Тригер
Загальні відомості про тригерах
Тригер - логічний пристрій, здатне зберігати 1 біт даних. До тригерним прийнято відносити всі пристрої, які мають два стійких стани. В основі будь-якого тригера знаходиться кільце з двох інверторів, показане на ріс.12.1. Загальноприйнято це кільце зображати у вигляді так званої засувки, яка показана на ріс.12.2.
Ріс.12.1. Кільце з двох інверторів
Ріс.12.2. Зображення бістабільної елемента засувки
В даний час існує багато різновидів тригерних схем. Всі вони з'явилися як результат розробки нових ланцюгів запуску. Стан тригера визначається значенням вихідного сигналу Q. Якщо зміна Q, тобто перемикання тригера, відбувається тільки під час вступу синхронізуючого сигналу (синхроімпульса), то тригер називається синхронним. Тригери можуть синхронізуватися рівнем чи фронтом синхроімпульсів. Тригери, що синхронізуються рівнем, можуть змінювати свій стан протягом тривалості синхроімпульса (рівня синхросигналу) при надходженні відповідних керуючих сигналів, тобто можуть можуть перемикатися кілька разів за час дії одного синхроімпульса. Протягом паузи між синхроімпульса стан такого тригера зберігається при будь-яких змінах керуючих сигналів.
Тригери, що синхронізуються фронтом, змінюють свій стан при надходженні на синхронизирующий вхід відповідного фронту (позитивного чи негативного) синхроімпульса, а потім цей стан зберігається при будь-яких змінах керуючих сігналовю За час дії одного синхроімпульса, тригер, синхронізуються фронтом, може перемикатися тільки один раз. В асинхронних тригерах відсутній вхід синхронізації. Тому переключення таких тригерів відбувається коли на керуючі входи надходить відповідна комбінація керуючих сигналів.
RS - тригер
RS-тригер має два входи роздільної установки в нульовий і одиничне стану. Впливу по входу S (від слова SET - установка) приводить тригер в одиничний стан, а вплив по входу R (від слова RESET - скидання) - в нульовий. Одночасна подача сигналів S і R не допускається.
На ріс.12.3 показано умовне графічне позначення RS-тригера.
Ріс.12.3. Умовне графічне позначення RS-тригера
Тип тригера визначається за його характеристическому рівняння, яке вказує значення вихідного сигналу Qn +1 після перемикання тригера (в момент часу tn +1) в залежності від значень керуючих сигналів і вихідного сигналу Qn до перемикання тригера (в момент часу tn).
У відповідність з таблицею характеристичне рівняння RS-тригера має вигляд:
При S = R = 0 (режим зберігання) - стан виходу тригера не змінюється: Qn +1 = Qn
RS-тригер може бути отриманий з двох логічних елементів І-НЕ (ріс.12.4).
Ріс.12.4. RS - тригер на двох логічних елементах І-НЕ
Тимчасові діаграми показують рівні напруги і тимчасові інтервали між вхідними і вихідними сигналами і відповідають тій картині, яку можна спостерігати на екрані осцилографа. По горизонталі відкладається час, по вертикалі - рівень напруги.
Тимчасові діаграми для різних режимів установки RS-тригера показані на ріс.12.5.
Ріс.12.5. Тимчасові діаграми сигналів для RS-тригера
Тактируемого (синхронний) RS-тріггерtc "12.3. Тактируемого (синхронний) RS-тригер"
У тактируемого (синхронних) пристроях процес переробки інформації впорядковується у часі за допомогою спеціальних тактових сигналів, вироблюваних загальним для всього пристрою генератором.
Відмінності тактируемого RS-тригера від звичайного RS-тригера складається в появу одного додаткового синхронізуючого входу. Умовне графічне зображення тактируемого RS-тригера показано на ріс.12.6.
Ріс.12.6. Умовне графічне зображення тактируемого RS-тригера
З таблиці істинності (табл.12.2) видно, що тільки три верхні рядки таблиці описують реальні режими роботи тактируемого RS-тригера. Нижня рядок відповідає забороненого стану, який ніколи не використовується.
Для отримання тактируемого RS-тригера потрібно ввести два додаткові елементи І-НЕ (ріс.12.7).
Таблиця 12.2. Таблиця істинності для тактируемого RS-тригера
Ріс.12.7. Тактируемого RS-тригер на чотирьох елементах І-НЕ
Розглянемо тимчасові діаграми, які ілюструють принцип роботи тактируемого RS-тригера (ріс.12.8).
