Триггеры
Простейшими из устройств последовательностного типа являются триггеры. Триггер – элемент последовательностного типа, обладающий двумя устойчивыми состояниями (состояниями устой-чивого равновесия) и способный под воздействием внешнего управляющего сигнала скачкообразно переходить (переключаться) из одного состояния в другое. Время переключения триггера – параметр, характеризующий быстродействие триггера; определяется как интервал времени от подачи необходимого управляющего сигнала до переключения триггера (из 0 в 1 или из 1 в 0).
Триггеры используются для построения более сложных узлов: регистров, счетчиков и др.
Функцией триггера является фиксация значений {0,1} логической переменной. Для этого триггер должен обладать двумя состояниями устойчивого равновесия. Одно из них отмечают символом 0, второе – символом 1. Если триггер находится в состоянии 0, то в нем зафиксирован (записан) логический нуль, а логическая единица записана в триггере, находящемся в состоянии 1.
Свойствами, необходимыми для фиксации значений логической переменной, обладает система из двух инверторов ЛЭ1 и ЛЭ2, соединенных в кольцо (рис. 1.18, а). На рис. 1.18, б в координатах u1 и u2 приведены передаточные характеристики u1(u2) для ЛЭ1 и u2 (u1) для ЛЭ2. Они имеют три общие точки М(u2M,u1M), М1(u2M1,u1M1) и М2(u2M2,u1M2), для которых справедливы соотношения
u1T (u2T) = u2T (u1T), T Î {М,М1,М2}. (1.19)
При этом М – точка неустойчивого равновесия. Любая флюктуация напряжения, скажем Du2 < 0, ведет к тому, что система обязательно перейдет в точку М1, а при Du2>0 – в точку М2. Пусть, например, Du2 >0 и рабочая точка из М по характеристике u1 (u2) переместилась в точку A(u2A,u1A). Значению u1A на характеристике u2 (u1) отвечает точка B(u1A,u2B). Значению u2B на характеристике u1 (u2) соответствует новая точка, которая еще ближе к точке М1, чем В. Процесс закончится в точке М1, когда выполнится условие (1.19).
Рис. 1.18. Система из двух инверторов ЛЭ1 и ЛЭ2, передаточные характеристики u1(u2) – для ЛЭ1 и u2(u1) – для ЛЭ2
В любой из точек М1, М2 система, изображенная на рис. 1.18,а, устойчива. При отклонении рабочей точки, например, из М2, не выводящем ее за М, система возвращается в М2. Так, при перемещении рабочей точки по характеристике u1 (u2) из М2 в С(u1C,u2C) на характеристике u2 (u1) получим точку D(u1C,u2D). А ей на u1 (u2) отвечает новая точка, ближе к М2, чем С. Итак, процесс завершится возвратом в точку М2 в момент выполнения условия (1.19).
Если же изменение входного сигнала ЛЭ1 (ЛЭ2) таково, что переводит рабочую точку из M1 (из М2) за М, система скачком изменяет свое состояние на М2 (на M1).
На рис. 1.18, а система построена на элементах Пирса. Точно так же поведет себя и система из двух элементов Шеффера.
Простейшие триггеры
Для того чтобы можно было целенаправленно управлять положением рабочей точки в системе с двумя устойчивыми состояниями, в кольцо соединяют не инверторы, а элементы Пирса, как минимум двухвходовые (рис. 1.19,а). Так получают простейший триггер, условно-графическое обозначение которого показано на рис. 1.19, б. Как видим, триггер имеет два выхода. Один из них Q называют прямым выходом, а второй 
– инверсным. Сигналы на этих выходах всегда должны быть взаимно инверсными, то есть Q = 0 при = 1 и наоборот.
Рис. 1.19. Элемент Пирса, УГО простейшего триггера, простейший триггер на ЛЭ 2И-НЕ, УГО триггера
Когда сигналы на выходах триггера таковы, что Q = 0 и 
= 1, триггер находится в состоянии 0. Если же Q = 1, a = 0, то триггер находится в состоянии 1. Таким образом, значение сигнала Q на прямом выходе триггера совпадает с его состоянием.
