Классификация триггеров по способу управления

Классификация триггеров

Лекция Триггеры

Общие понятия

Триггер — простейшее последовательностное устрой­ство, которое может находиться в одном из двух возмож­ных состояний и переходить из одного состояния в дру­гое под воздействием входных сигналов.

Триггер является базовым элементом последовательностных логических устройств. Триггеры нашли широкое распространение в вычислительной технике и составляют от 20 до 40% всего оборудования.

Рис.1. RS – триггер

В качестве поясняющего символа для условного обозначения триггера применяют букву Т, которую помещают в верхней части основного поля графического обозначения.

Входы триггера разделяют на информационные и управляющие (вспомогательные). Это разделение в зна­чительной степени условно. Информационные входы используются для управления состоянием триггера. Управ­ляющие входы обычно используются для предварительной установки триггера в некоторое состояние и для синхро­низации.

Входы триггера имеют различные обозначения, связанные с выполняемыми ими функциями:

S — вход для установки в состояние «1»; S (от англ. set);

R — вход для установки в состояние «О»; R (от англ. reset);

J— вход для установки в состояние «1» в универсаль­ном триггере;

К — вход для установки в состояние «О» в универсаль­ном триггере;

Т— счетный (общий) вход;

D — вход для установки в состояние «1» или в состоя­ние «О»;

V — дополнительный управляющий вход для разреше­ния приема информации (иногда используют букву E вме­сто V).

Выходы триггера обозначают буквами Q и , тогда если Q соответствует «1», то — нулю и наоборот.

Классификация триггеров

Триггеры классифицируют по различным признакам, поэтому существует достаточно большое число классифи­каций. К сожалению, эти классификации не образуют стройной системы, но инженеру необходимо их знать.

Триггеры классифицируют по следующим признакам:

• способу приема информации;

По способу приема информации различают асинхронные и синхронные триггеры.

Асинхронный триггер изменяет свое состояние непо­средственно в момент появления соответствующего ин­формационного сигнала (рис.1.).

Синхронные триггеры реагируют на информационные сигналы только при наличии соответствующего сигнала на так называемом входе синхронизации С (от англ. clock). Этот вход также обозначают терминами «строб», «такт».

Рис. 2. Синхронный RS — триггер

Синхронные триггеры в свою очередь подразделяют на триггеры со статическим (статические) и динамическим (динамические) управлением по входу синхронизации С. Статические триггеры воспринимают информационные сигналы при подаче на вход С логической единицы (пря­мой вход) или логического нуля (инверсный вход). Дина­мические триггеры воспринимают информационные сиг­налы при изменении (перепаде) сигнала на входе С от 0 к 1 (прямой динамический С-вход) или от 1 к 0 (инверсный динамический С-вход).

Статические триггеры в свою очередь подразделяют на одноступенчатые (однотактные) и двухступенчатые (двух­тактные). В одноступенчатом триггере имеется одна сту­пень запоминания информации, а в двухступенчатом — две такие ступени. Вначале информация записывается в первую ступень, а затем переписывается во вторую и по­является на выходе. Двухступенчатый триггер обозначают ТТ.

По функциональным возможностям триггеры разделя­ют на следующие классы:

• с раздельной установкой состояния 0 и 1 (RS — триггеры);

• универсальные (JK — триггеры);

• с приемом информации по одному входу D (D-триггеры, или триггеры задержки);

• со счетным входом Т (T — триггеры).

Рассмотрим некоторые типы триггеров и их реализа­цию на логических элементах.

RS триггеры

Асинхронный RS триггер может быть реализован на двух элементах ИЛИ-НЕ или И-НЕ (рис. 3).

Рис.3. RS – триггеры на логических элементах

Одновременная подача сигналов на оба входа триггера на элементах ИЛИ-НЕ запрещена, так как после нее триггер оказывается в со­стоянии (1 или 0), предсказать которое заранее невозмож­но.

