5. ТРИГГЕРЫ
Триггером называют логическую схему с положительной обратной связью, имеющую два устойчивых состояния - единичное и нулевое, которые обозначаются соответственно 1 и 0. В основе любого триггера находится кольцо из двух инверторов, показанное на рис.130 а, б, в.
INCLUDEPICTURE "http://sterr.narod.ru/sprav/intic/images/r130.gif" \* MERGEFORMATINET
При подаче питания в результате переходных процессов произвольно один из инверторов устанавливается в единичное состояние, а другой - в нулевое. В дальнейшем состояние логических элементов (ЛЭ) сохраняется, так как сигнал с выхода одного ЛЭ поддерживает состояние другого ЛЭ. Общепринято такую схему называть элементом памяти или защелкой.
Если в схемах, изображенных на рис.130 б,в, у каждого ЛЭ отключить от обратных связей по одному входу, то получатся схемы RS - триггеров (рис.131 а,б).
INCLUDEPICTURE "http://sterr.narod.ru/sprav/intic/images/r131.gif" \* MERGEFORMATINET
Образованные входы позволяют установить триггер в определенное состояние при подаче на них требуемого сигнала либо низкого, либо высокого уровня. Такие входы называются статическими. При подаче на верхние входы схем соответственно логического 0 и логической 1 триггеры обязательно установятся в состояние Q=1. При использовании аналогично нижних входов триггеры обнулятся: Q=0. Таким образом, RS - триггер на ЛЭ «И-НЕ» управляется логическим нулем, а RS - триггер на ЛЭ «ИЛИ-НЕ» управляется логической 1. В первом случае входы называются инверсными - S, R а во втором - прямыми S, R. Условные графические обозначения RS - триггеров на ЛЭ «И-НЕ» и ЛЭ «ИЛИ-НЕ» приведены на рис.132 и на рис.133.
INCLUDEPICTURE "http://sterr.narod.ru/sprav/intic/images/r132-133.gif" \* MERGEFORMATINET
Рассмотренные триггеры также определяются как асинхронные, так как момент переключения их ничем не синхронизируется.
Для расширения возможностей управления триггером на его входе ставится логическая схема (ЛС), имеющая управляющие входы, вход синхронизации, а также входы поступления сигналов Q и Q`.
Синхронные триггеры подразделяются на:
одноступенчатые со статическим синхровходом (рис.134) двухступенчатые с захватом 1 и 0 (рис.135) одноступенчатые с динамическим синхровходом типа «защелка»; (рис.136); одноступенчатые с динамическим синхровходом, использующие задержку (рис.137).
Одноступенчатые со статическим синхровходом триггеры переключаются под действием сигналов с управляющих входов все время, пока действует активный уровень синхроимпульса (нулевой активный уровень - вход статический инверсный или единичный активный уровень - вход статический прямой), а при воздействии противоположного уровня синхроимпульса триггер хранит предыдущее состояние.
INCLUDEPICTURE "http://sterr.narod.ru/sprav/intic/images/r134.gif" \* MERGEFORMATINET
а - функциональная схема синхронного RS - триггера; б - условное графическое обозначение синхронного RS - триггера; в - функциональная схема D - триггера; г - условное графическое обозначение D- триггера.
На основе RS-триггера можно построить D-триггер (рис.134 в), который пропускает на выход входной сигнал все время, пока действует 1-ый уровень синхроимпульса.
Двухступенчатые триггеры с захватом 1 и 0 (рис. 135) включают два триггера: с прямым и инверсным статическими синхровходами. Это должно было бы обеспечить передачу состояния 1-го триггера 2-му только по окончанию синхроимпульса и, следовательно, улучшитить помехоустойчивость триггера. Однако такая схема обладает свойством захвата 1 и 0, если во время действия импульса состояние триггера 1 (0) и на вход J (S) поступает помеха 0 (1)-го уровня. В этом случае происходит переключение 1-го триггера в помеховое состояние, и это состояние передается на выход 2-го триггера по окончанию синхроимпульса (возврат 1-ого триггера в требуемое состояние 1 (0) блокируется действием обратной связи Q` и Q).