Свободные входы S и R ЛЭ 2ИЛИ-НЕ служат для управления состояниями триггера. Каждой комбинации сигналов {R = х0, S = x1} соответствует свое поведение триггера. Так, под воздействием комбинации S = R = 0 триггер не изменяет своего состояния, то есть находится в режиме хранения информации. Действительно, пусть Q = 1 и = 0. Сигнал Q = 1 на входе нижнего ЛЭ (см. рис. 1.19, а) обязательно (независимо от значения сигнала на втором входе этого ЛЭ) обеспечит на его выходе значение = 0. Точно так при S = R = 0 сохраняется и нулевое состояние триггера Q = 0, = 1. Если на входах триггера имеем комбинацию S = 1, R = 0, то триггер перейдет в состояние 1 независимо от того, в каком состоянии он находился до этого. В самом деле, при S = 1 на выходе нижнего ЛЭ (см. рис. 1.19, а) обязательно получим = 0. А комбинация R = 0 и = 0 на входах верхнего ЛЭ обусловливает значение Q = 1 на его выходе. При S = 0, R = 1 триггер безусловно переходит в состояние 0. Поэтому вход S (от set) называют входом установки триггера в состояние 1, а вход R (от reset) – входом сброса триггера в состояние 0. Сам же триггер на рис. 1.19 называют RS-триггером (или триггером типа RS).
Если окажется, что на входы RS-триггера воздействует комбинация S = R = 1, то и на его выходе Q, и на выходе одновременно появляются нулевые сигналы, то есть требование взаимной инверсии для Q и окажется нарушенным. Такое состояние триггера является неопределенным. Поэтому комбинацию входных сигналов S = 1, R = 1 для RS-триггера называют запрещенной. Разработчик ЦУ на RS-триггерах должен исключить появление на их входах комбинации S = R = 1.
Таблица функционирования триггера – представленный в табличном виде закон переключения триггера, определяющий реакцию триггера на входные воздействия (в качестве набора переменных аргументов заданы текущее состояние триггера и сигналы на всех входах). Функционирование RS-триггера описывается табл. 1.13.
Таблица 1.13
Функционирование RS-триггера
| Q(t) | S(t) | R(t) | Q(t + 1) |
| 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 1 | * |
| 1 | 0 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | * |
В приведенной таблице поля S(t) и R(t) задают сигналы S(t) и R(t) на информационных входах триггера, а поле Q(t) отображает текущее состояние триггера. Совокупность значений S(t), R(t) и Q(t) определяет состояние Q(t + 1) триггера, в которое он переходит из Q(t) под их воздействием. Запрещенной комбинации входных сигналов S(t) = R(t) = 1 отвечает неопределенное состояние Q(t + 1), которое в табл. 1.13 обозначено символом *.
Если по табл. 1.13 составить диаграмму Вейча и использовать факультативное условие (тот факт, что комбинация S = R = 1 никогда не появится на входах триггера), то можно получить следующую аналитическую зависимость между Q(t+1) и аргументами S(t), R(t) и Q(t):
. ( 1.20)
Табл. 1.13 можно преобразовать к более компактному виду, если все ее строки, в которых Q(t + 1) повторяет значение Q(t), заменить одной строкой, а вход Q(t) исключить. В результате получим табл. 1.14, которая более наглядно отображает функцию RS-триггера.
Таблица 1.14
Функционирование RS-триггера
| S(t) | R(t) | Q(t + 1) |
| 0 | 0 | Q(t) |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | * |
На рис. 1.19, в показан простейший триггер, построенный на ЛЭ 2И-НЕ. Работа его описывается табл. 1.15.