В асинхронном RS-триггере на элементах И-НЕ пере­ключение производится логическим «0», подаваемым на вход R или S. Запрещенная ком­бинация соответствует логическим «0» на обоих входах.

Синхронный RS-триггер, обозначаемый также буквами RST, имеет дополнительный С-вход (от англ. clock — часы), на который подают импульсы синхронизации. Синхронный триггер получают при подключении ко входу асинхронного RS-триггера двух дополнительных элементов «И».

Рис.4. Синхронный RS – триггеры на логических элементах

Если на входе С — логический «0», то и на выходе верхнего входного элемента «И-НЕ», и на выходе нижнего будет ло­гическая «1». А это обеспечивает хранение информации. Таким образом, если на входе С — логический «0», то воздействие на входы R, S не приводит к изменению состояния триггера. Если же на вход синхронизации С подана логическая единица, то схема реаги­рует на входные сигналы точно так же, как и рассмотрен­ная ранее.

Синхронный RS триггер может изменять свое состояние в любой момент на интервале действия сигнала С=1. Такой триггер называют триггером со статическим входом синхронизации.

Наибольшее практическое распространение получили триггеры с динамическим (импульсным) входом синхронизации. Суть построения такого триггера заключается в обеспечении его переключения лишь на интервале изменения сигнала входа С, т. е. либо по фронту, либо по срезу импульса синхронизации. Такое решение позволяет значительно повысить надежность и помехозащищенность триггерных устройств, так как сводит к минимуму интервал, на котором возможна перезапись информации. Технически указанный режим работы достигается заменой дополнительных логических элементов, вспомогательными RS-триггерами (так называемая схема трех триггеров).

JK-триггер

JK-триггер (от англ. jump и keep), аналогичен RS-триггеру. Он имеет два информационных входа. Роль входов S и R играют соответственно входы J и K.

Рис. 5. JK – триггер

JK-тритгер имеет три входа: два информационных (J и K) и один синхронизирующий (С).

Отличие JK-триггера от RS-триггера заключается в том, что при наличии «1» на обоих входах (такая комбинация сигналов для JK-триггера не является запрещенной) его состояние переходит из предыдущего в последующее, т.е. если он находился в состоянии «0», то перейдет в состояние «1» и наоборот.

В остальном JK-триггер подобен RS-триггеру, причем роль входа S играет вход J, а роль входа R — вход К. ( JK — триггеры являются синхронными).

JK-триггер считается универсальным, на его базе путем ввода обратных связей можно получить другие виды триггеров.

Он легко реализуется на двух RST-триггерах с обратными связями.

D-триггер

D-триггер (от англ. delay— задержка), повторяет на своем выходе состояние входа и формирует выходной сигнал на Q-выходе с задержкой относительно управляющего воздействия на D-входе. Для этого его снабжают С-входом, возбуждение которого (статическое или импульсное) позволяет переключать триггер в состояние, соответствующее сигналу на D-входе.

Его можно образовать из любых RS- или JK-триггеров, если на их входы одновременно подавать взаимно инверсные сигналы. Хранение информации в D-триггерах обеспечивается за счет синхронизации, поэтому все реальные D-триггеры имеют два входа: информационный D и синхронизации С.

Рис 6. D — триггер

В этом триггере сигнал на входе по сигналу синхронизации записывается и передается на выход. Так как информация на выходе остается неизменной до при­хода очередного импульса синхронизации, D-триггер на­зывают также триггером с запоминанием информации или триггером-защелкой, триггером задержки. Триггер повторяет информационный сигнал только тогда, когда присутствует тактовый импульс «С» независимо от предыдущего состояния.

Т-триггер

Т-триггер (от англ. tumbler — опрокидыватель) изменяет свое логичес­кое состояние на противоположное по каждому активно­му сигналу на информационном входе Т.

