Лекция 4 Триггеры
Основные теоретические положения
Триггер (защелка) – импульсное устройство с двумя устойчивыми состояниями. Переход из одного состояния в другое происходит в результате воздействия сигналов управления.
Выходной сигнал триггера зависит не только от входных сигналов, но и от его внутреннего состояния, то есть от значений входных переменных, которые действовали в предыдущие моменты времени. Следовательно, триггеры являются элементами памяти.
Электронные приборы с такими свойствами называются последовательными логическими устройствами.
Кроме устойчивых состояний, которые могут сохраняться неограниченно долго, имеются неустойчивые, они существуют короткое время, соизмеримое с длительностью процессов переключения в схеме.
Пример. Простейшим триггером является выключатель освещения. Он имеет два устойчивых состояния и переключается кратковременным внешним воздействием.
Пример. Использование кнопок без фиксации состояния для операций включения – выключения электрооборудования позволяет управлять объектами из различных мест.
При этом нет необходимости, для выключения какой либо установки, выявлять и отключать включенные кнопки. Достаточно выработать соответствующий сигнал управления силовым выключателем установки, который работает в режиме триггера (самоблокировка).
Простейшие триггеры на основе реле и инверторов представлены на рисунке 1.
Рис. 1 Триггеры на основе:
а – инверторов; б – реле; в – реле и кнопок управления
Устройство (рис. 1, а) может находиться в двух устойчивых состояниях входов – выходов, соответственно 1–0–0–1 и 0–1–1–0. Такая ячейка памяти называется бистабильной. Она может быть реализована на основе реле K1, K2 с нормально замкнутыми контактами K1, K2 по схеме рис. 1, б. При подаче напряжения Uп одно из реле сработает быстрее и разомкнет цепи питания другого реле. Однако таким устройством нельзя управлять.
Для управления триггером используются дополнительные элементы, позволяющие перевести его в то или иное положение, например, кнопки SB1 и SB2 (рис. 1, в). Ими можно вручную перевести триггер из одного состояния в другое.
Указанные логические элементы, выполненные на основе реле, используются, в схемах релейной защиты, автоматики, для коммутации и развязки по напряжению в силовых исполнительных элементах.
1 Классификация триггеров
Обычно триггер имеет два выхода: Q – прямой выход, Q’ – инверсный, если Q =1, то Q’=0 и наоборот. На схемах триггеры обозначаются символом D и порядковым номером на схеме (рис. 2). Входы обозначаются в соответствии с видом и назначением триггера (на рисунке не указаны).
Рис. 2 Обозначение триггера
Триггеры можно классифицировать по способам записи информации и управления, принципам построения, функциональным возможностям.
По способу записи информации различают асинхронные и синхронные триггеры.
Асинхронный триггер изменяет свое состояние в момент прихода сигнала на его информационные входы.
Синхронные триггеры меняют свое состояние под действием входных сигналов, только в момент прихода тактового сигнала на синхронизирующий вход С.
Они могут использоваться в сложных цифровых устройствах, где разделение работы на временные такты, когда выполняются определенные операции, исключает путаницу и сбои.
По способу записи информации входы триггеров разделяются на статические и динамические.
Первые реагируют на состояния входов (обозначение на рис. 2) и переключаются при наличии соответствующего потенциала (уровня напряжения). Динамические входы реагируют на изменения состояния на входах и управляются переходом между потенциалами. Передним фронтом импульса из 0 в 1 (варианты обозначения на рис. 3, а) или задним фронтом из 1 в 0 (рис. 3, б).
Рис. 3 Обозначения динамических входов, а:
переключение по переднему фронту,
б: переключение по заднему фронту
По функциональным возможностям различают триггеры: RS-триггер, D-триггер, T-триггер, JK-триггер, VD и VT-триггеры, а также NV-триггеры, которые после выключения напряжения питания сохраняют записанную в них информацию (энергетическая независимость).
2 Асинхронный RS-триггер
Асинхронный RS-триггер может быть реализован с помощью элементов 2ИЛИ-НЕ (рис. 4, а), таблица истинности (табл. 1). Он имеет два входа: S(et) установка (Q=1) и R(eset) сброс (Q=0).
Согласно временной диаграмме (рис. 4, б) и табл. 1, выход триггера переходит в состояние Qn+1 =1, если поступают сигналы S =1, R =0 (интервал времени t1 – t2) независимо от предшествующего состояния Qn.
При S =0, R = 1 выход триггера переходит в состояние Qn+1 = 0 (интервал t3 – t4). Когда S =0, R =0 триггер сохраняет прежнее значение Qn(интервалы t2 – t3; t4 – t5).
Комбинация сигналов S =1, R =1 запрещена, т.к. на прямом Q и инверсном Q’ выходе устанавливаются одинаковые значения, которые при переходе в режим хранения не удерживаются (интервал t6 – t7).
Рис. 4 Асинхронный RS-триггер на элементах 2ИЛИ-НЕ:
а – принципиальная схема; б – временные диаграммы работы
Таблица истинности RS-триггера Таблица 1
№ |
R |
S |
Q n+1 |
Q’ n+1 |
Название режима работы |
1 |
0 |
0 |
Q n |
Q’ n |
Хранение информации |
2 |
0 |
1 |
1 |
0 |
Установка в 1 |
3 |
1 |
0 |
0 |
1 |
Установка в 0 |
4 |
1 |
1 |
– |
– |
Запрещенное состояние |
Для получения аналитического выражения при разработке схемы асинхронного RS-триггера необходимо составить полную таблицу истинности (табл. 2).
Полная таблица истинности RS-триггера Таблица 2
№ |
R |
S |
Q n |
Q n+1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
2 |
0 |
0 |
1 |
1 |
3 |
0 |
1 |
0 |
1 |
4 |
0 |
1 |
1 |
1 |
5 |
1 |
0 |
0 |
0 |
6 |
1 |
0 |
1 |
0 |
7 |
1 |
1 |
0 |
– |
8 |
1 |
1 |
1 |
– |
Наборам, где Q n+1= 1, соответствует характеристическое уравнение:
В наборах 7, 8, где значение выхода не определено, можно указать 0 или 1 исходя из соображений простоты реализации схемы (рис. 4, а), которая составлена согласно полученному аналитическому выражению.
Асинхронный RS-триггер может быть собран на элементах 2И-НЕ (рис. 5, а), таблица истинности (табл. 3). В отличие от предыдущей схемы, триггер имеет инверсные входы.
Рис. 5 Асинхронный RS-триггер на элементах 2И-НЕ:
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.