1.2. Асинхронные триггеры
1.2.1. Асинхронный rs-триггер
УГО асинхронного RS-триггера, его схема и диаграмма работы представлены на рисунке 1.7.
|
|
|
а) | б) | в) |
Рис. 1.7 – УГО RS-триггера (а), схема (б), диаграмма работы (в) | ||
Из схемы и диаграммы работы RS-триггера видно, что активным сигналом, вызывающим переключение триггера, например, из состояния «1» в состояние «0», является сигнал «1», поданный на вход R.
Запрещенной комбинацией будет являться комбинация входных сигналов R = S = 1.
Работу асинхронного RS-триггера можно описать таблицей истинности, таблица 1.1.
Таблица 1.1 – Таблица истинности асинхронного RS-триггера
St | Rt | Qt | Qt+1 | Примечание |
0 | 0 | 0 | 0 | Хранение «0» (сигналы на входах неактивны) |
0 | 1 | 0 | 0 | Установка в состояние «0» (триггер находился в состоянии «0», устанавливается в состояние «0» по активному входу R= 1) |
1 | 0 | 1 | Установка в состояние «1» (триггер находился в состоянии «0», устанавливается в состояние «1» по активному входу S= 1) | |
1 | 1 | 0 | — | Запрещенная комбинация |
0 | 0 | 1 | 1 | |
0 | 1 | 1 | 0 | Установка в состояние «0» (триггер находился в состоянии «1», устанавливается в состояние «0» по активному входу R= 1) |
1 | 0 | 1 | 1 | Установка в состояние «1» (триггер находился в состоянии «1», устанавливается в состояние «1» по активному входу S= 1) |
1 | 1 | 1 | — | Запрещенная комбинация |
1.2.2. Асинхронный jk-триггер
УГО асинхронного JK-триггера, его схема и диаграмма работы представлены на рисунке 1.8.
|
|
|
а) | б) | в) |
Рис. 1.8 – УГО JK-триггера (а), схема (б), диаграмма работы (в) | ||
JK-триггер не имеет запрещенных комбинаций. Если на входы J и K одновременно действуют активные сигналы «1», то триггер изменяет свое состояние на противоположное, иначе говоря, работает в счетном режиме. Вход J триггера (аналогично входу S) является входом установки триггера в единичное состояние по прямому выходу Q. Вход K триггера (аналогично входу R) является входом установки триггера в нулевое состояние по прямому выходу Q.
Работу асинхронного JK-триггера можно описать таблицей истинности, таблица 1.2.
Таблица 1.2 – Таблица истинности асинхронного JK-триггера
J | K | Qt | Qt+1 | Примечание |
0 | 0 | 0 | 0 | Хранение «0» (сигналы на входах неактивны) |
0 | 1 | 0 | 0 | Установка в состояние «0» (триггер находился в состоянии «0», устанавливается в состояние «0» по активному входу К = 1) |
1 | 0 | 0 | 1 | Установка в состояние «1» (триггер находился в состоянии «0», устанавливается в состояние «1» по активному входу J= 1) |
1 | 1 | 0 | 1 | Счетный режим, триггер переходит из состояния «0» в состояние «1» |
0 | 0 | 1 | 1 | Хранение «1» (сигналы на входах неактивны) |
0 | 1 | 1 | 0 | Установка в состояние «0» (триггер находился в состоянии «1», устанавливается в состояние «0» по активному входу К = 1) |
1 | 0 | 1 | 1 | Установка в состояние «1» (триггер находился в состоянии «1», устанавливается в состояние «1» по активному входу J= 1) |
1 | 1 | 1 | 0 | Счетный режим, триггер переходит из состояния «1» в «0» |
4.2.1. Асинхронные и синхронные триггеры.
Независимо от способа организации логических связей триггеры различаются по способу ввода информации и по этому признаку могут быть асинхронными и синхронными.
У асинхронных триггеров имеются только информационные (логические) входы. Асинхронные триггеры отличает свойство срабатывать непосредственно за изменением сигналов на входах, не считая времени задержки в элементах, образующих триггер.
У синхронных триггеров смены сигналов
на входах еще недостаточно для
срабатывания. Необходим дополнительный
командный импульс, который подается на
синхронизирующий, или, как его чаще
называют, тактирующий, вход. Синхронизирующие
(тактирующие) сигналы вырабатываются
специальным генератором тактовых
импульсов, которые и задают частоту
смены информации в дискретные моменты
времени — t
Основной недостаток асинхронных триггеров, ограничивающий их использование в быстродействующей аппаратуре,— незащищенность перед опасными состязаниями сигналов. Явление состязаний, или, как его еще называют, гонок, состоит в том, что сигналы, поступающие на разные информационные входы триггера, проходят по разным цепям, пройдя различное число элементов. Вследствие задержек распространения между сигналами возможны временные сдвиги, которые будут меняться с колебаниями температуры, и по мере старения, деталей. Состязания сигналов могут оказаться причиной ложных срабатываний триггера. Тактированием этот недостаток удается устранить.
