Триггерные устройства. Классификация. RS-, JK-, D- и T-триггеры и способы их описания.

Триггеры — элементарные автоматы, содержащие собственно элемент памяти (фиксатор) и схему управления. Фиксатор строится на двух инверторах, связанных друг с другом "накрест", так что выход одного соединен с входом другого. Такое соединение дает цепь с двумя устойчивыми состояниями (рис. 36.1.). Действительно, если на выходе инвертора 1 имеется логический ноль, то он обеспечивает на выходе инвертора 2 логическую единицу, благодаря которой сам и существует. То же согласование сигналов имеет место и для второго состояния, когда инвертор 1 находится в единице, а инвертор 2 — в нуле. Любое из двух состояний может существовать неограниченно долго.

Рис. 36.1. Схемы фиксаторов с входами управления на элементах ИЛИ-НЕ и И-НЕ.

Установочные сигналы показаны на рис. 36.1 штриховыми линиями. Буквой R латинского алфавита (от Reset) обозначен сигнал установки триггера в ноль (сброса), а буквой S (от Set) — сигнал установки в состояние логической единицы (установки). Состояние триггера считывается по значению прямого выхода, обозначаемого как Q. Чаще всего триггер имеет и второй выход с инверсным сигналом Q.

Классификация. Классификация триггеров проводится по признакам логического функционирования и способу записи информации (рис. 36.2).

Рис. 36.2. Классификация триггеров, используемых в практической схемотехнике.

1. 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). Триггер типа RS имеет два входа — установки в единицу (S) и установки в ноль (R). Одновременная подача сигналов установки S и сброса R не допускается (эта комбинация сигналов называется запрещенной). Триггер типа D (от слова Delay — задержка) имеет один вход. Его состояние повторяет входной сигнал, но с задержкой, определяемой тактовым сигналом. Триггер типа Т изменяет свое состояние каждый раз при поступлении входного сигнала. Имеет один вход, называется триггером со счетным входом или счетным триггером. Триггер типа JK универсален, имеет входы установки (J) и сброса (К), подобные входам

триггера RS. В отличие от последнего, допускает ситуацию с одновременной подачей сигналов на оба эти входа (J = К = 1). В этом режиме работает как счетный триггер относительно третьего (тактового) входа. В комбинированных триггерах совмещаются несколько режимов. Триггер типа RST — счетный триггер, имеющий также входы установки и сброса.

2. По способу записи информации различают асинхронные (нетактируемые) и синхронные (тактируемые) триггеры. В нетактируемых переход в новое состояние вызывается непосредственно изменениями входных информационных сигналов. В тактируемых, 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 С (от слова Clock).

3. 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 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.

4. 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 (на его фронте или спаде). В остальное время независимо от уровня тактового сигнала триггер не воспринимает входные сигналы и остается в неизменном состоянии.

Способы описания триггеров. Логическое функционирование триггеров описывается способами, принятыми для автоматов вообще: таблицами истинности, картами Карно, характеристическими уравнениями, диаграммами состояний, "словарями" (иной формой диаграмм состояний).

Таблицу истинности триггера JK можно записать в полном (табл. 36.1) или сокращенном виде (табл. 36.2). Через Q_h обозначено новое состояние триггера (после переключения).

Карта Карно для JK-триггера показана на рис. 36.3. Из нее можно получить характеристическое уравнение триггера Q_H = JQ\/QK.

Переведя уравнение в логический базис элементов, на которых строится триггер, получим структурное уравнение триггера, определяющее конфигурацию его схемы.

Рис. 36.3. Карта Карно для JK-триггера

Диаграмма состояний (рис. 36.4, а) отражает наличие у триггера двух устойчивых состояний и условия перехода из одного состояния в другое. Словарь триггера (табл. 36.3) дает ту же информацию в аналитической форме и является инструментом проектирования схем, содержащих триггеры.

Рис.36.4

Для D-триггера сокращенная таблица истинности дана в табл. 3.4, а словарь в табл. 3.5. Характеристическое уравнение триггера Q_H = D.

Важным способом описания функционирования триггеров (как и других автоматов) являются временные диаграммы, отражающие не только логическое функционирование схемы, но и ее поведение во времени. Это поведение другими способами описания работы триггеров не отображается, и поэтому в ряде случаев временные диаграммы незаменимы.