T-триггеры

Триггер и некоторые его разновидности. Таблицы истинности.

Триггер – это спусковое устройство (спусковая схема), которое может сколь угодно долго находиться в одном из двух (реже многих) состояний устойчивого равновесия и скачкообразно переключаться из одного состояния в другое под действием внешнего сигнала. Триггер имеет два выхода: основной и инверсный. Каждому состоянию триггера соответствуют определённые сигналы на его выходах, отличающиеся своим уровнем. В одном состоянии на основном выходе триггера формируется сигнал высокого уровня, а на инверсном — низкого; в др. состоянии, наоборот, сигналы высокого и низкого уровней формируются соответственно на инверсном и основном выходах.

Триггер характеризуется следующими важнейшими параметрами: быстродействием, временем срабатывания, уровнями входных и выходных сигналов. Быстродействие триггера определяется как максимальное возможное число переключений в единицу времени. Время срабатывания определяется временем перехода триггера из одного состояния в другое и характеризует задержку выходного сигнала триггера относительно входного. Под уровнем входного сигнала понимают

RS-Триггер (R1, R2 = 1 kΩ, R3, R4 = 10 kΩ)

минимальное значение сигнала, необходимое для переключения триггера. Уровень выходного сигнала у большинства триггеров не ниже уровня входного сигнала, чем обеспечивается возможность их последовательного соединения без промежуточного усиления.

1. Классификация:

Триггеры подразделяются на две большие группы — динамические и статические. Названы они так по способу представления выходной информации.

1.1. Динамический триггер представляет собой управляемый генератор, одно из состояний которого (единичное) характеризуется наличием на выходе непрерывной последовательности импульсов определённой частоты, а другое (нулевое) — отсутствием выходных импульсов. Смена состояний производится внешними импульсами (рис. 3). Динамические триггеры в настоящее время используются редко.

1.2. К статическим триггерам относят устройства, каждое состояние которых характеризуется неизменными уровнями выходного напряжения (выходными потенциалами): высоким — близким к напряжению питания и низким — около нуля. Статические триггеры по способу представления выходной информации часто называют потенциальными.

2. Типы триггеров.

Каждая из систем классификации характеризует триггеры по разным показателям и поэтому дополняет одна другую. К примеру, триггеры RS-типа могут быть в синхронном и асинхронном исполнении.

Асинхронный триггер изменяет своё состояние непосредственно в момент появления соответствующего информационного сигнала(ов), с некоторой задержкой равной сумме задержек на элементах, составляющих данный триггер.

Синхронные триггеры реагируют на информационные сигналы только при наличии соответствующего сигнала на так называемом входе синхронизации С (от англ. clock). Этот вход также обозначают термином «такт». Такие информационные сигналы называют синхронными. Синхронные триггеры в свою очередь подразделяют на триггеры со статическим и с динамическим управлением по входу синхронизации С.

Триггеры со статическим управлением воспринимают информационные сигналы при подаче на вход С логической единицы (прямой вход) или логического нуля (инверсный вход).

Триггеры с динамическим управлением 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). Также встречается название «триггер управляемый фронтом».

Одноступенчатые триггеры (latch, защёлки) состоят из одной ступени представляющей собой элемент памяти и схему управления, бывают, как правило, со статическим управлением. Одноступенчатые триггеры с динамическим управлением применяются в первой ступени двухступенчатых триггеров с динамическим управлением. Одноступенчатый триггер на УГО обозначают одной буквой - Т.

Двухступенчатые триггеры (flip-flop, шлёпающие) делятся на триггеры со статическим управлением и триггеры с динамическим управлением. Обычно двухступенчатые триггеры применяются в схемах, где логические функции входов триггера зависят от его выходов, во избежание временны́х гонок. Двухступенчатый триггер на УГО обозначают двумя буквами - ТТ.

Триггеры со сложной логикой бывают также одно- и двухступенчатые. В этих триггерах наряду с синхронными сигналами присутствуют и асинхронные. Такой триггер изображён на рис. 1, верхний (S) и нижний (R) входные сигналы являются асинхронными.

Триггерные схемы классифицируют также по следующим признакам:

• числу целочисленных устойчивых состояний (основанию системы счисления)
• числу уровней — два уровня (высокий, низкий) в двухуровневых элементах, три уровня (положительный, ноль, отрицательный) в трёхуровневых элементах, …, N-уровней в N-уровневых элементах, …;
• по способу реакции на помехи — прозрачные и непрозрачные. Непрозрачные, в свою очередь, делятся на проницаемые и непроницаемые.
• по составу логических элементов (триггеры на элементах И-НЕ, ИЛИ-НЕ и др.).