Рис 7. Т — триггер

В этом триггере имеется один T-вход, при каждом воздействии на который (импульсом) происходит очередное переключение триггера из одного состояния в другое. Поэтому такой прибор именуют триггером со счетным входом (счет­ным триггером). Число переключений равно числу поступивших на вход импульсов.

Т.к. JK-триггер переходит в инверсное состояние каждый раз при одновременной подаче на оба входа логической 1, то на его основе можно создать Т-триггер, объединяя входы J и K.

Т-триггер находит широкое применение в счетчиках импульсов цифровых систем.

Триггеры могут быть выполнены на логических элементах И-НЕ и ИЛИ-НЕ или на интегральной микросхеме (ИМС).

|	следующая лекция ==>
Экологическое воспитание и образование	|	Психологические основы обучения, учения, научения

Дата добавления: 2016-01-20 ; просмотров: 13248 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Виды триггеров и особенности их работы

Электроника предполагает точное выполнение заданной программы с учетом текущего состояния всей логической схемы. За часть работы электронной цепи отвечают триггеры. Статья опишет — основные типы триггеров, их устройство и принцип работы, а так же расскажет зачем такие устройства используются в электронных схемах. Отдельно будет описан симметричный триггер.

Определение

Что такое триггер? Триггером называют электронное устройство, обладающее способностью довольно долгое время находиться в 1-ом из 2-х стабильных состояний, а так же чередовать их из-за воздействия какого-то внешнего сигнала. Триггер — это по сути простая электроника, от которой зависит работоспособность более сложных систем

Он способен хранить двоичную информацию (ноль или один) после того, как перестанут действовать входные импульсы. Основное назначение устройства, это переключение из одного состояния в другое. Хранит триггер в своей памяти 1 бит информации, которые и определяют его текущее состояние: логический «0» или логическая «1».

Какие входы есть у триггера? Любой триггер может иметь несколько входов, которые бывают:

1. Информационными. Они отвечают за общее состояние устройства в момент работы всей цепи.
2. Управляющими. Отвечают за установку триггера в предварительное положение и за его дальнейшую синхронизацию.

Работа устройства строится на 2 элементах «И-НЕ», 2 «ИЛИ-НЕ» и других, некоторые разновидности триггеров работают на логических элементах КМОП, ТТЛ, ЭСЛ. Принцип работы любого триггера зависит от количества входов/выходов, а также от типа самого устройства.

В электронике используются устройства на транзисторах или микросхемах. Транзисторные модели применяются при сложных интегральных схемах старого типа. Логическая микросхема обладает меньшими габаритами, хранит информацию без перегрева и перегрузок. Поэтому их используют в более миниатюрных и сложных цепях современной электроники.

Разновидности

Для того чтобы разобраться как работает триггер, необходимо понять к какому классу и типу он относится. Существуют 2 основных класса этих устройств:

1. Синхронные с двумя основными классами: статическими и динамическими.
2. Асинхронные.

Обе разновидности имеют схожий принцип работы. Отличие заключается только в процессе перехода сигнала из одного состояния в другое. Асинхронные делают это напрямую, а синхронные работают исходя из этого сигнала.

Асинхронные

Асинхронные RS-триггер имеет 2 основных входа «R» и «S». Также предусматриваются выходы «Q» и «Q−». Устройство RS триггера позволяет выполнять следующую последовательность:

1. Вход «S» является установочным. На него подается высокое напряжение, вследствие чего логический выход «Q» устанавливается как «1».
2. Вход «R» отвечает за сброс положения. Высокое напряжение в виде логической «1» на этом входе предполагает установку 0 на выходе «Q», а на выходе «Q–» – «1».

Асинхронный RS-триггер условно работает следующим образом:

1. При подаче напряжения на вход «S» устройство включается и хранит такое состояние даже при потере положительного сигнала.
2. При подаче сигнала на вход «R» устройство отключается, при этом сохраняя логический 0 на выходах.

Схема RS-триггера асинхронного типа самая простая. Она работает без синхронизации с дополнительным входом. Используется RS компонент в простых элементах или как дополнение для более сложных триггеров.