Ріс.12.8. Тимчасові діаграми сигналів для тактируемого RS-тригера
Синхронизирующем входу відповідає сама верхня діаграма. Тактовий імпульс 1 не робить ніякого впливу на стан виходу Q, коли на обох входах R і S встановлений рівень логічного 0. Під час проходження імпульсу 1 тригер знаходиться в режимі зберігання. У момент попередньої установки (предустановки) входу 5, коли на цей вхід подається логічна 1, вихід Q все ще залишається в колишньому стан Q = 0, і тільки на фронті (наростаючому краї) тактового імпульсу 2 відбувається його переключення до 1. Тактові імпульси 3 та 4 не впливають на стан виходу Q. Під час проходження імпульсу 3, тригер знаходиться в режимі установки 1, під час проходження імпульсу 4 - у режимі зберігання. Потім логічна 1 подається на вхід R (попереднє встановлення входу R). На фронті імпульсу 5 відбувається скидання (очищення) виходу Q шляхом установки його в стан 0. Під час проходження імпульсів 5 і 6 тригер знаходиться в режимі установки 0, під час проходження імпульсу 7 - в режимі зберігання.
Із тимчасових діаграм (ріс.12.8) видно, що стан виходів тактируемого RS-тригера може змінюватися тільки в моменти приходу тактових імпульсів. У цьому випадку тригер працює синхронно, тобто процес переключення його виходів знаходиться в синхронізм з тактовими імпульсами.
Важливу роль у багатьох цифрових схемах грає така характеристика RS-тригера, як наявність пам'яті. Якщо тригер встановлений у стан 1 або 0, то він залишається в цьому стан навіть при деяких змінах вхідних сигналів. Така властивість тригера проявляється в режимі зберігання. Із тимчасових діаграм (ріс.12.8) видно, що цей режим реалізується під час проходження тактових імпульсів 1, 4 і 7.
Зміна станів тригера при надходженні різних послідовностей вхідних (керуючих і синхронизирующих) сигналів представлені за допомогою графа переходів.
Розглянемо граф переходів (ріс.12.9) для RS-тригера, синхронизируемое позитивним фронтом (С = 0 1) синхросигналу.
Ріс.12.9. Графи переходів RS-тригера, синхронизируемое фронтом
На ріс.12.9 гуртками, в яких вказані значення вихідного сигналу Q, позначені стійкі стану тригера. Стрілками показані переходи з одного стану в інший, при надходження відповідних комбінацій вхідних сигналів. Якщо дана комбінація не викликає зміни Q, то стрілка замикається на початковому стані. Тригер, синхронізуються фронтом має по два різних стани, відповідних Q = 0 і Q = 1, які позначені індексами А і В. Зміна значення Q відбувається при надходження перепаду С = 0 1, якщо попередньо при С = 0 на керуючих входах встановлені відповідні комбінації: RS = 10 або 01. Тому граф переходів має проміжні стану 0В, 1В, в які тригер перекладається перед перемиканням. D-тріггерtc "12.4. D-тригер"
D-тригер (від слова delay-затримка) приймає інформацію з одного входу. Його стан повторює вхідний сигнал, але із затримкою, яка визначається тактовим сигналом.
Умовне графічне позначення D-тригера показано на ріс.12.10.
Ріс.12.10.Условное графічне позначення D-тригера
Табл.12.3 показує, що сигнал на виході Q в такті n +1 (Qn +1) повторює сигнал, який був на вході D в попередньому такті n (Dn).
Таблиця 12.3.Табліца істинності для D-тригера
D-тригери бувають тільки синхронними. Відповідно до табл.12.3, характеристичне рівняння D-тригера має вигляд:
Qn +1 = Dn
Граф переходу для D-тригера, синхронизируемое позитивним фронтом
синхросигналу, зображений на ріс.12.1.
Ріс.12.11. Граф переходів D-тригера, синхронизируемое позитивним фронтом синхросигналу
На ріс.12.11 в гуртках вказані значення вихідного сигналу Q. У знаменниках дробів показані проміжні стани, в які тригер перекладається перед перемиканням. Стрілками показані переходи тригера з одного стану в інше при надходженні відповідних комбінацій вхідних сигналів С і D. D-тригер можна отримати з тактируемого RS-тригера, шляхом додавання інвертора (ріс.12.11).
Ріс.12.12.Схема D-тригера
Серійно випускаються D-тригери мають два додаткові входи: попередньої установки (S) і очищення (R). Назва цих входів походить від англійських слів PRESET (попереднє встановлення) і CLEAR (очищення).
Умовне графічне позначення D-тригера з двома додатковими входами показано на ріс.12.13.
Ріс.12.13. Умовне графічне позначення D-тригера з двома додатковими входами
Логічний 0 на вході S ініціює встановлення логічної 1 на виході Q. Логічний 0 на вході R ініціює очищення виходу Q (установку логічного 0 на виході Q). В активних станах входи S і R блокують дії входів D і C. При розблокуванні входи D і С діють так, як і в звичайному D-тригері. У таблиці істинності (табл.12.4) входи поділяються на асинхронний і синхронний. Асинхронні входи S і R в активних станах блокують дії синхронних входів (D і C). Перші три рядки табл.12.4 описують режими, в яких робота тригера контролюється асинхронними входами. При цьому синхронні входи (D і C) можуть перебувати в будь-яких станах, що відзначено знаком Х в табл.12.4.
