Rs триггер

RS-триггер. Принцип работы, функциональные схемы, таблица переходов

Триггер – простейшее устройство, представляющее собой цифровой автомат. Он имеет два состояния устойчивости. Одному из этих состояний присваивается значение «1», а другому — «0». Состояние триггера, а также значение двоичной информации, которая в нем хранится, определяется выходными сигналами: прямым и инверсным. В том случае, когда на прямом выходе установится потенциал, который соответствует логической единице, состояние триггера называется единичным (при этом потенциал на инверсном выходе равен нулю). Если же на прямом выходе нет потенциала, то состояние триггера называется нулевым.

Классифицируют триггеры по следующим признакам:

1. По способу записываемой информации (асинхронные и синхронные).

2. По способу управлением информацией (статистические, динамические, одноступенчатые, многоступенчатые).

3. По способу реализации логических связей (JK-триггер, RS-триггеры, T-тригер, D-триггер и других типов).

Основными параметрами всех типов триггеров являются наибольшее значение длительности входного сигнала, время задержки необходимого для переключения триггера, а также разрешающее время срабатывания.

В этой статье поговорим о таком типе устройств, как RS-триггер. Они бывают двух типов: синхронные и асинхронные.

Асинхронный RS-триггер конструктивно имеет два прямых (R и S) входа. Это устройство функционирует согласно таблице переходов.

Запрещенной для такого триггера является комбинация сигналов на входах устройства, вызывающая состояние неопределенности. Эта комбинация может быть выражена требованием RtSt=0. При минимизации карты Карно выводится закон функционирования триггера, который называют характеристическим уравнением: Q(t+1)=St V R’tQt. При этом RtSt будет равно нулю.

На функциональной схеме изображен RS-триггер асинхронного типа на элементах И-НЕ и во втором исполнении на элементах ИЛИ-НЕ.

Второй тип – синхронный RS-триггер. Такое устройство конструктивно имеет три прямых входа S, R, и C. Отличие триггера синхронного типа от асинхронного заключается в наличии входа синхронизации (С). Он необходим по следующим причинам: ведь на входы устройства (логического элемента) сигналы поступают не всегда одновременно. Это связано с тем, что они проходят через различные типы и количество узлов, которые обладают разной задержкой. Это явление называют «состязанием». В результате таких «состязаний» полученные значения сигналов будут накладываться на предыдущие значения других сигналов. Все это приводит к ложному срабатыванию устройства.

Это явление можно устранить подачей на вход устройства сигналов временного стробирования. А именно: на вход логического элемента, кроме непосредственно информационных сигналов, подаются ключевые синхронизирующие импульсы, к этому моменту информационные входные сигналы успеют зафиксироваться на входах.

Главное условие правильности работы срабатывания логических каскадов в RS-триггере и управляемых ими логических схем – недопустимость одновременного действия сигнала Rt или St, переключающего устройство, и съема информации с выхода Q(t+1) триггера. В связи с этим в потенциальных сериях элементов содержатся только синхронные.

RS-триггер синхронного типа представлен характеристическим уравнением: Q(t+1)=StCt V R’tQt V QtC’t.

На фото изображен RS-триггер синхронного типа на элементах И-НЕ.

Входные логические элементы И-НЕ передают переключающую логическую единицу с информационного входа S или R на необходимые входы асинхронного триггера типа RS с инверсными входами только при условии наличия на синхронном входе (С) сигнала с уровнем логической единицы.

Типы триггеров.

Все современные
серии цифровых микросхем, как правило, включают различные типы триггеров, представ­ляющих
устройство с двумя устойчивыми состояниями, содержащее бистабильный
запоминающий элемент (собственно триггер) и схему управления. Входы, как и
сигналы, подаваемые на них делятся на информационные и вспомогательные. Информационные
сигналы через соответствующие входы управляют состоянием триггера. Сигналы на
вспомогательных входах служат для предва­рительной установки триггера в
заданное состояние и его синхронизации. Вспомогательные входы могут при
необходимости вы­полнить, роль информационных. По способу приема информации
триггеры подразделяют тактируемые и нетактируемые триг­геры. Изменение
состояния нетактируемого (асинхронного) триггера происходит сразу же после
соответствующего изменения по­тенциалов на его управляющих входах. В
тактируемом (синхронном) триггере изменение состояния может произойти только в
момент присутствия соответствующего сигнала на тактовом входе.