Синхронные триггеры сравнительно с асинхронными обладают также более высокой помехоустойчивостью. Опрокидывание синхронных триггеров происходит только при участии тактовых импульсов, длительность которых гораздо меньше их периода. В остальное время на входные сигналы, равно как и помехи различного происхождения, триггер не реагирует. При асинхронном же управлении опрокидывание может произойти как от полезного сигнала на входе, так и от помехи. Асинхронный триггер по большей части используют в качестве ключей, прерывателей, делителей частоты, асинхронных счетчиков и т.п. В вычислительной и цифровой технике, связанной с обработкой и преобразованием информации, почти везде используются синхронные системы.
4.2.2. Способы управления триггерами.
В зависимости от того, какой параметр входных сигналов используют для записи информации, триггеры подразделяются на три категории: со статическим управлением записью (управляемые по уровню входного сигнала), с динамическим управлением (управляемые по фронту или срезу) и двухступенчатые триггеры.
Для асинхронных триггеров в качестве управляющих служат сигналы на информационных входах. Применительно к синхронным триггерам управляющим сигналом служит тактовый импульс, так как считается, что к его приходу смена сигналов на информационных входах уже завершилась.
Триггер со статическим управлением
срабатывает в момент, когда входной
сигнал достигает порогового уровня
(рис. 4.4,а). Это простейший вид управления. 
а) б) в)
Рис. 4.4. Способы управления триггерами
Специфика синхронных триггеров со статическим управлением такова, что в продолжение времени действия тактового импульса смена сигналов на информационных входах вызывает новые срабатывания. Другими словами, синхронные триггеры со статическим управлением при активном состоянии тактового входа ведут себя подобно асинхронным. Во многих случаях это свойство является недостатком, так как может оказаться причиной нарушений в работе.
От этого свободны триггеры с динамическим и двухступенчатым управлением. Триггеры с динамическим управлением в зависимости от схемы исполнения реагируют на перепад напряжения от нуля к единице (активный фронт) либо от единицы к нулю (активный срез управляющего импульса) (рис. 4.4 б, в), т.е. сигналы, поступающие на динамический вход, воспринимаются только в те моменты времени, когда их состояние изменяется определенным образом. Триггеры, управляемые срезом входного сигнала, или, как их еще называют, триггеры с внутренней задержкой, широко применяются на практике. Возможность задержки момента опрокидывания триггера на время, равное длительности тактового импульса, эффективно используется при обработке информации, позволяя производить по фронту тактовых импульсов считывание информации, а по срезу — запись.
В зависимости от комбинации управляющих сигналов Х (рис. 4.3), вызывающих изменение состояния, триггеры подразделяются на несколько функциональных типов. Тип триггера определяется по его таблице состояний, которые указывают значение выходного сигналаQn+1после переключения триггера (в моментtn+1) в зависимости от значений управляющих сигналов Х и выходного сигналаQnдо переключения триггера (в момент времениtn). В микросхемотехнике наиболее часто используются триггерыRS-,JK-,D-типов и некоторые их разновидности. БуквамиRиS,JиK,T,Dи другими принято обозначать управляющие входы (Х) триггеров соответствующих типов.
Таблица состояний Таблица состояний Таблица состояний
RS-триггера JK-триггера D-триггера
J | K | Qt+1 |
0 | 0 | Qt |
0 | 1 | 0 |
1 | 0 | 1 |
1 | 1 | |
R | S | Qt+1 |
0 | 0 | Qt |
0 | 1 | 1 |
1 | 0 | 0 |
1 | 1 | × |
Синхронные rs – триггеры
Синхронные (тактируемые) триггеры получаются из асинхронного RS– триггера путем подключения к его входам схемы управления, состоящей из логических элементов.
Такт t | Такт t+ 1 | ||
C |
|
|
|
0 | 0 | 0 |
|
0 | 1 | 0 |
|
0 | 0 | 1 |
|
0 | 1 | 1 |
|
1 | 0 | 0 |
|
1 | 0 | 1 | 1 |
1 | 0 | 1 | 1 |
1 | 1 | 1 | н/о |
Входы SиRинформационные, вход С – тактовый (синхронизирующий).
При С = 0 триггер хранит информацию, состоянием входов SиRбезразлично.
Изменение состояния выхода триггера возможно только при С = 1.
Штриховыми линиями показаны такие входы Sa иRa для асинхронной установки триггера в единичные и нулевое состояние, минуя информационные входы. При синхронной работе на синхронных входах следует поддерживает нейтральную комбинацию.
Время задержки переключения синхронного триггера складывается из задержки распространения сигнала во входном элементе и задержки переключения собственного триггера.
tзд.п. = tзд. р. ср. + 2tзд. р. ср = 3tзд. р. ср.