Далее будет представлена УГО, таблица истинности и общая схема такого триггера.

Синхронные

Немного более сложное устройство. Работают с дополнительной синхронизацией сигналов. Эти RS-триггеры также имеют входы «R» и «S», а также выходы «Q» и «Q–». Отличие заключается в наличие синхронизирующего входа «С». Этот контакт нужен для синхронизации входящих сигналов. Называют этот вход «clock» или тактовый. Триггер имеет следующий принцип работы:

1. Первоначально сигнал поступает к контакту входа «С» и проходит синхронизацию.
2. С контакта «С» сигнал поступает на вход «S» в виде логической 1 или высокого напряжения.
3. На «Q» устанавливается логическая 1, а сам цепь при этом включается.

Синхронизация используется для снижения части помех. Часто RS-триггеры этого типа используют для цепей с параллельным подключением, значительно снижая помехи от элементов с высокой магнитной индуктивностью.

Графическое обозначение, таблица истинности и диаграмма устойчивых состояний устройства представлена ниже.

Асинхронные и синхронные модели далеко не единственные, которые использует схемотехника для построения логических моделей работы. Далее будут представлены разновидности триггеров с иным принципом работы.

D-триггер

Эти виды простых триггеров так же используют для хранения информации о своем текущем состоянии один бит памяти. Используют его в простых электронных схемах вычислительных устройств и автоматики. Данная модель также относится к синхронному типу и имеет вход «С». Главное отличие заключается в замене 2 входов «R-S» на один контакт «D». Применение всего одного входа и наличие синхронизации позволяет значительно упростить работу устройства. Для работы D-триггера используется следующая схема:

1. На контакт «С» поступает сигнал логической 1 или высокое напряжение.
2. Сигнал проходит синхронизацию.
3. Поступает на контакт входа D.
4. Если выход «Q» находился в состоянии логической 1, то он включается.
5. Если на выходе «Q» находился логический 0 или этот контакт находился в состоянии сброса, логическая 1 передается на выход «Q−».

Иными словами, состояние триггера на выходе зависит от его предыдущего положения. Если предыдущее положение было в состоянии высокого напряжения, то на этот выход поступит логическая 1. Если положение было в состоянии сброса, то логический 0.

Практически все D-триггеры являются динамическими. При динамическом управлении состоянием триггера используется понятие фронта. Фронтом называют переход от 1 к 0. Подразумевается 2 вида фронта:

1. Передний. При этом положении осуществляется переход от 0-1.
2. Задним фронтом является переход сигнала от 1 к 0.

Существуют разновидности D устройств с дополнительным входом V. Название этого входа расшифровывается как проверочный. Работает такой элемент с неким замедлением. Оно необходимо для предварительной синхронизации сигнала, с его последующим подтверждением. При этом не играет особой роли, сколько памяти занято в устройстве. Обычные и DV-триггеры предназначены для работы в сложных устройствах с множеством ячеек. Например, в электронных счетчиках эти устройства отвечают его за актуальное значение. При его смене состояние триггера изменяет свой фронт.

Далее приведена таблица истинности и УГО фронтов.

Т-триггер

Триггеры типа T на логических элементах включают в себя многие возможности ранее описанных устройств. Есть модели асинхронного и синхронного типа, динамические и с дополнительным подтверждающим входом.

Асинхронные

При получении положительного сигнала на вход, на выходе получается напряжение в 2 раза выше входного. Такой эффект возможен только при импульсном сигнале, поступающем на T вход. При этом частота поступления по временной шкале не имеет препятствий, а значит сигнал доходит гораздо быстрее. Асинхронные T устройства в состоянии логической 1 на выходе имеют противофазу инверсного выхода.

Синхронные

Эти T-триггеры подобны асинхронным. Исключение состоит в наличие тактового сигнала на входе. Также существует противофаза на инверсном выходе и появление удвоенного напряжения.