Тактирование
может осуществляться импульсом (потенциалом) или фронтом (перепадом
потенциала). В первом случае сигналы на управляющих входах оказывают влияние на
состояние триггера только при разрешающем потенциале на тактовом входе. Во
втором случае воздействие управляющих сигналов проявляется только в момент
перехода единица — нуль или нуль — единица на тактовом входе.

Существуют
также универсальные триггеры, которые могут работать как в тактируемом, так и в
нетактируемом режиме. Основ­ные типы триггеров в интегральном исполнении носят
следующие названия: RS-триггеры, D-триггеры, Т-триггеры и JK-триг­геры.

Условные обозначения триггеров имеют вид прямоугольников,
внутри которых пишется буква Т и к которым слева подводятся входные сигналы,
Обозначения входов триггера пишутся на дополнительном поле в левой част и пря­моугольника.
Тактовый вход обозначается буквой С. Динамические входы, т. е. такие входы,
которые оказывают воздействие на триггер только в момент перепада на них
потенциала, обозначаются дополнительно косой чертой в месте соединения линии
входа с обозначением триггера. При этом черта идет снизу вверх, если последний
срабатывает от перепада 0/1, и сверху вниз, если рабочим является перепад 1/0.
Принимается, что статические входы могут повлиять на состояние триггера тогда,
когда на этих входах присутствует потенциал «единица». Если же устанавливающим
по какому-то входу является сигнал «нуль», то этот вход дополнительно
обозначается кружком. Выходы триггера показываются с правой стороны прямоугольника,
причем инверс­ный выход также обозначается кружком.

Классификация триггеров:

● способу приема информации;

● принципу построения;

● функциональным возможностям.

Различают асинхронные и синхронные триггеры.

Асинхронный триггер — изменяет свое состояние непосредственно в момент появления соответствующего информационного сигнала.

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

Синхронные триггеры в свою очередь подразделяют на триггеры со статическим (статические) и динамическим (динамические) управлением по входу синхронизации C. Статические триггеры воспринимают информационные сигналы при подаче на вход C логической единицы (прямой вход) или логического нуля (инверсный вход). Динамические триггеры воспринимают информационные сигналы при изменении (перепаде) сигнала на входе C 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 через ТТ.

Двухступенчатые триггеры

Короткие импульсы синхронизации (менее времени срабатывания триггера) не совсем удобны для управления триггерами. Как вариант модернизации существуют двухступенчатые триггеры. Они реагируют на смену значения на входе синхронизации (фронт:0-1, либо спад:1-0).

В основе — RS триггер.

Рис. 6.1. Общий вид двухступенчатых триггеров.

Перезапись из первой во вторую ступень происходит при смене значения входа синхронизации.

• 1-я ступень — ведущая (master).
• 2-я ступень — ведомая (slave).

Двухступенчатый синхронный RS-триггер

Рис. 6.2. Схема двухступенчатого синхронного RS-триггера.

Запись происходит по спаду (изменение с 1 до 0). Основа — два обычных RS-триггера. Запись в первый триггер происходит при С=1 (второй триггер в это время в режиме хранения). При смене значения С на С=0 происходит запись значений из первого триггера во второй. Таким образом запись происходит по спаду сигнала синхронизации С (это обозначается наклонной чертой на входе синхронизации в обозначении триггера на схеме — см. рис 6.3).

Рис. 6.3. Условное обозначение двухступенчатого синхронного RS-триггера.

Двухступенчатый D-триггер

Рис. 6.4. Схема и условное обозначение двухступенчатого D-триггера.