Минимальная длительность тактового
импульса, в случае совпадения его
фронтом информационного сигнала может
быть меньше tзд.п.
на время задержки включения входного
логического элемента (
)
Поэтому разрешающие время и разрешающая частота
Способы управления триггерами
В зависимости от того, какой параметр входных сигналов используют для записи информации, триггеры подразделяются на три категории:
Со статическим управлением записью (управляемые по уровню входного сигнала)
С динамическим управлением (управляемые по фронту или сразу)
Двухступенчатые триггеры.
Триггеры со статическим управлением срабатывает в момент, когда входной сигнал достигает порогового уровня.
а) статическим
б) по фронту (0,1)
в) по срезу (1,0)
Момент срабатывания Тг с разными способами управления (t– время, в течение которого может происходить обратные переброс.)
Синхронные триггерысо статическим управлением при активном состоянии тактового входа ведут себя подобно асинхронным (т. к. в продолжение действия тактового импульса смена сигналов на информационных входах вызывает новые срабатывания).
Во многих случаях это свойство является недостатком, т. к. может оказаться причиной нарушений в работе.
От этого свободны Тг с динамическим и двухступенчатым управлением.
Триггеры с динамическим управлением реагируют только на период напряжения (активный фронт и активный срез).
Обозначение динамических входов:
прямой динамический вход инверсный динамический вход
Триггеры, управляемые срезом входного сигнала (триггеры с внутренней задержкой) широко применяются на практике. Возможность задержки опрокидывания Тг на время, равное длительности тактового импульса, эффективно используются при обработке информации, позволяет производить на фронту тактовых импульсов считывание информации, а по срезу – запись.
Двухступенчатые триггеры содержат две ячейки памяти, запись информации в которые происходит последовательно в разные моменты времени. Такую структуру называют системой ведущий–ведомыйилиMS– структурой (master–slave(хозяин — невольник)).
Первая ступень “ведущий” – служит для промежуточной записи информации, вторая – “ведомый” – для последующего запоминания и хранения.
Все двухступенчатые триггеры по своей сути тактируемые.
В данном случае управление происходит одним тактовым импульсом: запись в “M” происходит по фронту, а перезапись в “S” – в момент его окончания по спаду.
В зарубежной технической литературе триггеры с динамическим и двухступенчатым управлением обычно называют flip – flop(щелчок — хлопок), а со статическим —latch(защелка) (обычно подразумеваетсяD- триггер).
Символом триггера на схемах служит заглавная буква Т, а двухступенчатых триггеров –ТТ.
Синхронные триггеры со статическим управлением во время тактового импульса действуют как асинхронные. Поэтому смена сигналов на информационных входах должна происходить только в паузы между тактовыми импульсами, иначе возникнут нарушения в работе.
Свободным от этого недостатка является синхронный двухступенчатый триггер MS– структуры.
MиS– представляют собой два одинаковых синхронныхRC– триггера со статическим управлением.
Здесь смена информации может происходить и во время действия тактового импульса, т. к. перезапись сигналов осуществляется с окончанием тактового импульса.
Разрешающее время
Минимальная входная частота
здесь 
=
3tзд.ср — задержка
переключателя М-мг.
=
4tзд.ср — задержка
переключателяS-тг (плюс
инвертора)
4.1 Асинхронные триггеры
Основным триггером, на котором базируются все остальные триггеры, является RS-триггер. Он имеет два логических входа: R — установка 0 (от слова Reset ), S — установка 1 ( от слова Set).
Простейший RS – триггер состоит из двух логических элементов, охваченных перекрёстной, положительной обратной связью (рис. 4.1)
Рисунок 4.1 – Простейший триггер
Один из выходов называют прямым, а другой – обратным. Состояние триггера определяется состоянием прямого выхода.
Составим таблицу истинности RS – триггера, учитывая, что имеем три независимых переменных R, S, Q(t) (рис. 4.2).
Такт t
Такт t+1
Пояснения
R
S
Q(t)
Q(t+1)
0
0
0
0
Режим хранения
информации R=S=0
0
0
1
1
0
1
0
1
Режим установки единицы S=1
0
1
1
1
1
0
0
0
Режим установки нуля
R=1
1
0
1
0
1
1
0
*
R=S=1 запрещенная
комбинация
1
1
1
*
Рисунок 4.2 – Таблица истинности простейшего триггера
Характеристическое уравнение триггера запишем по единичным значениям сигнала Q ( t + 1). Для этого заполним карту Карно (рис. 4.3):
Рисунок 4.3 – Карта Карно
получаем
минимальную форму 
— характеристическое уравнение RS
– триггера.