Таблиця 12.4. Таблиця істинності для D-тригера з додатковими входами
Якщо обидва асинхронних входу наведені у неактивний стан (S = 1 і R = 1), D-тригер можна встановити в стан 1 або 0, використовуючи D і С входи. Два останні рядки табл.12.4 описують передачу інформаційного сигналу з D входу тригера на його Q-вихід з використанням тактового імпульсу. Оскільки ця операція здійснюється одночасно з приходом тактового імпульсу, вона називається синхронної операцією. У даному тригері для передачі сигналу з D-входу на вихід Q використовується позитивний перепад напруги (від низького рівня до високого) на фронті тактового імпульсу. Цей факт показаний в табл.12.4 знаком.
Т-тригер
Тригер типу Т називається тригером зі лічильним входом. Він змінює свій стан на протилежний кожен раз, коли на його вхід приходить черговий сигнал. Позначення тригера походить від першої літери англійського слова toggle - засувка.
Умовне графічне позначення Т-тригера показано на рис. 12.14. Т-тригер має один вхід Т і два виходи Q і
. T - рахунковий вхід тригера.
Ріс.12.14. Умовне графічне позначення T-тригера
Принцип роботи тригера ілюструє його таблиця істинності (табл.12.5).
Стан його виходу змінюється на протилежне при надходженні на вхід лічильного сигналу Т = 1 і зберігається незмінним при Т = 0. Відповідно до табл.12.5 характеристичне рівняння Т-тригера має вигляд:
Згідно цього рівняння Т-тригер зберігає незмінне стан при Т = 0, коли Q n +1 = Q n і при Т = 1, коли Q n +1 =
.
Т-тригер може бути реалізований введенням в RS - і D-тригери зворотних зв'язків (ріс.12.15).
Ріс.12.15. Схеми T-тригера
Тимчасова діаграма сигналів Т-тригера показана на ріс.12.16.
Ріс.12.16. Тимчасові діаграми Т-тригера
З ріс.12.16 видно, що Т-тригер здійснює розподіл частоти тактовою послідовності в 2 рази і перемикання тригера відбувається негативним фронтом рахункового сигналу.
Розглянемо граф переходів Т-тригера (ріс.12.17)
Ріс.12.17. Граф переходів Т-тригера
У гуртках вказані значення вихідного сигналу Q. Тригер, синхронізуються фронтом, має по два різних стани, значення яких наведено в знаменниках дробу. Стрілками показані переходи тригера з одного стану в інше при надходженні відповідних комбінацій вхідних сигналів. Зміна значення Q відбувається при надходженні перепаду Т = 0 1. Граф переходів має проміжні стану 10 і 01, у які Т-тригер перекладається перед перемиканням.
JK-тріггерtc "12.6. JK-тригер"
JK-тригер найбільш широко використовуваний універсальний тригер, що володіє характеристиками всіх інших типів тригерів. JK-тригер на відміну від RS-тригера не має заборонених комбінацій вхідних сигналів, які слід виключати при роботі цифрових систем.
На ріс.12.18 показано умовне графічне позначення JK-тригера.
Ріс.12.18. Умовне графічне позначення JK-тригера
Розглянемо табл.12.6, ілюструє принципи роботи JK-тригера.
Таблиця 12.6. Таблиця істинності для JK-тригера
З табл.12.6 видно, що коли на обидва входи J і K подається рівень логічного 0, тригер блокується, і стану його виходів не змінюються. У цьому випадку тригер знаходиться в режимі зберігання.
Рядки 2 і 3 табл.12.6 описують режими, відповідні установки тригера в стан 0 і 1. Рядок 4 відповідає перемикача режиму роботи JK-тригера. Якщо на обох входах J і K встановлений рівень логічної 1, то наступні один за одним тактові імпульси будуть викликати перекидання рівнів сигналів на виходах тригера від 1 до 0, від 0 до 1 і т.д. Така робота тригера нагадує послідовно вироблені перемикання тумблера, звідки і походить назва режиму.
Характеристичне рівняння JK-тригера має вигляд:
JK-тригер може бути реалізований з використанням двох елементів І і RS-тригера (ріс.12.19).
Ріс.12.19. Реалізація JK-тригера
Граф переходів JK-тригера, синхронизируемое негативним фронтом синхросигналу показаний на ріс.12.20. У гуртках вказані значення вихідного сигналу Q, в знаменниках дробів показані проміжні стану тригера перед перемиканням.
Ріс.12.20. Граф переходів JK-тригера,
Синхронизируемое негативним фронтом
синхросигналу
JK-тригер може мати два додаткових входу (асинхронних): попередньої установки S і очищення R (ріс.12.21).