Таблица 1.15
Функционирование триггера, построенного на ЛЭ 2И-НЕ
| S(t) | R(t) | Q(t + 1) |
| 0 | 0 | * |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | Q(t) |
Как видим, этот триггер дуален по отношению к триггеру на рис. 1.18, а. Набор S = 1, R = 0 устанавливает его в состояние 0, а S = 0, R=1 – в состояние 1. При S = R = 1 такой триггер хранит информацию. Комбинация S = R = 0 для него запрещена, ибо в этом случае Q = = 1. УГО для триггера, работа которого описывается табл. 1.15, показано на рис. 1.19, г. Как видим, этот триггер имеет инверсные информационные входы S и R.
Система из двух ЛЭ, замкнутых в кольцо (рис. 1.19, а, в), называется элементом памяти (ЭП) или бистабильной ячейкой (БЯ). Она используется при построении триггеров любой сложности.
Хронируемый RS-триггер. Каждый из рассмотренных выше триггеров является асинхронным RS-триггером. Такой триггер управляется непосредственно сигналами х1 и х0 на его информационных входах. Поэтому асинхронный триггер подвержен воздействию и тех значений х1 и х0, которые еще не установились после переходных процессов в источниках этих сигналов. Для того чтобы отсечь неустановившиеся значения входных сигналов, применяется стробирование триггеров хронирующими сигналами. Хронирующий сигнал t задает отсчеты дискретного времени, разделенные интервалом Т. Величину Т выбирают так, чтобы она превышала длительность переходных процессов в источниках информационных сигналов х1, х0 и в самом ЭП. Стробированием достигается то, что триггер реагирует на информационные сигналы только при t = 1. При нулевом значении сигнала t триггер хранит информацию. Триггеры со стробированием сигналов t называют синхронными. На рис. 1.20 показана общая структура такого триггера. Здесь CO – схема управления триггером, она имеет входы для информационных сигналов х0,x1,...,хn и вход для стробирующего сигнала t. В общем случае (для произвольного триггера) схема управления триггером – комбинационная схема, обеспечивающая подачу на входы бистабильной ячейки необходимых управляющих сигналов (определяются в соответствии с таблицей функционирования триггера). Результатом работы схемы управления будут сигналы S* и R* для ЭП.
Рис. 1.20. Общая структура триггера со стробированием сигналов t
Построим схему управления для хронируемого RS-триггера, работа которого описывается табл. 1.16.
Таблица 1.16
Функционирование хронируемого RS-триггера
| С(t) | S(t) | R(t) | Q(t + 1) |
| 0 | 0 | 0 | Q(t) |
| 0 | 0 | 1 | Q(t) |
| 0 | 1 | 0 | Q(t) |
| 0 | 1 | 1 | Q(t) |
| 1 | 0 | 0 | Q(t) |
| 1 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | * |
Здесь C(t) – вход схемы СО для сигнала t.
На этом примере рассмотрим методику синтеза триггера по его функции, заданной таблицей. Она сводится к последовательности следующих действий.
1. Выбирают элемент памяти для синтезируемого триггера. Это может быть либо БЯ на рис. 1.19, а, либо БЯ на рис. 1.19, в (для синтезируемого нами триггера в качестве ЭП выберем БЯ на рис. 1.19, в).
2. Разрабатывают полную таблицу функционирования требуемого триггера. В нашем случае такой таблицей будет табл. 1.17.
Таблица 1.17
Полная таблица функционирования хронируемого RS-триггера
| C(t) | S(t) | R(t) | Q(t) | Q(t+1) | S*(t) | R*(t) |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | * |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | * | 1 |
| 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | * |
| 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | * | 1 |
| 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | * |
| 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | * | 1 |
| 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | * |
| 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | * | 1 |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | * |
| 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | * | 1 |
| 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | * |
| 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | * | 1 |
| 1 | 1 | 1 | 0 | * | * | * |
| 1 | 1 | 1 | 1 | * | * | * |
Исходные данные в ней представлены сигналами С(t), S(t), R(t) и текущим состоянием Q(t) синтезируемого триггера. Значения, приведенные в данных полях, определяют состояние синтезируемого триггера Q(t + 1), в которое он переходит из Q(t) под воздействием конкретного набора C(t), S(t), R(t). Заполняется колонка Q(t+1) обычным образом в соответствии с табл. 1.16. Два последних поля табл. 1.17 – это сигналы S*(t) и R*(t) на информационных входах выбранного ЭП. Заполняются эти поля следующим образом.