INCLUDEPICTURE "http://sterr.narod.ru/sprav/intic/images/r135.gif" \* MERGEFORMATINET
а - функциональная схема JK (RS) - триггеров с инверсным динамическим синхровходом; б, в - условные графические обозначения JK и RS - триггеров.
Двухступенчатые JK - триггеры были реализованы в интегральном исполнении и получили обозначение ТВ1, ТР1.
Обнаружение эффекта захвата 1 и 0 в двухступенчатых триггерах привело к необходимости разработки схемного решения, исключающего данное явление. Были разработаны схемы одноступенчатых триггеров с динамическими синхровходами. Двухступенчатые триггеры в сериях, начиная с 530-ой, не реализовывались.
ИМС на основе одноступенчатых триггеров с динамическим синхровходом типа «защелка» приведены на рис. 136.
INCLUDEPICTURE "http://sterr.narod.ru/sprav/intic/images/r136.gif" \* MERGEFORMATINET
Принцип работы «защелки» заключается в следующем. При С=0 триггер Т1 обнуляется, а Т2 устанавливается в 1-ое состояние. Поэтому для Т3 устанавливается режим хранения информации (S`=R`=1). Триггеры подготавливаются к переключению (если D=1, то Q Т2 сохраняется равным 0 и переводит Т1 в неопределенный режим Q=Q`=1; если D=0, то Q` Т2 устанавливается равным 1 и переводит Т2 в режим обнуления Q=0,Q`=1). При С=1 в первом случае на Q` Т1 формируется 0 - ой уровень, который переводит Т3 в 1-ое состояние и блокирует Т2 до следующего синхроимпульса. При С=1 во втором случае на Q Т2 формируется 0-ой уровень, который переводит Т3 в 0-ое состояние, а 1-ый уровень Q` Т2 блокирует Т1 до следующего синхроимпульса. Таким образом, переключение происходит по фронту синхроимпульса, а следующее переключение возможно как минимум через некоторое время подготовки, в течение которого состояние входа В должно быть неизменно.
Наибольшее распространение в интегральном исполнении получили триггеры одноступенчатые с динамическим синхровходом, использующие задержку (рис. 137).
INCLUDEPICTURE "http://sterr.narod.ru/sprav/intic/images/r137.gif" \* MERGEFORMATINET
Рис.137. Функциональная схема ОЛ-триггера, использующего задержку.
В такой схеме задержка в ЛЭ «И-НЕ» обеспечивается больше суммарной задержки в ЛЭ «2И-2И-2ИЛИ-НЕ», что обусловлено принципом работы. При постоянных уровнях сигнала на синхровходе переключение ЛЭ «2И-2И-2ИЛИ-НЕ» блокируется. Выходной сигнал определяется как INCLUDEPICTURE "http://sterr.narod.ru/sprav/intic/images/f4.gif" \* MERGEFORMATINET При С=0 INCLUDEPICTURE "http://sterr.narod.ru/sprav/intic/images/f5.gif" \* MERGEFORMATINET при С=1 INCLUDEPICTURE "http://sterr.narod.ru/sprav/intic/images/f6.gif" \* MERGEFORMATINET и INCLUDEPICTURE "http://sterr.narod.ru/sprav/intic/images/f7.gif" \* MERGEFORMATINET . Таким образом, триггер находится в режиме хранения информации.
При изменении уровня синхроимпульса с 1 на 0 происходит переключение триггера. В этом случае С=0, но на выходах ЛЭ «И-НЕ» из-за выбранной величины задержки еще присутствуют сигналы INCLUDEPICTURE "http://sterr.narod.ru/sprav/intic/images/f8.gif" \* MERGEFORMATINET . Обозначим сигнал на прямом выходе через X, а на инверсном - Y, т.е. X=Qt, а Y=Q`t. Тогда INCLUDEPICTURE "http://sterr.narod.ru/sprav/intic/images/f9.gif" \* MERGEFORMATINET а INCLUDEPICTURE "http://sterr.narod.ru/sprav/intic/images/f10.gif" \* MERGEFORMATINET . Отсюда X=Qt+1=Q`t
и, следовательно, Y=Qt. Таким образом, произошло переключение триггера в противоположное состояние. После срабатывания ЛЭ «И-НЕ» состояния Q1 и Q2 устанавливаются равными 1, и триггер возвращается в режим хранения информации.