Ріс.12.21. Умовне графічне позначення JK-тригера з додатковими входами
Асинхронні входи (S і R) в активних станах блокують дії синхронних входів. Активним станам асинхронних входів відповідають три перші рядки табл.12.7. У цих режимах синхронні входи блокування та їх стану не впливають на стан виходів тригера, тому для входів J, K і C в цих рядках поставлений знак Х (будь-який стан). Одночасна подача на обидва асинхронних входу активного рівня сигналу (логічного 0) відповідає забороненого стану. При блокуванні обох асинхронних входів (S і R) рівнем логічної 1, роботу тригера контролюють синхронні входи. Це показано в чотирьох нижніх рядках табл.12.7.
Таблиця 12.7. Таблиця істинності для JK-тригера з додатковими входами
JK-тригери широко застосовуються в багатьох цифрових схемах, зокрема вони використовуються для побудови лічильників. Схема фіксатораФіксатором можна назвати будь-яке цифрове запам'ятовуючий пристрій. Прикладом такого пристрою є D-тригер. У мікросхемних виконанні розроблено велику кількість фіксаторів. Розглянемо одну з таких схем: 4-розрядний прозорий фіксатор типу К155ТМ7 (зарубіжний аналог - схема 7475), що відноситься до класу ТТЛ - схем. Пристрій складається з чотирьох D-тригерів, об'єднаних в одній ІС. Умовне графічне позначення фіксатора показано на ріс.12.22.
Ріс.12.22. Умовне графічне позначення фіксатора
Інформаційний вхід D0, а також виходи Q0 і
відносяться до першого D-тригери. Дозволяючий вхід Е0-1 аналогічний синхронизирующем входу D-тригера і використовується для управління відразу двома тригерами D0 і D1 всередині ІС. Аналіз табл.12.8 показує, що якщо на вирішуючому вході діє рівень логічної 1, дані відразу не передаються (без очікування тактового імпульсу) з відповідних D-входів на відповідні виходи Q і 
. У режимі пересилання даних сигнали на Q-виходах фіксатора просто повторюють сигнали на відповідних D-входах.
При установці на вирішуючому вході рівня логічного 0, відповідні D-тригери переводяться в режим фіксації даних. Інформаційні сигнали, які діяли на виходах Q в момент переходу фіксатора у цей режим, зберігаються навіть при зміні сигналів на входах D, тобто дані виявляються «замкненими».
Таблиця 12.8. Таблиця істинності для фіксатора
Дану схему називають прозорим фіксатором, оскільки при наявності високого рівня сигналу на вході Е вихідні сигнали точно відслідковують інформаційні сигнали на D-входах («наскрізь переглядають»). Вхід Е2-3 контролює роботу тригерів D2 і D3.
Двоступінчаті тріггериtc "12.8. Двоступінчаті тригери"
Для надійної та чіткої роботи тригерних осередків у багаторозрядних пристроях (регістрах, лічильниках) використовуються двоступінчасті тригери, звані MS-тригерами (master / slave - ведучий / ведений або «майстер» / «помічник»). Схема такого тригера, що складається з двох синхронних RS-тригерів, показана на ріс.12.23.
Входи з обох тригерів ТМ (майстра) і ТП (помічника) з'єднані між собою через інвертор. На ріс.12.24 показана діаграма, з якої видно, що складовим тригером ТМ - ТП управляє повний (з фронтом і зрізом) тактовий імпульс C. Вхідна комбінація буде записана в ТМ у момент приходу позитивного перепаду тактового імпульсу С. У цей момент в ТП інформація потрапити не може. Коли прийде негативний перепад вхідного імпульсу С, на виході інвертора він з'явиться як позитивний. Позитивний перепад імпульсу
перепише дані від виходів 
'І 'В ТП.
Ріс.12.23. Схема двоступеневого RS-тригера
Принцип роботи двоступінчастого RS-тригера ілюструє табл.12.9.
Таблиця 12.9. Таблиця істинності для двоступінчастого RS-тригера
Умовне графічне позначення двоступінчастого RS-тригера показано на ріс.12.25.
Ріс.12.25. Умовне графічне позначення двоступінчастого RS-тригера
Двофазний спосіб управління повним тактовим імпульсом З застосовується і для двоступеневих JK-тригерів (ріс.12.26). Цей тригер, як і простий JK-тригер, має зворотні зв'язки з виходів на входи, що виключають невизначений логічне стан. На ріс.12.27 показана тимчасова діаграма переключающего імпульсу, на якій відзначені етапи роботи складеного тригера. У момент t1 ТП ізольований від ТМ; в момент t2 дозволяється прийом даних входами ТМ. З приходом негативного перепаду імпульсу в момент t3 забороняється прийом даних входами ТМ, а в момент t4 закінчується перенесення даних з ТМ в ТП.