Такой триггер условно изображается в следующем виде (рис. 4.4)
Рисунок 4.4 – Обозначение RS — триггера
Очевидно, что по характеристическому уравнению триггера его схему можно составить в любом базисе. Составим схему на элементах 2И-НЕ. Для этого в уравнении нужно избавиться от дизъюнкции. Применим двойное отрицание
Учитывая, что сигналы Q( t ) и Q( t + 1) одна и та же физическая точка схемы, но в разные моменты времени, то эти точки соединяем , как показано на рис. 4.5.
Рисунок 4.5 – Построение триггера
Получился дуальный триггер, в котором эффективным значением входного сигнала является нуль (рис. 4.6).
Рисунок 4.6 – Триггер RS на элементах 2И-НЕ
В нем комбинация входных сигналов R=S=0 является запрещенной, а R=S=1 — режим хранения. Это триггер с инверсным управлением.
Разновидностью RS-триггера являются: S-триггер, который при R = S = активному уровню, переходит в единичное состояние; R — триггер, который при R = S = активному уровню, переходит в нулевое состояние; E — триггер, который при R = S = активному уровню, сохраняет предыдущее состояние Q(t+1)=Q(t).
Составим словарь переходов RS-триггера, который показывает, какие сигналы следует подавать на входы, чтобы перевести триггер в нужное состояние. Его заполняют на основании таблицы истинности. В нем всегда четыре строки (для любых триггеров). Словарь RS- триггера приведён на рис. 4.7
Q(t)
R
S
Q(t+1)
0
—
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
1
0
—
1
Рисунок 4.7 – Словарь переходов RS – триггера
Здесь прочерк означает безразличное состояние входа.
Т-триггер.
Счетный триггер (от слова topple — переключать). Имеет один информационный вход — T. Функционирует согласно следующей таблице истинности (рис. 4.8):
Такт t Такт t+1
T
Q
Q(t+1)
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
0
Рисунок 4.8 – Таблица истинности Т – триггера
Когда сигнал на входе Т=0, то триггер сохраняет своё состояние. Когда на входе Т= 1, то триггер меняет состояние на противоположное. Условное изображение Т- триггера (рис. 4.9).
Рисунок 4.9 – Условное изображение Т – триггера
Характеристическое
уравнение 
.
Счетный триггер выполняет сложение по модулю два входного сигнала и внутреннего состояния триггера Q ( t ).
Составим схему Т-триггера на основе RS-триггера. Для этого требуется создать комбинационную схему (КС), преобразующую сигнал Т в сигналы R и S, как показано на рис. 4.10.
Рисунок 4.10 – Схема для синтеза Т — триггера
Воспользуемся
словарём переходов RS
– триггера и проставим в таблице
истинности (рис. 4.11) такие сигналы R
S
, чтобы обеспечить требуемые переходы
RS
– триггера
Такт t
Такт t+1
T
Q
R*
S*
Q(t+1)
0
0
—
0
0
0
1
0
—
1
1
0
0
1
1
1
1
1
0
0
Рисунок 4.11 – Таблица истинности для синтеза Т – триггера
По
единичным значениям сигналов R
и S
запишем логические функции R
=
TQ
и S
=
T
,
по которым легко составить схему (рис.
4.12)
Рисунок 4.12–Схемная реализация Т–триггера на основе RS — триггера
Элементы задержки в цепи обратной связи на время равное длительности сигнала Т необходимы, так как логические функции не учитывают фактор времени. Сигнал с выхода не должен поступить на вход раньше, чем закончится сигнал Т. Такая задержка, в реальных триггерах обеспечивается путём блокировки цепи обратной связи на время действия входного сигнала.
Таким образом, получили счётный триггер.
Словарь переходов Т-триггера (рис. 4.13):
Q(t)
T
Q(t+1)
0
0
0
0
1
1
1
1
0
1
0
1
Рисунок 4.13 – Словарь переходов Т — триггера
JK-триггер.
Триггер имеет два информационных входа: J — установка единицы (Jerk – включение ) и K — установка нуля ( Kill — выключение).
В этом триггере, в отличие от RS-триггера, нет запрещённых комбинаций входных сигналов. Комбинация J = K = 1 переводит триггер в противоположенное состояние.
Составим таблицу истинности JK-триггера (рис. 4.14) и реализуем его на RS –триггере.
Такт t
Такт t+1
J
K
Q(t)
R*
S*
Q(t+1)
0
0
0
—
0
0
0
0
1
0
—
1
0
1
0
—
0
0
0
1
1
1
0
0
1
0
0
0
1
1
1
0
1
0
—
1
1
1
0
0
1
1
1
1
1
1
0
0
Рисунок 4.14 – Таблица истинности JK — триггера
По единичным значениям сигнала Q(t+1) составим карту Карно (рис. 4.15)
Рисунок 4.15 – Карта Карно JK – триггера
и
получим характеристическое уравнение 
.