Сравнивая значения Q(t) и Q(t + 1) в той или иной строке табл. 1.17, по табл. 1.15 определяем те значения для S*(t) и R*(t), которые и обеспечивают данный переход Q(t)®Q(t + 1). Так, переход из Q(t) = 0 в Q(t + 1) = 0 обеспечивается комбинацией S*(t) = 1 и R*(t) = 1 или же комбинацией S*(t) = 1 и R*(t) = 0. Значит, на этом переходе безразлично, каким будет значение сигнала R*(t). Поэтому в каждой сроке, где Q(t) = 0 и Q(t + 1) = 0, ставим в колонке для S*(t) единицу, а в колонке для R* (t) – символ *.
Аналогичные рассуждения при Q(t) = 1 и Q(t + 1) = 1 приводят к тому, что в каждой такой строке табл. 1.17 ставим символ * для S(t) и единицу для R*(t).
Переход выбранной БЯ из Q(t) = 0 в Q(t + 1) = 1 обеспечивается комбинацией S*(t) = 0, R*(t) = 1, а обратный переход – комбинацией S*(t) = 1, R* (t) = 0.
3. Пользуясь полной таблицей функционирования синтезируемого триггера, составляют диаграммы Вейча, по которым получают аналитические выражения для ПФ S*(t) и R*(t). Выполнив минимизацию ПФ, можно получить следующие результаты:
по которым и строим функциональную схему хронируемого RS-триггера (рис. 1.21, а). На рис. 1.21, б приведено УГО для такого триггера. Здесь вход для хронирующего сигнала t отмечается символом с (от clock).
4. По таблице функционирования синтезируемого триггера составляют ДВ для Q(t + 1), а из нее получают аналитическое выражение его функции. Выполнив минимизацию для ПФ, можно получить следующую ДНФ:
которая преобразуется к такому виду:
При C(t) = 1 из этой формулы получаем аналитическое выражение функции асинхронного RS-триггера (1.20), а при C(t) = 0 имеем Q(t + 1) = Q(t), т.е. триггер хранит информацию.
Хронируемый RS-триггер является элементом структуры более сложных триггеров.
Триггеры могут быть классифицированы по признаку наличия синхровхода:
– асинхронный триггер – триггер, не имеющий входа синхронизации;
– синхронный триггер – триггер, имеющий помимо информационных входов еще и вход синхронизации и реагирующий на информационные сигналы только при наличии разрешающего тактирующего (синхронизирующего) импульса.
Рис. 1.21. Функциональная схема и УГО хронируемого RS-триггера
D-триггер. Для записи в RS-триггер некоторой булевой переменной нужно одновременно подавать на вход S ее прямое значение, а на вход R – инверсное, что не всегда удобно. Существует хронируемый триггер с одним информационным входом D, функция которого задается табл. 1.18, а УГО для такого триггера показано на рис. 1.22, а.
Рис. 1.22. УГО хронируемого триггера с одним информационным входом D, функциональная схема и временная диограмма D-триггера
Таблица 1.18
Функция хронируемого триггера с одним информационным входом D
| C(t) | D(t) | Q(t + 1) |
| 0 | 0 | Q(t) |
| 0 | 1 | Q(t) |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
Как видим, при C(t) = 1
Q(t + 1) = D(t),
то есть значение сигнала на входе D триггера транслируется на его выход Q. Такой триггер называется D-триггером(от drive).
| |
1. Выберем для него ЭП на рис. 1.19, в.
2. Составим полную таблицу функционирования для синтезируемого D-триггера (табл. 1.19).