Ріс.12.26. Схема двоступеневого JK-тригера
Ріс.12.27. Тимчасова діаграма управління двоступінчастим JK-тригером
Привабливе властивість двоступінчастого тригера полягає в тому, що входи прийому даних за період тактового імпульсу, тобто під час завантаження 1 біта інформації, не мають наскрізний зв'язку з вихідними ланцюгами. Ізоляція входів від виходів забезпечує стійке перемикання тригера, якщо частота тактових імпульсів нестабільна.
Загальні відомості про тригерах
Тригер - логічний пристрій, здатне зберігати 1 біт даних. До тригерним прийнято відносити всі пристрої, які мають два стійких стани. В основі будь-якого тригера знаходиться кільце з двох інверторів, показане на ріс.12.1. Загальноприйнято це кільце зображати у вигляді так званої засувки, яка показана на ріс.12.2.
Ріс.12.1. Кільце з двох інверторів
Ріс.12.2. Зображення бістабільної елемента засувки
В даний час існує багато різновидів тригерних схем. Всі вони з'явилися як результат розробки нових ланцюгів запуску. Стан тригера визначається значенням вихідного сигналу Q. Якщо зміна Q, тобто перемикання тригера, відбувається тільки під час вступу синхронізуючого сигналу (синхроімпульса), то тригер називається синхронним. Тригери можуть синхронізуватися рівнем чи фронтом синхроімпульсів. Тригери, що синхронізуються рівнем, можуть змінювати свій стан протягом тривалості синхроімпульса (рівня синхросигналу) при надходженні відповідних керуючих сигналів, тобто можуть можуть перемикатися кілька разів за час дії одного синхроімпульса. Протягом паузи між синхроімпульса стан такого тригера зберігається при будь-яких змінах керуючих сигналів.
Тригери, що синхронізуються фронтом, змінюють свій стан при надходженні на синхронизирующий вхід відповідного фронту (позитивного чи негативного) синхроімпульса, а потім цей стан зберігається при будь-яких змінах керуючих сігналовю За час дії одного синхроімпульса, тригер, синхронізуються фронтом, може перемикатися тільки один раз. В асинхронних тригерах відсутній вхід синхронізації. Тому переключення таких тригерів відбувається коли на керуючі входи надходить відповідна комбінація керуючих сигналів.
RS - тригер
RS-тригер має два входи роздільної установки в нульовий і одиничне стану. Впливу по входу S (від слова SET - установка) приводить тригер в одиничний стан, а вплив по входу R (від слова RESET - скидання) - в нульовий. Одночасна подача сигналів S і R не допускається.
На ріс.12.3 показано умовне графічне позначення RS-тригера.
Ріс.12.3. Умовне графічне позначення RS-тригера
Тип тригера визначається за його характеристическому рівняння, яке вказує значення вихідного сигналу Qn +1 після перемикання тригера (в момент часу tn +1) в залежності від значень керуючих сигналів і вихідного сигналу Qn до перемикання тригера (в момент часу tn).
У відповідність з таблицею характеристичне рівняння RS-тригера має вигляд:
При S = R = 0 (режим зберігання) - стан виходу тригера не змінюється: Qn +1 = Qn
RS-тригер може бути отриманий з двох логічних елементів І-НЕ (ріс.12.4).
Ріс.12.4. RS - тригер на двох логічних елементах І-НЕ
Тимчасові діаграми показують рівні напруги і тимчасові інтервали між вхідними і вихідними сигналами і відповідають тій картині, яку можна спостерігати на екрані осцилографа. По горизонталі відкладається час, по вертикалі - рівень напруги.
Тимчасові діаграми для різних режимів установки RS-тригера показані на ріс.12.5.
Ріс.12.5. Тимчасові діаграми сигналів для RS-тригера
Тактируемого (синхронний) RS-тріггерtc "12.3. Тактируемого (синхронний) RS-тригер"
У тактируемого (синхронних) пристроях процес переробки інформації впорядковується у часі за допомогою спеціальних тактових сигналів, вироблюваних загальним для всього пристрою генератором.
Відмінності тактируемого RS-тригера від звичайного RS-тригера складається в появу одного додаткового синхронізуючого входу. Умовне графічне зображення тактируемого RS-тригера показано на ріс.12.6.
Ріс.12.6. Умовне графічне зображення тактируемого RS-тригера
З таблиці істинності (табл.12.2) видно, що тільки три верхні рядки таблиці описують реальні режими роботи тактируемого RS-тригера. Нижня рядок відповідає забороненого стану, який ніколи не використовується.
Для отримання тактируемого RS-тригера потрібно ввести два додаткові елементи І-НЕ (ріс.12.7).
Таблиця 12.2. Таблиця істинності для тактируемого RS-тригера
Ріс.12.7. Тактируемого RS-тригер на чотирьох елементах І-НЕ
Розглянемо тимчасові діаграми, які ілюструють принцип роботи тактируемого RS-тригера (ріс.12.8).
