Триггеры: Методическое пособие по курсу «Цифровая техника и микропроцессоры»

 Новосибирский Государственный Технический Университет

   Кафедра радиоприемных и радиопередающих устройств

              Т  Р  И  Г  Г  Е  Р Ы

             Методическое пособие по курсу

         «Цифровая техника и микропроцессоры»

            для студентов специальности  .....

                  Новосибирск, 2003

                  От автора     

     Данное пособие задумано как самоучитель по простейшим триггерным схемам и ориентировано на студентов, приступающих к изучению цифровой техники.

Предполагается знание свойств базовых цифровых логических элементов, основ булевой алгебры, правила де-Моргана, и умение производить простейшую минимизацию по картам Карно.

     К сожалению, многие студенты не совсем отчетливо представляют себе логику работы триггеров различных типов и некоторые сведения по триггерам, почерпнутые из лекций или учебников, трактуют некорректно.

     Восполнить этот пробел и призвано настоящее пособие.

                           Доцент каф.РП и РПУ, к.т.н.       

                           Родников В.В.

                     Введение

К триггерам относят цифровые устройства с положительной обратной связью (ПОС), общим свойством которых является способность длительно находиться в одном из двух возможных устойчивых состояний и скачком чередовать их под воздействием внешних сигналов. Поэтому они нашли широкое применение в различных запоминающих устройствах. Приняв одно состояние триггера за логическую единицу, а другое – за логический нуль, можно считать, что триггер хранит один бит информации.           Триггеры классифицируют по ряду признаков.

По функциональным возможностям различают такие основные типы триггеров:

-  триггер с раздельной установкой (RS-триггер);

-  триггер с копирующим входом (D-триггер);

-  триггер со счетным входом (T-триггер);

-  универсальный триггер (JK-триггер).

Буквами R,S,D,T,J,K традиционно обозначаются входы, на которые подаются сигналы, управляющие процессом переключения.

По способу приема информации триггеры подразделяются на асинхронные и синхронные (тактируемые). Последние требуют для переключения в другое состояние не только конкретных управляющих сигналов, но и специального синхроимпульса, подаваемого на отдельный вход.

Влияние синхроимпульса на поведение синхронных триггеров различных  схемных решений неоднозначно.

 В синхронных триггерах  со статическим управлением синхроимпульс играет разрешающую роль – триггер моментально реагирует на изменение управляющих сигналов в течение всего времени наличия синхроимпульса, т.е. ведет себя как асинхронный. При отсутствии синхроимпульса триггер находится в режиме хранения и не изменяет своего состояния, несмотря на любые изменения управляющих сигналов. Такие триггеры иногда называют «прозрачными».

В синхронных триггерах с динамическим управлением синхроимпульс играет определяющую роль. Именно он задает момент переключения триггера в состояние, определяемое текущей комбинацией управляющих сигналов. Этот момент совпадает либо c фронтом, либо со спадом синхроимпульса. Все остальное время, несмотря на наличие синхроимпульса, такой триггер нечувствителен к любым изменениям управляющих сигналов.

     По принципу построения все триггеры делят на одноступенчатые и двухступенчатые (часто говорят – однотактные и двухтактные). В двухтактных триггерах имеются две ступени запоминания информации – фактически это два триггера, соединенные последовательно. Сначала информация записыватся в первую ступень и лишь спустя некоторое время – во вторую (оконечную) ступень. Двухтактные триггеры обладают характеристиками синхронных триггеров с динамическим управлением.

1.  АСИНХРОННЫЕ  ТРИГГЕРЫ     

         1.1.Асинхронный RS-триггер

     Асинхронный RS-триггер – это родоначальник всех триггеров. Он имеет самую простую структуру и является непременной составной частью любого другого триггера.

Введем следующие обозначения:

Q(t) - сигнал на выходе триггера в момент, предшествующий изменению управляющих сигналов;

Q(t+1) - сигнал на выходе триггера после изменения управляющих сигналов.

RS-триггер имеет два управляющих входа:  S и R. Желаемый закон работы триггера таков: подача логической единицы на вход S (Set - установка) должна обеспечить единицу на  выходе триггера, подача логической единицы на вход R (Reset - сброс) должна установить выход в нуль.

     Составим таблицу истинности RS-триггера, учитывая следующие факторы:

-  поскольку в любом триггере     S

   существует ПОС с выхода на     R   Триггер   Q(t)

   вход, сигнал Q(t)  будет        

   третьим входным сигналом     

  (вместе с S и R);                   Рис.1      

-  комбинация сигналов S = R = 0 не должна изменять состояния триггера (режим хранения), т.е. в этом случае Q(t+1) = Q(t);

-  комбинация сигналов S = R = 1 приводит к неопределенности в состоянии триггера (после ее снятия и перехода в режим хранения).

                 Предупреждение. В некоторых книгах

                 комбинацию  S=R=1 называют запрещенной.

                 Это неудачный термин. Такая комбинация

                 сигналов может быть подана на триггер и

                 переведет его в однозначно определенное

                 состояние. Лишь после перехода в режим

                 хранения при одновременном обеспечении

                 S = R = 0  состояние выхода триггера

                 будет непредсказуемым.    

Итак, таблица истинности RS-триггера состоит из четырех столбцов (три входных сигнала и один выходной) и восьми строк (всевозможные наборы трех входных сигналов). Столбцы входных сигналов заполняются как обычно  - в порядке увеличения двоичного кода, столбец выходного сигнала заполняется, исходя из желаемого принципа работы устройства.

               Табл 1.  Таблица истинности RS-триггера

Q(t)	S	R	Q(t+1)	Действие
0	0	0	0	хранение
0	0	1	0	сброс в 0
0	1	0	1	установка  в 1
0	1	1	*	неопределенность
1	0	0	1	хранение
1	0	1	0	сброс в 0
1	1	0	1	установка  в 1
1	1	1	*	неопределенность