Таблица 1.19
Полная таблица функционирования D-триггера
| C(t) | D(t) | Q(t) | Q(t + 1) | S*(t) | R*(t) |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | * |
| 0 | 0 | 1 | 1 | * | 1 |
| 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | * |
| 0 | 1 | 1 | 1 | * | 1 |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | * |
| 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | * | 1 |
3. По этой таблице можно составить необходимые ДВ, а с их помощью получить аналитические выражения
, (1.21)
. (1.22)
Сигнал R*(t) по формуле (1.22) получают с помощью двух ЛЭ И-НЕ. Однако можно поступить иначе и сократить объем оборудования в синтезируемом триггере, если для R*(t) из ДВ записать не МДНФ, а ДНФ
Но в соответствии с (1.21) C(t) × D(t) = ùS*(t). Поэтому
R*(t) = C(t) Ú ùS*(t) = C(t)÷S*(t). (1.23)
На рис. 1.22, б приведена функциональная схема D-триггера, построенная по формулам (1.21) и (1.23).
4. Из ДВ для Q(t+1) можно получить
Q(t+ 1) = C(t) × D(t) Ú Q(t) × 
. ( 1.24)
Как видим, при C(t) = 0 триггер хранит информацию, а при C(t) = 1
Q(t + 1) = D(t), ( 1.25)
то есть каждым хронирующим сигналом D-триггер устанавливается в то состояние, которое задается значением сигнала на его информационном входе.
D-триггер выполняет и еще одну роль, смысл которой поясняют временные диаграммы на рис. 1.23, а слева от волнистой линии.
Рис. 1.23. Временные диаграммы D-триггера
Сигнал х после задержек в тех или иных элементах приобретает произвольное относительно отсчетов дискретного времени распределение на оси времени. Для того чтобы жестко привязать этот сигнал к отсчетам дискретного времени, его подают на информационный вход триггера типа D. Выходные сигналы D‑триггера Q по длительности единичных значений и промежутков между ними оказываются кратными интервалу Т (периоду следования импульсов синхронизации – отсчетов t), а переходы от нуля к единице и обратно происходят по отсчетам t. Тем самым восстанавливается временное согласование сигналов в системе. D-триггер выполняет свою функцию тем лучше, чем точнее задаются отсчеты дискретного времени. А точность задания этих отсчетов тем выше, чем короче тактовые импульсы (импульсы периодической последовательности синхронизации). Однако длительность tи тактовых импульсов для D‑триггера ограничена снизу его быстродействием – временем переключения tT триггера из одного состояния в другое. Найдем время переключения триггера на рис. 1.22, б из состояния 0 в состояние 1. К тому моменту времени tн = 0, когда на вход с триггера поступает единичное значение хронирующего сигнала, на информационном входе уже установлено значение D = 1 (рис. 1.22, в). Конъюнкция D × C = 1 обусловит формирование значения 0 для S* через время t задержки в ЛЭ И-НЕ. Значение S* = 0 еще через t вызывает появление значения Q = 1 на прямом выходе триггера. Однако на инверсном выходе триггера пока сохраняется значение ùQ = 1, ибо значение R* = 1 будет получено через t от того момента, когда S* приняло единичное значение. И еще через интервал t после формирования R* = 1 конъюнкция R* × Q = 1 приведет к появлению значения 0 на инверсном выходе триггера. На этом переключение триггера из 0 в 1 завершается. Точно так же происходит переключение триггера на рис. 1.22, в из 1 в 0. Таким образом, tT = 3t. Поэтому длительность хронирующего импульса не может быть короче, чем tT
tИ > 3t.
Точно так же ограничена снизу длительность хронирующих импульсов и для триггеров других типов.