Ріс.12.8. Тимчасові діаграми сигналів для тактируемого RS-тригера
Синхронизирующем входу відповідає сама верхня діаграма. Тактовий імпульс 1 не робить ніякого впливу на стан виходу Q, коли на обох входах R і S встановлений рівень логічного 0. Під час проходження імпульсу 1 тригер знаходиться в режимі зберігання. У момент попередньої установки (предустановки) входу 5, коли на цей вхід подається логічна 1, вихід Q все ще залишається в колишньому стан Q = 0, і тільки на фронті (наростаючому краї) тактового імпульсу 2 відбувається його переключення до 1. Тактові імпульси 3 та 4 не впливають на стан виходу Q. Під час проходження імпульсу 3, тригер знаходиться в режимі установки 1, під час проходження імпульсу 4 - у режимі зберігання. Потім логічна 1 подається на вхід R (попереднє встановлення входу R). На фронті імпульсу 5 відбувається скидання (очищення) виходу Q шляхом установки його в стан 0. Під час проходження імпульсів 5 і 6 тригер знаходиться в режимі установки 0, під час проходження імпульсу 7 - в режимі зберігання.
Із тимчасових діаграм (ріс.12.8) видно, що стан виходів тактируемого RS-тригера може змінюватися тільки в моменти приходу тактових імпульсів. У цьому випадку тригер працює синхронно, тобто процес переключення його виходів знаходиться в синхронізм з тактовими імпульсами.
Важливу роль у багатьох цифрових схемах грає така характеристика RS-тригера, як наявність пам'яті. Якщо тригер встановлений у стан 1 або 0, то він залишається в цьому стан навіть при деяких змінах вхідних сигналів. Така властивість тригера проявляється в режимі зберігання. Із тимчасових діаграм (ріс.12.8) видно, що цей режим реалізується під час проходження тактових імпульсів 1, 4 і 7.
Зміна станів тригера при надходженні різних послідовностей вхідних (керуючих і синхронизирующих) сигналів представлені за допомогою графа переходів.
Розглянемо граф переходів (ріс.12.9) для RS-тригера, синхронизируемое позитивним фронтом (С = 0 1) синхросигналу.
Ріс.12.9. Графи переходів RS-тригера, синхронизируемое фронтом
На ріс.12.9 гуртками, в яких вказані значення вихідного сигналу Q, позначені стійкі стану тригера. Стрілками показані переходи з одного стану в інший, при надходження відповідних комбінацій вхідних сигналів. Якщо дана комбінація не викликає зміни Q, то стрілка замикається на початковому стані. Тригер, синхронізуються фронтом має по два різних стани, відповідних Q = 0 і Q = 1, які позначені індексами А і В. Зміна значення Q відбувається при надходження перепаду С = 0 1, якщо попередньо при С = 0 на керуючих входах встановлені відповідні комбінації: RS = 10 або 01. Тому граф переходів має проміжні стану 0В, 1В, в які тригер перекладається перед перемиканням. D-тріггерtc "12.4. D-тригер"
D-тригер (від слова delay-затримка) приймає інформацію з одного входу. Його стан повторює вхідний сигнал, але із затримкою, яка визначається тактовим сигналом.
Умовне графічне позначення D-тригера показано на ріс.12.10.
Ріс.12.10.Условное графічне позначення D-тригера
Табл.12.3 показує, що сигнал на виході Q в такті n +1 (Qn +1) повторює сигнал, який був на вході D в попередньому такті n (Dn).
Таблиця 12.3.Табліца істинності для D-тригера
D-тригери бувають тільки синхронними. Відповідно до табл.12.3, характеристичне рівняння D-тригера має вигляд:
Qn +1 = Dn
Граф переходу для D-тригера, синхронизируемое позитивним фронтом
Ріс.12.11. Граф переходів D-тригера, синхронизируемое позитивним фронтом синхросигналу
На ріс.12.11 в гуртках вказані значення вихідного сигналу Q. У знаменниках дробів показані проміжні стани, в які тригер перекладається перед перемиканням. Стрілками показані переходи тригера з одного стану в інше при надходженні відповідних комбінацій вхідних сигналів С і D. D-тригер можна отримати з тактируемого RS-тригера, шляхом додавання інвертора (ріс.12.11).
Ріс.12.12.Схема D-тригера
Серійно випускаються D-тригери мають два додаткові входи: попередньої установки (S) і очищення (R). Назва цих входів походить від англійських слів PRESET (попереднє встановлення) і CLEAR (очищення).
Умовне графічне позначення D-тригера з двома додатковими входами показано на ріс.12.13.