Построим
схему JK-триггера
на основе RS-
триггера (рис. 4.16), для этого воспользуемся
словарем перехода RS-
триггера и в таблицу истинности запишем
требуемые сигналы R 
иS
.
Рисунок 4.16 – JK- триггер на основе RS — триггера
Получаем систему собственных функций
и по ней составляем схему (рис. 4.17)
Рисунок 4.17 – Схема и обозначение JK — триггера
Словарь переходов JK – триггера (рис. 4.18):
Q(t)
J
K
Q(t+1)
0
0
—
0
0
1
—
1
1
—
1
0
1
—
0
1
Рисунок 4.18 – Словарь переходов JK – триггера
Из словаря переходов видно, что JK-триггер предоставляет большие возможности по комбинации входных сигналов, чем RS — триггер, поэтому схемные решения на его основе получаются более компактными.
Триггер Шмитта
Имеет одно внутреннее состояние, которое заранее известно и поэтому он не может хранить информацию. Триггер используется для формирования сигналов с крутыми фронтами из сигналов произвольной формы. Его схему представляют так (рис. 4.19):
Рисунок 4.19 – Триггер Шмитта на инверторах
Простейший триггер Шмитта это соединение двух инверторов, охваченных обратной связью. Построим его амплитудную характеристику (рис. 4.20).
Рисунок 4.20 – Амплитудная характеристика триггера Шмитта
Переключение
схемы при снижении входного напряжения
происходит при меньшем уровне Uвх,
так как входной ток поддерживается ещё
и единичным выходным сигналом. 
U
– напряжение гистерезиса. Обычно оно
находится в пределах 1 … 1,8 вольт.
Соотношение резисторов R
0,1R
.
В условном графическом обозначении показывают гистерезис (рис. 4.21)
Рисунок 4.21 – Условное обозначение триггера Шмитта
На выходе триггера Шмитта формируются сигналы с короткими фронтами из входных сигналов любой сложной формы (рис 4.22).
Рисунок 4.22 – Работа триггера Шмитта
Такие элементы используют для создания пороговых устройств, в системах автоматики и при построении помехоустойчивых комбинационных схем.
СИНХРОННЫЕ ТРИГГЕРЫ СО СТАТИЧЕСКИМ УПРАВЛЕНИЕМ ЗАПИСЬЮ
синхронные двухступенчатые триггеры, синхронные триггеры с динамическим управлением записью.
Входная информация в рассматриваемых триггерах принимается только тогда, когда значение СИ соответствует единице, т.е. в течение всей длительности СИ. Это означает, что при С = 1 переключение сигналов на логических входах вызывает изменение состояния триггера, т.е. выхода Q. Поэтому информацию на логических входах триггера, как правило, меняют при С = 0.
RS-триггер
Синхронный RS-триггер со статическим управлением записью реализуется подключением двух элементов И-НЕ к ЗЯ (рис. 3.3). Смена сигналов на логических входах R и S разрешена между СИ. Временная диаграмма работы этого триггера приведена на рис. 3.4.
Рис. 3.3. Синхронный RS-триггер со статическим управлением записью, его условное графическое обозначение и таблица переходов
Рис.3.4. Временная диаграмма работы синхронного RS-триггера со статическим управлением записью
Схема синхронного RS-триггера с дополнительными инверсными асинхронными входами Ra и Sa (входами предварительной
установки триггера в 0 или 1) на элементах 2-2И-2ИЛИ-НЕ показана на рис. 3.5.
Рис. 3.5. Синхронный RS-триггер со статическим управлением записью
и асинхронными входами R a и S a и его условное графическое обозначение
D-триггер
На практике наибольшее распространение получила схема синхронного D-триггера со статическим управлением записью. D- триггер имеет один логический вход D (Delay — задержка), со-
58
стояние которого с каждым СИ передается на выход, т.е. выходные сигналы представляют собой задержанные входные сигналы. Схему D-триггера можно получить из RS-триггера, если на вход R подать инвертированный сигнал входа S. Однако целесообразно использовать для инвертирования уже имеющиеся элементы
(рис. 3.6).
Рис. 3.6. Синхронный D-триггер со статическим управлением записью
(пунктиром показан вход V для DV-триггера):
а) логическая схема; б) условное графическое обозначение D-триггера и его таблица переходов; в) условное графическое обозначение DV-триггера и его таблица переходов
DV-триггер
Если к D-триггеру добавить еще один вход V (Vorentscheidung — предварительное разрешение) для блокирования СИ (пунктирная линия на рис. 3.6), то получим синхронный DVтриггер со статическим управлением записью. Легко заметить, что входы С и V можно поменять местами без нарушения логики работы триггера.