Конечная длительность хронирующих сигналов выявляет существенный недостаток триггеров с потенциальным С-входом: эти триггеры обладают свойством прозрачности для сигналов на информационных входах. Эффект прозрачности в триггерах – негативный эффект в триггерах с потенциальными входами, проявляющийся при наличии импульсной помехи на информационных входах (что может приводить к изменению состояния триггера в течение периода времени действия хронирующего импульса). Применительно к D-триггеру это явление иллюстрируют временные диаграммы на рис. 1.23, а правее волнистой линии. Как видим, при С = 1 выходной сигнал D-триггера Q повторяет (с задержкой в tT) все изменения входного сигнала. Изменения сигнала x(t) на входе D-триггера могут быть обусловлены воздействием помех. И эти помехи сигналом С = 1 транслируются на выход прозрачного D-триггера. Аналогично ведет себя при С = 1 любой триггер с потенциальным синхровходом.
Свободны от этого недостатка непрозрачные триггеры – двухступенчатые триггеры и триггеры с динамическими С- входами.
Двухступенчатые триггеры
На рис. 1.24, а изображена структура двухступенчатого D-триггера, а на рис. 1.24, б – его УГО. Двухступенчатый триггер – синхронный триггер с потенциальным входом, образованный последовательным включением двух триггеров (ведомого и ведущего), причем сигнал синхронизации на вход ведущего триггера поступает прямо, а на вход ведомого – через инвертор.
Первый из триггеров на рис. 1.24, а называется ведущим (М-триггером, от master), а второй – ведомым (S-триггером, от slave). Таким образом, ведущий (Master) триггер – триггер (первый в цепочке), на вход которого поступают извне управляющие сигналы. Соответственно, ведомый (Slave) триггер – триггер (второй в цепочке), с выходов которого снимаются сигналы о состоянии двухступенчатого триггера.
Рис. 1.24. Структура УГО двухступенчатого D-триггера, УГО двухступенчатого RS-триггера
Как видим, в качестве ведущего выступает одноступенчатый D-триггер (см. рис. 1.22, а), а в качестве ведомого – хронируемый RS-триггер (см. рис. 1.21, б). На C-вход ведущего триггера подается прямой хронирующий сигнал t, а на C-вход ведомого триггера – его инверсия ùt. При t = 1 ведущий триггер устанавливается в то состояние, которое определено сигналом х на его информационном входе. Ведомый триггер в это время заблокирован сигналом ùt = 0 и пока сохраняет свое состояние. По окончании синхроимпульса t = 0 ведущий триггер переходит в режим хранения. При этом ùt = 1 так, что состояние ведущего триггера переписывается в ведомый. Сказанное иллюстрируют временные диаграммы на рис. 1.23, б слева от волнистой линии. Как видим, поведение ведомого триггера QS повторяет с задержкой на tИ поведение ведущего QM. Другими словами, выходной сигнал ведущего QM триггера формируется по фронту, а выходной сигнал QS ведомого триггера – по срезу синхроимпульса.
Диаграммы справа от волнистой линии на рис. 1.23, б иллюстрируют свойство непрозрачности двухступенчатого D-триггера. На интервале t = 1 все изменения входного сигнала х повторяет выходной сигнал Qм ведущего триггера. Ведомый триггер не изменяет своего состояния на всем интервале t = 1. При t = 0 на изменения входного сигнала не реагирует уже ведущий триггер.
Тип ведущего триггера определяет и тип всего двухступенчатого триггера. Если в качестве ведущего применить одноступенчатый хронируемый триггер типа RS, то получим двухступенчатый RS-триггер, УГО которого приведено на рис. 1.24, в. Такой триггер непрозрачен для сигналов на его информационных входах S и R.
Триггер типа T
T-триггер (счетный триггер) – триггер, функция которого (при отсутствии входа синхронизации) определяется уравнением вида
Q(t + 1) = Q(t) Å T(t).
Функция такого триггера задается табл. 1.20.
Таблица 1.20
Таблица функционирования Т-триггера
| T(t) | Q(t) | Q(t + 1) |
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
Легко заметить, что для T-триггера можно записать такое аналитическое выражение его функции:
Q(t + 1) = T(t) Å Q(t). ( 1.26)
Этой формулой описывается поведение асинхронного триггера типа T (рис. 1.25, а).