Ріс.12.13. Умовне графічне позначення D-тригера з двома додатковими входами
Логічний 0 на вході S ініціює встановлення логічної 1 на виході Q. Логічний 0 на вході R ініціює очищення виходу Q (установку логічного 0 на виході Q). В активних станах входи S і R блокують дії входів D і C. При розблокуванні входи D і С діють так, як і в звичайному D-тригері. У таблиці істинності (табл.12.4) входи поділяються на асинхронний і синхронний. Асинхронні входи S і R в активних станах блокують дії синхронних входів (D і C). Перші три рядки табл.12.4 описують режими, в яких робота тригера контролюється асинхронними входами. При цьому синхронні входи (D і C) можуть перебувати в будь-яких станах, що відзначено знаком Х в табл.12.4.
Таблиця 12.4. Таблиця істинності для D-тригера з додатковими входами
Якщо обидва асинхронних входу наведені у неактивний стан (S = 1 і R = 1), D-тригер можна встановити в стан 1 або 0, використовуючи D і С входи. Два останні рядки табл.12.4 описують передачу інформаційного сигналу з D входу тригера на його Q-вихід з використанням тактового імпульсу. Оскільки ця операція здійснюється одночасно з приходом тактового імпульсу, вона називається синхронної операцією. У даному тригері для передачі сигналу з D-входу на вихід Q використовується позитивний перепад напруги (від низького рівня до високого) на фронті тактового імпульсу. Цей факт показаний в табл.12.4 знаком.
Т-тригер
Тригер типу Т називається тригером зі лічильним входом. Він змінює свій стан на протилежний кожен раз, коли на його вхід приходить черговий сигнал. Позначення тригера походить від першої літери англійського слова toggle - засувка.
Умовне графічне позначення Т-тригера показано на рис. 12.14. Т-тригер має один вхід Т і два виходи Q і
Ріс.12.14. Умовне графічне позначення T-тригера
Принцип роботи тригера ілюструє його таблиця істинності (табл.12.5).
Стан його виходу змінюється на протилежне при надходженні на вхід лічильного сигналу Т = 1 і зберігається незмінним при Т = 0. Відповідно до табл.12.5 характеристичне рівняння Т-тригера має вигляд:
Згідно цього рівняння Т-тригер зберігає незмінне стан при Т = 0, коли Q n +1 = Q n і при Т = 1, коли Q n +1 =
Т-тригер може бути реалізований введенням в RS - і D-тригери зворотних зв'язків (ріс.12.15).
Ріс.12.15. Схеми T-тригера
Тимчасова діаграма сигналів Т-тригера показана на ріс.12.16.
Ріс.12.16. Тимчасові діаграми Т-тригера
З ріс.12.16 видно, що Т-тригер здійснює розподіл частоти тактовою послідовності в 2 рази і перемикання тригера відбувається негативним фронтом рахункового сигналу.
Розглянемо граф переходів Т-тригера (ріс.12.17)
Ріс.12.17. Граф переходів Т-тригера
У гуртках вказані значення вихідного сигналу Q. Тригер, синхронізуються фронтом, має по два різних стани, значення яких наведено в знаменниках дробу. Стрілками показані переходи тригера з одного стану в інше при надходженні відповідних комбінацій вхідних сигналів. Зміна значення Q відбувається при надходженні перепаду Т = 0 1. Граф переходів має проміжні стану 10 і 01, у які Т-тригер перекладається перед перемиканням.
JK-тріггерtc "12.6. JK-тригер"
JK-тригер найбільш широко використовуваний універсальний тригер, що володіє характеристиками всіх інших типів тригерів. JK-тригер на відміну від RS-тригера не має заборонених комбінацій вхідних сигналів, які слід виключати при роботі цифрових систем.
На ріс.12.18 показано умовне графічне позначення JK-тригера.
Ріс.12.18. Умовне графічне позначення JK-тригера
Розглянемо табл.12.6, ілюструє принципи роботи JK-тригера.
Таблиця 12.6. Таблиця істинності для JK-тригера
З табл.12.6 видно, що коли на обидва входи J і K подається рівень логічного 0, тригер блокується, і стану його виходів не змінюються. У цьому випадку тригер знаходиться в режимі зберігання.
Рядки 2 і 3 табл.12.6 описують режими, відповідні установки тригера в стан 0 і 1. Рядок 4 відповідає перемикача режиму роботи JK-тригера. Якщо на обох входах J і K встановлений рівень логічної 1, то наступні один за одним тактові імпульси будуть викликати перекидання рівнів сигналів на виходах тригера від 1 до 0, від 0 до 1 і т.д. Така робота тригера нагадує послідовно вироблені перемикання тумблера, звідки і походить назва режиму.
Характеристичне рівняння JK-тригера має вигляд:
JK-тригер може бути реалізований з використанням двох елементів І і RS-тригера (ріс.12.19).
Ріс.12.19. Реалізація JK-тригера
Граф переходів JK-тригера, синхронизируемое негативним фронтом синхросигналу показаний на ріс.12.20. У гуртках вказані значення вихідного сигналу Q, в знаменниках дробів показані проміжні стану тригера перед перемиканням.