Устройство T элементов можно легко отнести к делителям импульсных сигналов. Эти элементы работают только при наличии переднего фронта. Иными словами, осуществляется переход от 0 к 1. Но разница заключается в учете временного интервала между импульсами.

Триггеры типа T часто используются в логических вычислительных процессах. Осуществляется это за счет функции увеличения или снижения напряжения:

1. При увеличении частоты на выходе с логической 1, осуществляется запись положительного числа.
2. При уменьшении частоты на инверсном выходе при логическом 0, осуществляется запись отрицательного числа.

При учете, сколько памяти необходимо для перехода и деления сигнала, элемент может быть дополнен входом подтверждения. Программирование с использованием T-триггера допускает использование устройства в различных электронных счетчиках без встроенной памяти. Далее дана диаграмма работы устройства.

JK-триггер

Является самым универсальным электронным элементом. В этих устройствах присутствуют:

1. Входы «J» и«K» в качестве информационных. При этом «J» — обычный вход «S», а «K» — вход «R».
2. «С» — вход динамический.
3. «R» и «S» статические.

JK устройство работает по принципу перехода из одного состояния в другое, но с учетом единицы времени. Также существует разность при подаче сигнала на вход синхронизации. Иными словами, если на оба входа JK подать логическую 1, то на его выходах появится прямо противоположное значение. Но при этом устройство не воспримет наличие двух 1 единиц как ошибку.

В зависимости от назначения, в данном триггере может использоваться так называемый фронт (передний или задний). В этом случае устройство считается синхронным, а его состояние определяется актуальным положением логических чисел. При расчете рабочего состояния элемента также учитывается возможность одновременного использования устройства в качестве T или D триггера. В этом случае учитывается параметр временного интервала поступления сигнала, какое напряжение будет получено при выходе и устойчивость состояния элемента. Информатика часто использует этот элемент в качестве универсального устройства контроля состояния устойчивой работы простых логических функций. Далее дана диаграмма работы устройства.

Симметричный

Симметричный триггер относится к особому виду элементов. Он создается на транзисторах и является усилителем постоянного тока двухкаскадного типа. Работает устройство за счет использования транзисторов с полностью идентичными параметрами.

Принцип работы следующий:

1. При подаче напряжения на устройство, транзистор VT1 считается открытым. Напряжение его коллектора равняется 0.
2. В этот момент транзистор VT2 закрыт. Его коллектор имеет положительное напряжение.
3. Для осуществления перехода из одного состояния в другое используется импульс напряжение. Этот импульс создается конденсатором.
4. При появлении импульса транзисторы меняют свое состояние.

При смене положения транзисторов создается перепад напряжения, и оно значительно снижается.

В схемах симметричных триггеров основным элементом является система запуска. Она может отличаться по способу управления и месту, с которого поступил пусковой импульс.

1. Раздельное управление. Предполагает подачу напряжения на определенный вход триггера. При таком управлении элемент считается RS-триггером.
2. Общее или счетное управление. Напряжение подается на общий входной контакт. При таком подключении, устройство схоже по параметрам с Т-триггером.

Место поступления импульса может быть от коллектора или базы транзистора. При таких схемах подключения существует вероятность появления ложного или вторичного сигнала. Он отсекается путем подключения диода.

Основным недостатком симметричных элементов является полная зависимость от времени поступления импульсного сигнала и его длительности. Если длительность недостаточная, импульс не успеет открыть транзистор, а значит не произойдет закрытие второго транзистора.

Такие устройства используются в устройствах учета импульсов, генераторах частоты, переключателях радиоэлектронных цепей.

Заключение

С триггерами в жизни мы сталкиваемся довольно часто, ведь они широко используются в различных сферах. В данной статье было приведено описание и области использования различных разновидностей данного устройства. При ремонте электронного оборудования важно знать: для чего нужен этот элемент, где он используется и по какому принципу работают такие устройства.

Видео по теме

Источник