СИНХРОННЫЕ ДВУХСТУПЕНЧАТЫЕ ТРИГГЕРЫ
Синхронный двухступенчатый триггер — это триггерная схема, состоящая из двух частей, т.е. двух последовательно соединенных триггеров со статическим управлением записью, одновременный прием информации в которые запрещен. Это достигается включе-
нием инвертора в цепь синхронизирующих импульсов для второй ступени (рис. 3.7).
Рис. 3.7. Структура синхронного двухступенчатого триггера и его условное графическое обозначение
Логика работы синхронного двухступенчатого триггера следующая:
при С = 0 прием входной информации в первую ступень триггера закрыт. А поскольку на синхронизирующий вход второй ступени благодаря инвертору поступает сигнал 1, то прием информации во вторую ступень открыт (см. рис. 3.7). Вторая ступень принимает (копирует) информацию, хранимую в первой ступени триггера.
Следовательно, при С = 0 состояние обеих ступеней двухступенчатого триггера одинаково; в этом состоянии можно менять сигналы на логических входах без изменения состояния двухступенчатого триггера;
при С = 1 картина меняется: первая ступень открыта, а вторая, благодаря инвертору, закрыта по синхронизирующему входу (см. рис. 3.7). Информация, находящаяся на логических входах двухступенчатого триггера, принимается в первую ступень, а вторая ступень остается в покое.
Таким образом, при изменении 0/1 синхросигнала входная информация принимается в первую ступень, а при изменении 1/0 синхросигнала новое состояние первой ступени передается во вто-
рую ступень, т.е. появляется на выходе Q двухступенчатого триггера.
RS-триггер
Синхронный двухступенчатый RS-триггер представляет собой схему, состоящую из двух синхронных RS-триггеров со статическим управлением записью (рис. 3.8).
Рис. 3.8. Синхронный двухступенчатый RS-триггер (пунктиром показана обратная связь для JK-триггера)
Временная диаграмма, иллюстрирующая логику работы данного триггера, приведена на рис. 3.9. Из рассмотрения временной диаграммы видно, что сигнал на выходе триггера изменяется после окончания синхроимпульса. Это справедливо для любого синхронного двухступенчатого триггера.
Рис. 3.9. Временная диаграмма работы синхронного двухступенчатого RS-триггера
JK-триггер
На практике широкое распространение получил синхронный двухступенчатый JK-триггер. Данный триггер имеет два входа J и К. Если J = K = 1, то триггер с приходом синхроимпульса изменяет свое состояние на противоположное. При остальных значениях входов J и К триггер повторяет таблицу переходов RS-триггера.
Синхронный двухступенчатый RS-триггер, который имеет несколько S и R входов, объединенных функцией конъюнкции, легко преобразуется в синхронный JK-триггер. Для этого необходимо завести обратную связь с выходов триггера на его входы как показано на рис. 3.8.
Другой пример JK-триггера показан на рис. 3.10. Здесь элементы D5 и D6, отделяющие вторую ступень от первой, управляются не отдельным инвертором, а схемой управления первой ступени (элементы D1 и D2).
62
Рис. 3.10. Синхронный двухступенчатый JK-триггер с асинхронными входами R и S , его условное графическое обозначение и таблица переходов
Если С = 0, то элементы D1 и D2 закрыты и изменения сигналов на входах J и К не влияют на состояние триггера.
Передний фронт синхроимпульса (фронт 0/1) переключает в «0» элемент D1 или элемент D2 в зависимости от входных сигналов и состояния триггера второй ступени. Этот нулевой сигнал вначале отсоединяет вторую ступень от первой, а затем устанавливает ЗЯ первой ступени в требуемое состояние.
Задний фронт синхроимпульса (фронт 1/0) сначала отделяет первую ступень от входной информации, а затем открывает элементы D5 и D6, разрешая ЗЯ второй ступени скопировать состояние первой ступени.
Более детально логику работы данного триггера иллюстрирует временная диаграмма, приведенная на рис. 3.11.
Асинхронные входы двухступенчатого триггера
Обычно все синхронные триггеры со сложной внутренней организацией (двухступенчатые и с динамическим управлением записью) имеют асинхронные входы предварительной установки триггера в состояние 0 или 1 (см. рис. 3.10).
Сигналы, поступающие на данные входы, пользуются приоритетом, т.е. независимо от состояния других входов триггера эти сигналы сразу (по переднему фронту) устанавливают триггер в определенное состояние. Буквой S обозначают асинхронный вход для установки триггера в состояние 1, а буквой R — асинхронный вход
63
JK R S
для установки триггера в состояние 0. Синхронный триггер по установочным входам реализует таблицу переходов асинхронного RS-триггера (см. рис. 3.2).
Наличие у синхронного триггера асинхронных входов указывают в его обозначении следующим образом: после сокращенного обозначения логических входов пишут обозначение асинхронных входов, например: -триггер.