Логика работы та же что и у RS-триггера. С=1 — запись в первый триггер, С=0 — запись из первого во второй (запись по спаду).

Двухступенчатый JK-триггер

Рис. 6.5. Схема двухступенчатого JK-триггера.

Поведение аналогично предыдущим триггерам кроме состояния J=1 K=1. Рассмотрим это состояние. При J=1K=1{\displaystyle J=1K=1} и C=1{\displaystyle C=1} вознмкает автоколебательный процесс: 0, 1, 0, 1 и т.д. JK-триггер должен переключаться в состояние, противоположное тому, в котором находится 2й триггер, т.е. используются только внутренние обратные связи (ОС).

Для устранения этого недостатка можно модифицировать схему (рис. 6.6)

Рис. 6.6. Схема двухступенчатого JK-триггера (без автоколебательного процесса).

Особенность схемы — наличие глубокой обратной связи (а именно, связи выходов второй ступени со входами первой ступени). В результате в триггер первой ступени записывыаются только значения. противоположные значениям на выходе, поэтому нет колебательного процесса (и генерации случайных чисел заодно).

Двухступенчатые триггеры изменяют свои значения по спаду/фронту синхроимпульса, поэтому длительность импульсов не важна.

Приведенные выше (рис. 6.5 и 6.6) схемы являются базовыми, теперь следует рассмотреть конкретные реализации.

Рис. 6.7. Реализация двухступенчатого JK-триггера на базе элементов «И-НЕ».

• D1-D2 — схема управления первой ступенью;
• D3-D4 — элементы памяти первой ступени; (D1-D4 в сумме — синхронный RS-триггер)
• D5-D6 — схема управления второй ступенью;
• D7-D8 — элементы памяти второй ступени; (D5-D8 в сумме — синхронный RS-триггер)

На входы D1 и D2 идет обратная связь с выходов D7, D8. Запись происходит при условии, что на выходах D1 и D2 одновременно присутствуют «1» (запись во вторую ступень). Запись в первую ступень происходит при противоположных значениях на выходах D7, D8. Запись в первую ступень происходит либо при C=1{\displaystyle C=1}, либо при J=K={\displaystyle J=K=0}. Перезапись — при C={\displaystyle C=0} (на выходах D1 и D2 — единицы).

Еще эту схему можно получить на базе RS-триггеров (вывод схемы — на рис. 6.8)

Рис. 6.8. Реализация двухступенчатого JK-триггера на основе RS-триггера (вывод схемы).

D-триггер.

D-триггер — триггер задержки (от
английского delay-задержка), при разрешающем сигнале на тактовом входе Cустанавливается
в состояние, соответствующее потенциалу на входе D. Если обозначать выходной
сигнал триггера буквой Q, то для D – триггера 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, т.е. существует задержка.

Dn	Qn+1	Qn+1
1
1	1
1	1	1

Тактирование
D-триггера может осуществ­ляться уровнем
или фронтом. Более простым является D-триггер первого типа, который реализуется на основе RS-триггера (рис. 3).Он состоит из синхронного RS-триггера и
инвертора. Благодаря инвертору невозможно запрещенное соотношение сигналов на
входах S и R.

а)в)

Рис. 3.D-триггер: а) и б)
синхронизируемый уровнем, в) синхронизируемый фронтом.

Рис. 4.D-триггер
синхронизируемый уровнем (статическое управление). Условное обозначение и временные
диаграммы

На анализ работы и временная
диаграмма (рис. 4) показывают, что сигнал с входа D проходит на выход Q только при
условии высокого уровня на тактовом входе C.

Различие триггеров по функциональным возможностям

● 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 (Т-триггеры).

Входы триггеров обычно обозначают следующим образом:

S — вход для установки в состояние «1»;

R — вход для установки в состояние «0»;

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

К — вход для установки в состояние «0» в универсальном триггере;

Т — счетный (общий) вход;

D — вход для установки в состояние «1» или в состояние «0»;

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

Рассмотрим некоторые типы триггеров и их реализацию на логических элементах.