Достоинством рассматриваемых схем является нулевое время выдержки е, т.е. это дает возможность изменять состояние управляющих входов сразу после переключения триггера.
Получение нулевого значения tвыд в схеме типа «защелка» и схеме, использующей задержку достигается ценой увеличения времени подготовки tпод. Причем схема типа "защелка" характеризуется временем подготовки приблизительно в 2 раза меньше, чем схема, использующая задержку. Следует учитывать, что при реализации на ЛЭ схемы типа «защелка» она не будет обладать tвыд=0.
5.1. J K - триггеры
JK - триггер является универсальным триггером. Универсальность JK - триггера заключается в возможности реализации на его основе RS, T и D - триггеров. Условные графические обозначения JK - триггеров приведены на рис. 138...145. а их основные данные - в таблице 19.
INCLUDEPICTURE "http://sterr.narod.ru/sprav/intic/images/r138-141.gif" \* MERGEFORMATINET
INCLUDEPICTURE "http://sterr.narod.ru/sprav/intic/images/r142-145.gif" \* MERGEFORMATINET
Таблица 19
INCLUDEPICTURE "http://sterr.narod.ru/sprav/intic/images/t19.gif" \* MERGEFORMATINET
tзад- время задержки переключения триггера после подачи синхроимпульса (если параметр отображен как 16.18, то 16 - время задержки переключения триггера из 0-го в 1-е состояние, а 18 - из 1-го в 0 -е состояние); t1/0зад , t1/0зад - время задержки переключения триггера при действии сигналов на входы К и S. JK - триггер имеет пять основных входов, из них: - вход R` - установка триггера в нулевое состояние независимо от действия синхроимпульса; - вход S`- установка триггера в единичное состояние независимо от действия синхроимпульса.
Триггер имеет два выхода: прямой и инверсный. JK- триггеры типа ТВ1 имеют входы J и K с входной логикой "ЗИ".
INCLUDEPICTURE "http://sterr.narod.ru/sprav/intic/images/r146.gif" \* MERGEFORMATINET
рис 146. - принцип построения J - входа
Из рис.146 видно, что на вход J подается сигнал X4X3X2 Аналогично построен вход K.
INCLUDEPICTURE "http://sterr.narod.ru/sprav/intic/images/rn1.gif" \* MERGEFORMATINET Динамический инверсный "С" вход. В этом случае переключение триггера осуществляется в момент перехода синхроимпульса с уровня логической единицы на уровень логического нуля.
INCLUDEPICTURE "http://sterr.narod.ru/sprav/intic/images/rn2.gif" \* MERGEFORMATINET Инверсные входы установки триггера соответственно в 0-е и 1-е состояния. Установка тригера в требуемое состояние осуществляется подачей логического нуля на вход R или S . Подача одновременно уровня логического нуля на входы R и S запрещена.
Управление по входам J и K осуществляется следующим образом - при J=K=0 происходит хранение информации; - при J=K=1 триггер переключается в противоположное состояние каждым синхроимпульсом; - при J=1, K=0 триггер перейдет в единичное состояние из Q =0 или хранит 1; - при J=0, K=1 триггер перейдет в нулевое состояние из Q =1 или хранит 0.
Управление по входам J и K осуществляется только при подаче синхроимпульса. Преобразование RS - триггера в RS, T, D - триггеры показано нарисю 147 - 150. Подача уровня логической единицы "1" осуществляется либо подключением резистора (порядка 1кОм), соединенного с +5 В, либо к выходу свободного элемента И-НЕ, один вход которогоподключается к корпусу.
INCLUDEPICTURE "http://sterr.narod.ru/sprav/intic/images/r147-150.gif" \* MERGEFORMATINET
5.2. D - триггеры
D - триггер запоминает входную информацию при поступлении синхроимпульса. Условные графические обозначения D - триггеров приведены на рис. 151...157, а их основные данные - в таблице 20.