Рис. 3.11. Временная диаграмма работы синхронного двухступенчатого JK R S -триггера
Динамические параметры синхронных двухступенчатых триггеров
Основными динамическими параметрами триггерных схем являются:
задержки переключения по различным входам, время предварительной установки логических сигналов, время удержания логических сигналов.
Проведем оценку динамических параметров двухступенчатых триггеров на примере JK-триггера (см. рис. 3.10 и рис. 3.11).
Задержки переключения
Задержки переключения триггера по синхронизирующему входу С из 0 в 1 и из 1 в 0 определяются задержками последовательно переключаемых логических элементов при изменении синхроимпульса из 1 в 0 (см. рис. 3.11). В силу симметричности структуры триггера задержки переключения для прямого и инверсного выходов триггера одинаковы. Положим, что все логические элементы
имеют одинаковые задержки tз01 ,tз10 . Задержки переключения триггера по синхронизирующему входу С равны:
| 01 |
| 01 |
|
|
| 01 |
| 10 |
|
| |
t | з.CQ | = t |
|
|
| = 2t | з | +tз |
| ; |
| |
з.CQ |
|
|
| |||||||||
| 10 |
| 10 |
|
|
|
| 01 |
| 10 |
| |
| tз.CQ | = tз.CQ | = 2(t | з | +t | з | ). | |||||
Как следует из | схемы | триггера | и | временной диаграммы | ||||||||
(см. рис. 3.10 и 3.11) задержки переключения по установочным входам равны:
t | 01 | =t | 01 | ; |
|
| t | 10 |
|
|
| =t | 01 | +t | 10 | ; | ||
з.SQ | з |
|
| з.SQ |
| з | з | |||||||||||
| 10 |
|
| 01 |
| 10 |
| t | 01 |
|
|
| =t | 01 |
|
|
| |
t | з.RQ | =tз |
| +t | з | ; |
|
|
| з . |
|
| ||||||
| з.RQ |
|
|
| ||||||||||||||
Время предварительной установки
Время предварительной установки (tуст) для триггерных схем — это интервал времени, в течение которого сигнал, поданный на логический вход, должен оставаться неизменным до активного изменения сигнала на входе С триггера.
Активным называют такое изменение синхроимпульса, которое вызывает переключение выходного сигнала. Для синхронного двухступенчатого триггера — это изменение 1/0 синхроимпульса. Таким образом, поступление новой информации на логические входы триггера должно опережать активный фронт синхроимпуль-
са как минимум на время tуст.
Время предварительной установки логических сигналов для синхронных двухступенчатых триггеров должно быть больше или
Синхронные и асинхронные входы триггера. » Хабстаб
Обычно входы триггера: D, S и R, или J и К называют синхронными, если они влияют на состояния выходов Q и не-Q, только при определённом значении тактового сигнала.Ниже изображён асинхронный RS триггер, у которого на выводе Q появляется единица если S = 1 и R = 0 и появляется ноль если S = 0 и R = 1. (S – сокр. Set, R – сокр. Reset)
Но так как сигналы приходящие на входы S и R могут проходить через тракты, обладающие неодинаковой задержкой, был придуман синхронный RS триггер, у которого есть дополнительный вход C(сокр. Clock). Теперь значение на выводе Q зависит не только от R и S, а также от полярности сигнала С. Таким образом, добавив вход C, можно сделать синхронными и другие виды триггеров.
Синхронные триггеры кроме синхронных входов, также могут иметь асинхронные входы, с помощью которых можно установить состояние выхода независимо от тактового сигнала. Как правило, они называются preset и clear.
При появлении сигнала соответствующей полярности на входе preset на выходе Q появится 1, а на не-Q — 0, при активации входа clear Q = 0, не-Q = 1, независимо от тактового сигнала. Так же как и в RS триггере одновременная активация preset и clear является запрещённым состоянием. Ранее было сказано про сигнал соответствующей полярности, все дело в том что в зависимости от конструкции триггера активным уровнем для preset и clear может быть как высокий(лог.1) так и низкий(лог.0) уровень напряжения, обычно если активным является низкий уровень напряжения, то вывод помечается кружком ближе к корпусу.
Дополнительно над названием входа может быть нарисована линия, означающая, что вход активируется низким уровнем напряжения.
Примером синхронного триггера с асинхронными входами является SN74AUC1G74.
Источник: hubstub.ru
Rs триггер с синхронизацией по уровню
На рис. 4.15, представлено графическое обозначение RS-триггера с синхронизацией по уровню с прямыми входами. Для изменения информации в таком триггере д.б. активным («1»), помимо сигнала на одном из информационных входов, еще и сигнал на синхронизирующем входе (см. рис. 4.15,б).
Как видно из представленных временных диаграмм работы этого триггера, момент его переключения (перехода из одного состояния в другое) определяется моментом появления сигнала единичного уровня на одном из информационных входов, при условии наличия «1» на синхронизирующем входе, или моментом установления «1» на синхронизирующем входе, при условии присутствия «1» на одном из информационных входов. Это справедливо для триггеров положительной логики с любой логикой работы с синхронизацией по уровню.
