Триггеры. Основные теоретические положения. Классификация триггеров. Разработка триггеров

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: