггеров проводится по признакам логического функционирования и способу записи информации (рис. 2.3) [10, 11].

Рис. 2.3. Классификация триггеров

По способу записи информации различают асинхронные (нетактируемые) и синхронные (тактируемые) триггеры. В нетактируемых переход в новое состояние вызывается непосредственно изменением входных информационных сигналов. В тактируемых триггерах, имеющих специальный вход, переход происходит только при подаче на этот вход тактовых сигналов. Тактовые сигналы называют также синхронизирующими, исполнительными, командными и т.д. Обозначаются они буквой  (от слова Clock).

По способу восприятия тактовых сигналов триггеры делятся на управляемые уровнем и управляемые фронтом. Управление уровнем означает, что при одном уровне тактового сигнала триггер воспринимает входные сигналы и реагирует на них, а при другом не воспринимает и остается в неизменном состоянии. При управлении фронтом разрешение на переключение дается только в момент перепада тактового сигнала. В остальное время независимо от уровня тактового сигнала триггер не воспринимает входные сигналы и остается в неизменном состоянии. Триггеры, управляемые фронтом, называются также триггерами с динамическим управлением.

Динамический вход может быть прямыми или инверсным. Прямое динамическое управление означает разрешение на переключение при изменении тактового сигнала с нулевого значения на единичное, инверсное – при изменении тактового сигнала с единичного значения на нулевое.

По характеру процесса переключения триггеры делятся на одноступенчатые и двухступенчатые.

В одноступенчатом триггере переключение в новое состояние происходит сразу, в двухступенчатом – по этапам. Двухступенчатые триггеры (на схемах обозначаются TT или MS) состоят из входной и выходной ступеней. Переход в новое состояние происходит в обеих ступенях поочередно. Один из уровней тактового сигнала разрешает прием информации во входную ступень при неизменном состоянии выходной ступени. Другой уровень тактового сигнала разрешает передачу нового состояния из входной ступени в выходную.

По логическому функционированию различают триггеры типов RS, D, T, JK и др. Кроме того, используются комбинированные триггеры, в которых совмещаются одновременно несколько типов, и триггеры со сложной входной логикой (группами входов, связанных между собой логическими зависимостями).

RS -триггер имеет два управляющих входа  и , с помощью которых выполняются функции установки триггера в состояние  (при , ) и сброса в состояние  (при , ). При  триггер работает в режиме хранения, т.е. сохраняет ранее установленное состояние:  либо . Комбинация входных переменных  (установка и сброс одновременно) является запрещенной, так как может привести к неопределенному (непредсказуемому) состоянию выхода . Во избежание возникновения сбоев в цифровых системах комбинацию  исключают, поэтому она является нереализуемой. Полная таблица состояний 2.1 представляет собой табличное описание функционирования RS-триггера. Нереализуемая комбинация входных переменных  дает два безразличных набора переменных , , , для которых значение функции  не определено. Минимизировав функцию , получим характеристическое уравнение RS-триггера:

.                                                                            (2.1)

Как видно из таблицы 2.1, при  (режим хранения) состояние выхода триггера не изменяется: . Поэтому полную таблицу состояний путем объединения строк и исключения столбца  можно преобразовать в более компактную форму (таблица 2.2). RS-триггеры могут быть асинхронными или синхронными, синхронизируемые уровнем либо фронтом синхросигнала.

                       Таблица 2.1                         Таблица 2.2

     Полная таблица состояний   Компактная таблица состояний

                  RS-триггера                              RS-триггера

0	0	0	0		0	0
0	0	1	1		0	1	1
0	1	0	1		1	0	0
0	1	1	1		1	1
1	0	0	0
1	0	1	0
1	1	0
1	1	1

JK -триггер характеризуется таблицей состояний 2.3. Он отличается от RS-триггера тем, что при поступлении на входы комбинации  меняет состояние выхода на противоположное: . Таким образом, JK-триггер не имеет запрещенных комбинаций входных сигналов, которые следовало бы исключать при работе цифровых систем. Его характеристическое уравнение имеет вид

.                                                                       (2.2)

                                              Таблица 2.3

Таблица состояний

JK-триггера

0	0
0	1	0
1	0	1
1	1

Так же как RS-триггер, JK-триггер может быть асинхронным, синхронизируемым уровнем или фронтом. На практике обычно используются JK-триггеры, синхронизируемые фронтом.

T -триггер, называемый часто счетным триггером, характеризуется таблицей состояний 2.4. Состояние его выхода меняется на противоположное при поступлении на вход счетного сигнала  и сохраняется неизменным при . В соответствии с таблицей 2.4 характеристическое уравнение T-триггера имеет вид

.                                                                       (2.3)

Из таблицы 2.3 видно, что при  состояние JK-триггера, синхронизируемого фронтом, будет изменяться на противоположное  при поступлении каждого синхроимпульса. Таким образом, JK-триггер в этом случае функционирует как T-триггер при подаче счетного сигнала  на вход синхронизации .

D -триггер имеет таблицу состояний 2.5, в которой отсутствует состояние, соответствующее режиму хранения. D-триггеры бывают только синхронными, и в соответствии с таблицей 2.5 они после поступления синхросигнала устанавливаются в состояние

.                                                                                        (2.4)

Выражение (3.4) является характеристическим уравнением D-триггера. D-триггер выполняет функцию задержки информации, поступающей на управляющий вход , на один период синхросигналов (такт машинного времени). В микроэлектронной аппаратуре широко используются D-триггеры, синхронизируемые фронтом и синхронизируемые уровнем.

Таблица 2.4                       Таблица 2.5

Таблица состояний           Таблица состояний

       T-триггера                          D-триггера

0			0	0
1			1	1

Согласно таблицам состояний 2.3 и 2.5 синхронный JK-триггер будет выполнять функции D-триггера, если исключить комбинации, при которых . Это достигается соединением входов  и  через инвертор. В свою очередь, D-триггер, синхронизируемый фронтом, выполняет функции T-триггера, если соединить вход  с инверсным выходом .

Условные графические обозначения рассмотренных триггеров приведены на рис. 2.4 [3].

Рис. 2.4. Условные графические обозначения триггеров:

а – асинхронный RS-триггер; б – синхронизируемый логическим нулем

RS-триггер; в – D-триггер, срабатывающий по фронту 01; г – T-триггер, срабатывающий по срезу 10; д – двухступенчатый синхронизируемый фронтом 10 JK-триггер с входами раздельной установки в нулевое (R) и единичное (S) состояния; е –JK-триггер с логическими элементами И на входах J и K

В комбинированных триггерах совмещаются несколько режимов. Например, триггер типа RST – счетный триггер, имеющий также входы установки и сброса.

Примером триггера со сложной входной логикой служит JK-триггер с группами входов   и , соединенных операцией конъюнкции:

, .                                                  (2.5)

Помимо таблиц состояния и характеристических уравнений, триггеры определяются также таблицами переходов (словарями триггеров), которые представляют собой зависимость входных переменных от вида переключений . Таблицы переходов для рассмотренных выше триггеров приведены в таблице 2.6.

                                                                                             Таблица 2.6

Таблицы переходов триггеров

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒ Поделиться:

Последнее изменение этой страницы: 2019-04-19; Просмотров: 473; Нарушение авторского права страницы