Рис. 4.15. Графическое обозначение синхронного триггера (а) и временные диаграммы его работы (б)
Синхронный rs триггер с синхронизацией по фронту
В отличие от синхронного триггера с синхронизацией по уровню, момент переключения триггера с синхронизацией по фронту определяется моментом переключения сигнала на синхровходе при условии наличия в этот момент активного уровня на одном из управляющих его входов. Если на момент действия активного для данного типа триггера фронта на управляющих его входах не будет присутствовать активный уровень сигнала, то триггер останется в режиме хранения.
Рис. 4.16. Графическое обозначение синхронного RS триггера с синхронизацией по переднему (а) и заднему (б) фронту и временные диаграммы их работы, соответственно, (в) и (г).
С учетом того, что существует два момента переключения синхросигнала: переход из состояния «0» в состояние «1» и из состояния «1» в состояние «0», существует две разновидности таких триггеров. На рис. 4.16,а представлено графическое обозначение синхронного RS триггера с синхронизацией по переднему фронту (из «0» в «1») и временные диаграммы его работы в момент переключения (рис. 4.16, в). На рис. 4.16,б и 4.16,г представлены, соответственно, графическое обозначение синхронного RS триггера с синхронизацией по заднему фронту (из «1» в «0») и временные диаграммы его работы.
МS-триггеры
Рассмотренные триггерные устройства, относящиеся к классу одноступенчатых триггеров, содержат только одну БЯ. Как только на входе одноступенчатого триггера изменяется установочная комбинация, на выходах немедленно (без учета переходных процессов) изменяются выходные уровни, свидетельствующие об изменении состояния триггера. Подобная реакция в ряде случаев недопустима. В общем случае она не позволяет управлять выработкой новых значений установочных входов собственным действующим состоянием, а также состояниями всех других переключаемых в том же такте триггеров. В частности, одноступенчатые триггеры нельзя непосредственно использовать в сдвигающих регистрах, в одноразрядных пересчетных схемах по модулю 2 и т.д.
Во всех подобного рода схемах используются двухступенчатые триггеры, содержащие не менее двух БЯ. Такие триггеры называют MS – триггерами (Master–Slave – ведущий-ведомый). Оба триггера функционируют как синхронные триггеры со статическим управлением (рис. 4.17).
Рис. 4.17. Схема функциональная двухступенчатого триггера
Если на синхронизирующем входе С=1, ведущий триггер устанавливается в состояние, соответствующее сигналам, поступающим на информационные входы. Ведомый триггер, имеющий инверсный синхронизирующий вход, при этом невосприимчив к информации, поступающей на его вход с выхода ведущего триггера. Он продолжает находиться в состоянии, в которое был ранее установлен (в предыдущем тактовом периоде). При изменении значения С (с «1» на «0») ведущий триггер отключается от информационных входов и перестает реагировать на изменения сигналов на этих входах; ведомый триггер устанавливается в состояние, в котором находится ведущий триггер. С этого момента на выходах устанавливаются значения, соответствующие входным сигналам, поступавшим к моменту рассматриваемого фронта сигнала на синхронизирующем входе.
Таким образом, управление процессами в триггере с двухступенчатым запоминанием информации за время тактового периода осуществляется двумя фронтами сигнала на синхронизирующем входе: на положительном фронте происходит установка ведущего триггера, на отрицательном – ведомого.
МS-триггеры строятся на основе двухступенчатых синхронных RS-, JK-триггеров и других. Ниже рассматриваются двухступенчатые триггеры на основе перечисленных триггеров.
Синхронный двухтактный RS-триггер. Устойчивая работа однотактного RS-триггера в произвольной схеме возможна только при условии, что информация в триггер заносится после завершения передачи информации о прежнем его состоянии в другой триггер. Для этого приходится использовать две серии находящихся в противофазе синхроимпульсов. Этот принцип обмена информацией реализован в двухтактных RS-триггерах (рис. 4.18).
Рис. 4.18. Схема функциональная двухтактного RS-триггера на элементах И-HE (а) и его условное графическое обозначение (б)
При поступлении
на вход импульса С=1 входная информация
заносится только в первый однотактный
RS-триггер,
а второй триггер при этом будет хранить
информацию, относящуюся к предыдущему
периоду представления. По окончании
действия импульса синхронизации (
=0,
=1)
первыйRS-триггер
перейдет в режим хранения, а второй
перепишет из него новое значение
выходного сигнала. Двухтактный триггер
изменит свое состояние только после
окончания действия импульса синхронизации
(переход в режим хранения информации).
Для установки триггера в состояние 0
или 1 без использования синхроимпульсов
в схему введены дополнительные входы 
и
не синхронизируемой установки.