Таблица истинности

Что такое таблица истинности? Это специальный набор данных, который описывает логическую функцию. Что под ней понимают? В данном случае имеют в виду функцию, в которой значения параметров и её самой выражают логическую истинность. В качестве примера очень к месту будет вспомнить двузначную логику, где можно дать только два определения: ложь или истина. В качестве заменителей, когда говорят о компьютерных технологиях, часто вводят понятие 0 или 1. Причем использование данного инструментария оказалось удобным не только с позиции логики, но и при изображении в табличном варианте. Особенно часто их можно встретить в булевой алгебре или аналогичных системах логики. Но хватит информации, давайте посмотрим, как выглядит таблица JK-триггера.

J	K	C	Q(t)	Q(t+1)	Пояснения
ноль	х	ноль	ноль	ноль	Хранится информация
ноль	х	ноль	единица	единица
ноль	ноль	единица	ноль	ноль	Хранится информация
ноль	ноль	единица	единица	единица
единица	ноль	единица	ноль	единица	Установлена логическая единица, вход J равен единице
единица	ноль	единица	единица	единица
ноль	единица	единица	ноль	ноль	Устанавливается логический нуль, при этом K равно единице
ноль	единица	единица	единица	ноль
единица	единица	единица	ноль	единица	счетный режим триггера K=J=1

Логические триггеры: схемы, классификация, устройство, назначение, применение

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. 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.

{xtypo_quote}Триггеры могут иметь 2 выхода: прямой Q и инверсный Q.{/xtypo_quote}

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

Счетные Т и JK-триггеры

Т-триггеры можно построить с помощью любого двухступенчатого триггера. Наличие двух ступеней позволяет избавиться от запрещенных состояний. Ранее мы рассматривали принцип работы D-триггера, именно поэтому построение счетного триггера будем осуществлять на его базе. Он состоит из входа C (синхронизирующий) и выхода Q. Чтобы произвести синтез необходимого нам устройства, нужно инверсный выход соединить со входом:

Счетным Т-триггер называют потому, что он считает количество импульсов, которое поступает к нему на вход. Правда, подсчет ведется лишь до одного. При повторной подаче сигнала на вход – значение выхода сбрасывается. Это свойство дало возможность использовать устройство, как делитель частоты.

С выхода будем снимать импульсы вдвое меньшей частоты, чем было на входе

Для построения счетного устройства мы использовали д-триггер с работой по заднему фронту. Соответственно и полученное будет работать по тому же принципу, временная диаграмма имеет следующий вид:

Собранный T-trigger на логических элементах представлен ниже. Синий провод означает нулевой уровень напряжения, красный – единица. Работает устройство при подаче импульсов с определенной частотой на вход C. Начинает происходить подсчет входящего сигнала, и по заднему фронту, выход меняет значение:

Обозначение ничем не отличается от ранее рассмотренных:

Все это мы говорили об асинхронном т-триггере (работа не контролируется никаким дополнительным сигналом). В синхронном операции начинают выполняться после подачи единицы на вход С. Небольшая модификация позволяет получить синхронный t-триггер, теперь он включится в работу только при подаче синхросигнала:

Временная диаграмма асинхронного устройства приобретает чуть иной характер, появляется прямая зависимость выхода от синхронизирующего входа:

Обозначение на схемах:

JK-trigger не совсем счетный, он считает только при определенной комбинации на входе. Работает он практически так же, как и RS. Его преимущество — не имеет запрещенной комбинации. То есть, по сути, это усовершенствованный rs-триггер. Запрещенная комбинация 1,1 убирается с помощью обратных связей. Для него таблица истинности:

Собираем на ТТЛ (логических) элементах. С помощью анимации намного проще понять, как все работает. Единица в верхнем правом углу рисунка означает первый кадр – начало отсчета. Если на входах появятся две единицы, то при отключении синхросигнала, значение на выходе Q будет меняться на противоположное (счет).

Схематическое обозначение не имеет ярко выраженных особенностей:

Недостаточно прав для комментирования