3. Таблицы истинности.

3.1 RS-триггер. Асинхронный триггер RS-типа (рис 1) имеет два информационных входа R и S. Входы S и R названы по первым буквам английских слов set - установка и reset - сброс. При S=1 и R=0 на выходах триггера появляются сигналы: на прямом выходе Q=1, на инверсном Q=0. При S=0 и R=1 выходные сигналы триггера принимают противоположные состояния (Q=0, Q=1). Этот триггер не имеет тактового входа.

Простейший RS-триггер можно реализовать на логических элементах ИЛИ-НЕ или И-НЕ, как показано на рисунке 1.

Рис. 1. Асинхронный RS-триггер на логических элементах ИЛИ-НЕ и И-НЕ.

Проиллюстрировать работу такого асинхронного триггера можно с помощью таблиц истинности или временных диаграмм (рис.2). Обратите внимание, что простейший триг-гер при S=1 и R=0 устанавливается в состояние логического нуля (и наоборот). Здесь Q – состояние выхода до установки входных сигналов (режим хранения).

При одновременном поступлении сигнала 1 или 0 на входы R и S выходные сигналы триггера не определены, поэтому в устройствах на основе RS-триггера необходимо исключать такие режимы (запрещенное состояние). Существуют разновидности RS-триггера, носящие название Е-, R- и S-триггеров, для которых сочетание S=1 и R=1 не является запрещенным.
Синхронный одноступенчатый RS-триггер рис. 2 отличается от асинхронного наличием С-входа для синхронизирующих тактовых импульсов. Синхронный триггер состоит из асинхронного RS-триггера и двух логических элементов на его входе.

а	б	в

Рис. 2. Синхронный RS-триггер.

а - структурная схема; б - условное обозначение в - временные диаграммы

Переключение этого триггера происходит только при появлении высокого уровня на тактовом входе С, что хорошо видно на временной диаграмме, рис. 2. Триггер RS используется как устройство памяти в других типах триггеров.

Таблица истинности RS-триггера.

R	S	Q(t)	Q(t+1)	Пояснения
				Режим хранения информации (триггером) R=S=0
				Режим установки триггера в единичное состояние S=1
				Режим записи нуля в триггер R=1
			*	R=S=1 запрещенная комбинация
			*

RS-триггер можно построить и на логических элементах "2ИЛИ-НЕ". С

На элементах ИЛИ-НЕ	На элементах И-НЕ
Вход S	Вход R	Прям. Q	Инвер. Q	Вход S	Вход R	Прям. Q	Инвер. Q
		Q	Q
						Q	Q

3.2. D-триггер. или триггер задержки, при разрешающем сигнале на тактовом входе устанавливается в состояние, соответствующее потенциалу на входе D. Если обозначать выходной сигнал триггера буквой Q, то для D-тригтера можно написать следующее равенство: Q_n=D_n-1. Индексы _n и _n-1 указывают на то, что выходной сигнал Q изменяется не сразу после изменения входного сигнала D, а только с приходом разрешающего тактового сигнала. Тактирование D-триггера может о существляться импульсом или фронтом.

Условное графическое обозначение D ‑триггера показано на рисунке

В тактируемом фронтом D-триггере изменение потенциала на входе D, синхронное с тактовыми импульсами, повторяется на выходе Q с задержкой на один период тактовых импульсов (отсюда и название-триггер задержки). На рисунке 3 показаны: структурная схема, условное обозначение и временная диаграмма D-триггера. Он состоит из синхронного RS-триггера и инвертора. Благодаря инвертору невозможно запрещенное соотношение сигналов на входах S и R. Из временной диаграммы (рис. 3в) видно, что D-триггер осуществляет задержку установки Q на время, отделяющее момент из менения сигнала D от начала очередного тактового импульса, причем выходной сигнал Q сохраняется до прихода очередного тактового импульса.

Dn	Qn+1

а.

б. в.

г.

Рис. 3. D-триггер:
а- таблица истинности б - структурная схема; в - условное обозначение г - временные диаграммы

Таблица истинности D триггера

С	D	Q(t)	Q(t+1)	Пояснения
	x			Режим хранения информации
	x
		x		Режим записи информации
		x

Т-триггер (от англ. Toggle - переключатель) часто называют счётным триггером, так как он является простейшим счётчиком до 2.

Дата добавления: 2015-05-06