Триггеры

Триггеры принадлежат к категория цифровых цепей, называемых мультивибраторами. Мультивиб­ратор — это цепь с положительной обратной связью, имеющая два активных устройства, рассчитанных таким образом, что одно устройство проводит ток, в то время как другое устройство закрыто (таб. 12.6). Мультивибраторы могут хранить двоичные числа, импульсы счета, синхронизировать арифме­тические операции и выполнять другие полезные функции в цифровых системах. Существуют три типа мультивибраторов: бистабильные, моностабильные и астабильные.

Триггер - это бистабильный мультивибратор, на выходе которого может быть либо высокое, либо низ­кое напряжение, т. е. либо 1, либо 0. На выходе триг­гера остается высокое или низкое напряжение до тех пор, пока на вход не будет подан пусковой сигнал.

Существует несколько типов триггеров.

RS-триггер образован двумя перекрестно связан­ными элементами ИЛИ-НЕ или И-НЕ (рис. 12.51).

Рис. 12.51

RS-триггер имеет два выхода Q и Q и два управ­ляющих входа: R (Reset - сброс) и S (Set - установ­ка). На выходах триггера уровни всегда противопо­ложны (дополняющие уровни): если Q = 1, то Q = О, и наоборот.

Для того чтобы понять работу цепи, предположим, что выход Q, вход R и вход S имеют низкий уровень. Низкий уровень выхода Q подается на один из входов элемента 2. На входе S также низкий уро­вень. На выходе элемента 2 высокий уровень. Этот высокий уровень подается на вход элемента 1, удер­живая его выход на низком уровне. Когда на выхо­де Q появляется низкий уровень, говорят, что триг­гер в исходном состоянии (RESET). Он остается в этом состоянии неопределенно долго, до тех пор, пока на вход S элемента 2 не будет подан высокий уро­вень. Когда на вход S элемента 2 будет подан высо­кий уровень, на выходе элемента 2 появится низ­кий уровень, а этот выход связан со входом элемен­та 1. Поскольку на входе R элемента 1 низкий уро­вень, на его выходе Q низкий уровень изменится на высокий. Этот высокий уровень подается на вход элемента 2, обеспечивая на выходе Q низкий уро­вень. Когда на выходе Q высокий уровень, говорят, что триггер в единичном (SET) состоянии. Он оста­ется в этом состоянии до тех пор, пока на вход R не будет подан высокий уровень, переводящий триг­гер в исходное состояние.

«Недопустимое», или «неразрешенное», условие имеет место, когда одновременно на оба входа, R и S, подается высокий уровень. В этом случае выходы Q и Q пытаются перейти в низкое состояние, но Q и Q не могут быть одновременно в одинаковом состоя­нии без нарушения работы триггера. При одновре­менном отключении высокого уровня с входов R и S оба выхода пытаются перейти в состояние с высо­ким уровнем. Поскольку всегда логические элемен­ты немного отличаются друг от друга, то один из них перейдет в состояние с высоким уровнем. Это заставит другой элемент перейти в состояние с низ­ким уровнем. В этом случае имеет место, непред­сказуемый режим работы и, следовательно, состоя­ние выходов триггера не может быть определено.

Таблица 12.7 - таблица истинности для работы RS-триггера. На (рис. 12.52) изображено упрощен­ное схематическое обозначение RS-триггера.

Таблица 12.7

S	R	Q
0	0	Без изменений	Без изменений
0	1	0	1
1	0	1	0
1	1	?	?

Рис. 12.52

Другим типом триггера является триггер с син­хронизирующим входом. Он отличается от RS-триг­гера тем, что для его работы необходим дополни­тельный вход. Третий вход называется тактовым (или синхронизирующим). На (рис. 12.53) изображе­на логическая схема триггера с синхронизирующим входом и его схематическое обозначение. Сигнал высокого уровня на любом из входов входного бло­ка триггера активизирует триггер, заставляя его изменить состояние. Входной блок, называемый «управляющим элементом», направляет тактовые импульсы на входы элементов триггера.

Рис. 12.53

Триггер с синхронизирующим входом управля­ется логическими состояниями входов R и S при наличии тактового импульса. Изменение состояния триггера происходит только по переднему фронту тактового импульса. Передний фронт тактового им­пульса - это переход в положительном направле­нии (от низкого к высокому), что означает возраста­ние амплитуды импульса от нулевого до положи­тельного напряжения. Этот процесс называется за­пуск по положительному фронту (фронту импуль­са, запускающему цепь).

Пока уровень на тактовом входе низкий, уровни входов R и S могут изменяться, не влияя на состоя­ние триггера. Входы R и S становятся чувствитель­ными только в течение тактового импульса. Триг­гер работает синхронно с тактовым сигналом. Син­хронная работа важна в компьютерах и калькуля­торах, когда каждый шаг должен быть выполнен в определенном порядке.

В цифровых микросхемах очень часто применя­ют триггеры с единственным входом данных D (data), так называемые D-триггеры. Они полезны тогда, когда должен быть сохранен только один бит данных (1 или О). На (рис. 12.54) изображены логи­ческая схема и условное обозначение D-триггера.

Рис. 12.54

Он имеет один вход для данных и вход для так­товых импульсов. D-триггер также называют триг­гером с задержкой. Вход D задерживает один так­товый импульс перед изменением уровня выхода (Q). Иногда D-триггер имеет вход PS (предустановка) и вход CLR (очистка). Когда на вход предустановки подан низкий уровень (0), он устанавливает выход Q в состояние 1. Когда на вход очистки подан 0, он устанавливает на выходе Q также 0. D-триггеры, соединенные вместе, образуют сдвиговые регистры и регистры памяти, которые широко используются в цифровых системах.

Наиболее широко используемый триггер - это JK-триггер. Он обладает всеми особенностями тригге­ров других типов. Логическая схема и обозначение JK-триггера показаны на (рис. 12.55).

Рис. 12.55

J и К - это входы. Важной особенностью JK-триггера является то, что когда на оба входа J и К подан высокий уровень, повторяющиеся тактовые импуль­сы заставляют выход переключаться или изменять состояние. JK-триггер может иметь два асинхрон­ных входа, PS (предустановка) и CLR (очистка), ко­торые блокируют синхронные входы (входы данных J и К и вход тактовых импульсов). JK-триггеры широко используются во многих цифровых цепях, особенно в схемах счетчиков. Счетчики можно най­ти почти в каждой цифровой системе.

Триггеры являются основными строительными блоками для построения последовательных логичес­ких цепей. Они могут быть соединены вместе и, об­разовывать счетчики, сдвиговые регистры и устрой­ства памяти.