RS-триггеры

RS-триггеры Триггером называют логическую схему с положительной обратной связью, имеющую два устойчивых состояния – единичное и нулевое, которые обозначаются соответственно 1 и 0 (рис.23.1, а). В основе любого триггера находится кольцо из двух инверторов (рис. 23.1, б, в). Триггер является элементом памяти последовательностных логических устройств, на схемах он обозначается буквой Т

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.

Входы триггера разделяют на информационные и управляющие (вспомогательные). Это разделение в значительной степени условно.

Информационные входы используются для управления состоянием триггера. Управляющие входы обычно используются для предварительной установки триггера в некоторое состояние и для синхронизации. Как правило, триггеры имеют 2 выхода: прямой и инверсный.

Рис. 23.1. Структурная схема триггера

Триггеры классифицируют по способу приема информации, принципу построения и функциональным возможностям. По способу приема информации различают асинхронные и синхронные триггеры. Асинхронный триггер изменяет свое состояние непосредственно в момент появления соответствующего информационного сигнала.

Синхронные триггеры реагируют на информационные сигналы только при наличии соответствующего сигнала на так называемом входе синхронизации С (от англ. clock). Этот вход также обозначают терминами «строб», «такт».

Синхронные триггеры в свою очередь подразделяют на триггеры со статическим (статические) и динамическим (динамические) управлением по входу синхронизации С.

Статические триггеры воспринимают информационные сигналы при подаче на вход С логической единицы (прямой вход) или логического нуля (инверсный вход).

Динамические триггеры воспринимают информационные сигналы при изменении (перепаде) сигнала на входе С от 0 к 1 (прямой динамический С-вход) или от 1 к 0 (инверсный динамический С-вход).

По способу построения различают одно- и двухступенчатые триггеры. В одноступенчатом триггере имеется одна ступень запоминания информации, а в двухступенчатом – две такие ступени. Вначале информация записывается в первую ступень, а затем переписывается во вторую и появляется на выходе. Двухступенчатый триггер обозначают ТТ.

По функциональным возможностям триггеры разделяют на следующие классы:

- с раздельной установкой состояния 0 и 1 (RS-триггеры);
- универсальные (JK-триггеры);
- с приемом информации по одному входу D (D-триггеры, или триггеры задержки);
- со счетным входом Т (Т-триггеры).

Входы триггеров обычно обозначают следующим образом:

- S – вход для установки в состояние «1»;
- R – вход для установки в состояние «0»;
- J – вход для установки в состояние «1» в универсальном триггере;
- К – вход для установки в состояние «0» в универсальном триггере;
- Т – счетный (общий) вход;
- D – вход для установки в состояние «1» или в состояние «0»;
- V – дополнительный управляющий вход для разрешения приема информации (иногда используют букву Е вместо V).

Рассмотрим некоторые типы триггеров и их реализацию на логических элементах.

Условное графическое обозначение асинхронного RS-триггера и таблица его переходов приведены на рис. 23.2.

Рис. 23.2. RS-триггер

Триггер имеет два информационных входа: S (от англ. set) и R (от англ. reset). Закон функционирования триггеров удобно описывать таблицей переходов, которую иногда также называют таблицей истинности (рис. 23.2). Через St, Rt, Qt обозначены соответствующие логические сигналы, имеющие место в некоторый момент времени t, а через Qt+1 выходной сигнал в следующий момент времени t+1.

Комбинацию входных сигналов St = 1, Rt = 1 часто называют запрещенной, так как после нее триггер оказывается в состоянии (1 или 0), предсказать которое заранее невозможно. Подобных ситуаций нужно избегать.

Рассматриваемый триггер может быть реализован на двух элементах ИЛИ-НЕ (рис. 23.3,а) или И-НЕ (рис.23.3,б).

Эти схемы функционируют в полном соответствии приведенной выше таблицей переходов, которая на рис. 23.2 приведена в сокращенном виде. Полная таблица истинности (таблица переходов) RS-триггера на элементах ИЛИ-НЕ имеет следующий вид (рис. 23.4).

Рис. 23.3. RS-триггер на элементах ИЛИ-НЕ (а) и И-НЕ (б)

Рис. 23.4. Таблица истинности RS-триггера на элементах ИЛИ-НЕ

В асинхронном RS-триггере на элементах И-НЕ переключение производится логическим «0», подаваемым на вход R или S, т. е. реализуется обратная рассмотренной ранее таблице переходов (рис. 23.4). Запрещенная комбинация соответствует логическим «0» на обоих входах.

Микросхема К564ТР2 содержит 4 асинхронных RS-триггера и один управляющий вход (рис. 23.5). При подаче на вход V низкого уровня выходы триггеров отключаются от выводов микросхем и переходят в третье (высокоимпедансное) состояние. При подаче на вход V логического сигнала «1» триггеры работают в соответствии с вышеприведенной таблицей переходов.

Рис. 23.5. RS-триггер К564ТР2

Рассмотрим синхронный RS-триггер (рис. 23.6). Если на входе С – логический «0», то и на выходе верхнего входного элемента «И-НЕ», и на выходе нижнего будет логическая «1». А это, как отмечалось выше, обеспечивает хранение информации. Таким образом, если на входе С – логический «0», то воздействие на входы R, S не приводит к изменению состояния триггера. Если же на вход синхронизации С подана логическая единица, то схема реагирует на входные сигналы так же, как и рассмотренная ранее.

В рассмотренных выше RS-триггерах с обратными связями возможны неопределенности, обусловленные одновременным изменением информации на прямом и инверсном выходах, связанных с R и S входами. Для устранения этого эффекта применяются двухступенчатые триггеры.

При использовании двухступенчатого RS-триггера (рис.23.7) допускается соединение его входов и выходов. Двухступенчатый триггер состоит из двух синхронных RS-триггеров и дополнительного элемента НЕ. При подаче входных управляющих сигналов и синхросигнала (рис.23.8) производится запись информации в первый триггер (момент t1). При этом второй триггер не изменяет своего состояния, так как на его синхровход с инвертора подается логический ноль. Только по окончании записи в первый триггер при изменении синхросигнала с единицы на ноль производится запись во второй триггер двухступенчатой системы (t2).

Рис. 23.6. Синхронный RS-триггер

Рис. 23.7. Структурная схема двухступенчатого триггера

Рис. 23.8. Временная диаграмма работы двухступенчатого триггера

Таким образом, двухступенчатый триггер переключается по заднему фронту синхронизирующего импульса. Такая синхронизация называется динамической. Наличие динамической синхронизации отмечено наклонной чертой. Использование в триггере двух ступеней обозначается двумя буквами ТТ.

Рассмотрим в качестве примера RS-триггер типа 136ТР1 – 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 "3И" (рис. 23.9).

Входы R и S (выводы 2 и 13) – установочные входы (установки 1 и 0 соответственно) действуют независимо, подан синхроимпульс или нет.