INCLUDEPICTURE "http://sterr.narod.ru/sprav/intic/images/r151-154.gif" \* MERGEFORMATINET
INCLUDEPICTURE "http://sterr.narod.ru/sprav/intic/images/r155-157.gif" \* MERGEFORMATINET
Таблица 20
INCLUDEPICTURE "http://sterr.narod.ru/sprav/intic/images/t20_1.gif" \* MERGEFORMATINET
INCLUDEPICTURE "http://sterr.narod.ru/sprav/intic/images/t20_2.gif" \* MERGEFORMATINET
D - триггеры имеют четыре основных входа: С - вход синхронизации; R- вход установки триггера в нулевое состояние; S- вход установки триггера в единичное состояние; D -информационный вход.
D-триггеры типа ТМ5, ТМ7 работают следующим образом при подаче на вход С логического 0 - хранение информации; при подаче на вход С логической 1 - повторение входного си-гнала; осуществляется запоминание информации, имеющейся на входе D перед спадом сигнала на входе C; запоминание осуществляется на период повторения импульсов синхронизации; изменение информации на выходе может происходить в течение всего положительного импульса на входе С, если при этом меняется информация на входе D.
D-триггер типа ТМ2 в отличие от двух предыдущих имеет динамический С вход. Это позволяет получить на его основе T-триггер (рис.158).
INCLUDEPICTURE "http://sterr.narod.ru/sprav/intic/images/r158.gif" \* MERGEFORMATINET При этом вход D соединяется с инверсным выходом, а на вход с подаются счетные импульсы. В результате триггер при каждом счетном импульсе запоминает значение Q, то есть будет переключаться в противоположное состояние.
Работа триггера осуществляется следующим образом (D-триггерТМ2): - хранение информации осуществляется при подаче на вход С каклогического 0, так и логической 1; - на выход передается и запоминается на период повторения синхроимпульсов информация, имеющаяся на входе D перед фронтом импу-льса на входе С; - изменение информации на выходе может происходить только вовремя действия фронта импульса на входе С. -D-триггеры типа ТМ8, ТМ9 работают аналогично триггерам типа ТМ2 только по срезу импульса на входе C.
5.3. R S - триггеры
Условные графические обозначения RS-триггеров приведены нарис.159, 160, а их основные данные - в таблице 21.
INCLUDEPICTURE "http://sterr.narod.ru/sprav/intic/images/r159-160.gif" \* MERGEFORMATINET
Таблица 21
INCLUDEPICTURE "http://sterr.narod.ru/sprav/intic/images/t21.gif" \* MERGEFORMATINET
RS - триггер имеет два основных входа: S`- вход установки триггера в единичное состояние; R- вход установки триггера в нулевое состояние.
Микросхема типа ТР2 включает четыре асинхронных RS-триггера. Особенностью первого и третьего триггеров является то, что вход S образуется как произведение S1 на S2 ; S= S1 * S2 Условное обозначение и таблица истинности представлены соответственно на рис.161 и в таблице 22.
INCLUDEPICTURE "http://sterr.narod.ru/sprav/intic/images/r161t22.gif" \* MERGEFORMATINET
R= S=0 - запрещенный режим работы; R= S=1 - режим хранения информации.
RS - триггер типа ТР1 - синхронный триггер. Триггер имеет сложные входы R и S , вызывающие изменение состояния триггера при действии фронта синхроимпульса (перепадом с 0 на 1
Информационные входы R и S имеют входную логику "ЗИ" (рис.162).
INCLUDEPICTURE "http://sterr.narod.ru/sprav/intic/images/r162.gif" \* MERGEFORMATINET
Вход R построен аналогично. Входы R и S (выводы 2 и 13) - установочные входы (установки1 и 0 соответственно) действуют независимо, подан синхроимпульс или нет.Условное обозначение и таблица истинности приведены соответственно на рис.163 и в таблице 23.
INCLUDEPICTURE "http://sterr.narod.ru/sprav/intic/images/r163t23.gif" \* MERGEFORMATINET
В таблице 23 приняты следующие обозначения: H - любое состояние; S, R - сигналов на выводах 2, 13 ИМС; R = R9*R10*R11 - произведение сигналов на выводах 9, 10, 11 ИМС; S = S3*S4*S5 - произведение сигналов на выводах 3, 4, 5 ИМС.