Ріс.12.20. Граф переходів JK-тригера,
Синхронизируемое негативним фронтом
JK-тригер може мати два додаткових входу (асинхронних): попередньої установки S і очищення R (ріс.12.21).
Ріс.12.21. Умовне графічне позначення JK-тригера з додатковими входами
Асинхронні входи (S і R) в активних станах блокують дії синхронних входів. Активним станам асинхронних входів відповідають три перші рядки табл.12.7. У цих режимах синхронні входи блокування та їх стану не впливають на стан виходів тригера, тому для входів J, K і C в цих рядках поставлений знак Х (будь-який стан). Одночасна подача на обидва асинхронних входу активного рівня сигналу (логічного 0) відповідає забороненого стану. При блокуванні обох асинхронних входів (S і R) рівнем логічної 1, роботу тригера контролюють синхронні входи. Це показано в чотирьох нижніх рядках табл.12.7.
Таблиця 12.7. Таблиця істинності для JK-тригера з додатковими входами
JK-тригери широко застосовуються в багатьох цифрових схемах, зокрема вони використовуються для побудови лічильників. Схема фіксатораФіксатором можна назвати будь-яке цифрове запам'ятовуючий пристрій. Прикладом такого пристрою є D-тригер. У мікросхемних виконанні розроблено велику кількість фіксаторів. Розглянемо одну з таких схем: 4-розрядний прозорий фіксатор типу К155ТМ7 (зарубіжний аналог - схема 7475), що відноситься до класу ТТЛ - схем. Пристрій складається з чотирьох D-тригерів, об'єднаних в одній ІС. Умовне графічне позначення фіксатора показано на ріс.12.22.
Ріс.12.22. Умовне графічне позначення фіксатора
Інформаційний вхід D0, а також виходи Q0 і
При установці на вирішуючому вході рівня логічного 0, відповідні D-тригери переводяться в режим фіксації даних. Інформаційні сигнали, які діяли на виходах Q в момент переходу фіксатора у цей режим, зберігаються навіть при зміні сигналів на входах D, тобто дані виявляються «замкненими».
Таблиця 12.8. Таблиця істинності для фіксатора
Дану схему називають прозорим фіксатором, оскільки при наявності високого рівня сигналу на вході Е вихідні сигнали точно відслідковують інформаційні сигнали на D-входах («наскрізь переглядають»). Вхід Е2-3 контролює роботу тригерів D2 і D3.
Двоступінчаті тріггериtc "12.8. Двоступінчаті тригери"
Для надійної та чіткої роботи тригерних осередків у багаторозрядних пристроях (регістрах, лічильниках) використовуються двоступінчасті тригери, звані MS-тригерами (master / slave - ведучий / ведений або «майстер» / «помічник»). Схема такого тригера, що складається з двох синхронних RS-тригерів, показана на ріс.12.23.
Входи з обох тригерів ТМ (майстра) і ТП (помічника) з'єднані між собою через інвертор. На ріс.12.24 показана діаграма, з якої видно, що складовим тригером ТМ - ТП управляє повний (з фронтом і зрізом) тактовий імпульс C. Вхідна комбінація буде записана в ТМ у момент приходу позитивного перепаду тактового імпульсу С. У цей момент в ТП інформація потрапити не може. Коли прийде негативний перепад вхідного імпульсу С, на виході інвертора він з'явиться як позитивний. Позитивний перепад імпульсу
Ріс.12.23. Схема двоступеневого RS-тригера
Принцип роботи двоступінчастого RS-тригера ілюструє табл.12.9.
Таблиця 12.9. Таблиця істинності для двоступінчастого RS-тригера
Умовне графічне позначення двоступінчастого RS-тригера показано на ріс.12.25.
Ріс.12.25. Умовне графічне позначення двоступінчастого RS-тригера
Двофазний спосіб управління повним тактовим імпульсом З застосовується і для двоступеневих JK-тригерів (ріс.12.26). Цей тригер, як і простий JK-тригер, має зворотні зв'язки з виходів на входи, що виключають невизначений логічне стан. На ріс.12.27 показана тимчасова діаграма переключающего імпульсу, на якій відзначені етапи роботи складеного тригера. У момент t1 ТП ізольований від ТМ; в момент t2 дозволяється прийом даних входами ТМ. З приходом негативного перепаду імпульсу в момент t3 забороняється прийом даних входами ТМ, а в момент t4 закінчується перенесення даних з ТМ в ТП.
Ріс.12.26. Схема двоступеневого JK-тригера
Ріс.12.27. Тимчасова діаграма управління двоступінчастим JK-тригером
Привабливе властивість двоступінчастого тригера полягає в тому, що входи прийому даних за період тактового імпульсу, тобто під час завантаження 1 біта інформації, не мають наскрізний зв'язку з вихідними ланцюгами. Ізоляція входів від виходів забезпечує стійке перемикання тригера, якщо частота тактових імпульсів нестабільна.