Поведение хронируемого T-триггера (см. рис. 1.25, б) описывается так:
Q (t + 1) = C(t) × (T(t) Å Q(t)) Ú 
Рис. 1.25. Асинхронный и хронируемый Т-триггер
При С(t) = 1 из этой формулы следует, как и должно быть, соотношение (1.26). Таким образом, T-триггер выполняет суммирование по модулю двух импульсов на его информационном T-входе с отображением этой суммы на состояние Q-триггера. Поэтому такой триггер называют счетным. T-триггер как самостоятельное изделие не выпускается. Его функцию реализуют с помощью триггеров других типов.
JK-триггер
Среди двухступенчатых триггеров имеется универсальный – триггер типа JK. JK-триггер – синхронный двухступенчатый триггер, имеющий два информационных входа J и K.
Соответствующей коммутацией информационных входов J и K этого триггера его можно включить в режим RS-триггера, в режим T-триггера или в режим D-триггера. На рис. 1.26, а показан вариант построения JK-триггера на ЛЭ И-НЕ, а на рис. 1.26, б – его условное графическое изображение (пока без учета пунктирных линий на рис. 1.26, а). Функция JK-триггера задается табл. 1.21.
Рис. 1.26. JK-триггер, построенный на ЛЭ И-НЕ, УГО JK-триггер, асинхронный T-триггер и хронируемый T-триггер
Таблица 1.21
Таблица функционирования JK-триггера
| C(t) | J(t) | K(t) | Q(t+1) |
| 0 | 0 | 0 | Q(t) |
| 0 | 0 | 1 | Q(t) |
| 0 | 1 | 0 | Q(t) |
| 0 | 1 | 1 | Q(t) |
| 1 | 0 | 0 | Q(t) |
| 1 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | ùQ(t) |
Эта таблица дублирует (исключая последнюю строку) табл. 1.16 функционирования хронируемого RS-триггера. Отличие состоит в том, что комбинации J = 1 и K = 1 на его информационных входах при t =1 соответствует соотношение
Q(t + 1) = ùQ(t), ( 1.27)
которое получим и из (1.26), если в нем положить T(t) = 1.
Если комбинацию J = K =1 исключить из допустимых комбинаций входных сигналов, то JK-триггер реализует функцию триггера типа RS. При включении JK-триггера по схеме на рис. 1.26, в он работает как асинхронный T-триггер. Включение JK-триггера в режим хронируемого триггера типа Т показано на рис. 1.26, г.
Триггеры с динамическим управлением
Триггеры с динамическим управлением – одноступенчатые триггеры с динамическим синхровходом (C-входом). Каждый отсчет дискретного времени для таких триггеров задается скачком сигнала t от 0 к 1 (или от 1 к 0). Непрозрачность триггеров с динамическим управлением для сигналов на информационных входах достигается следующим образом. Как только на переходе от t = 0 к t = 1 значение t достигает единицы, происходит:
а) срабатывание триггера в соответствии с законом его функционирования;
б) блокировка информационных входов триггера на все время, пока t сохраняет единичное значение так, что всякие изменения входных сигналов в это время триггером не воспринимаются.
Для того чтобы триггер вновь стал управляемым, необходимо вернуть t к нулю и тем самым разблокировать информационные входы. Тогда новым переходом сигнала t от нуля к единице в триггере выполняются описанные действия а) и б).
Для примера рассмотрим шестиэлементный триггер (триггер Вебба), функциональная схема которого приведена на рис. 1.27, а и который работает как триггер типа D с прямым динамическим С-входом. Его условное графическое обозначение дано на рис. 1.27, б. На рис. 1.27, в показаны временные диаграммы, отражающие процессы в схеме на рис. 1.27, а. Здесь на диаграмме для хронирующего сигнала 0 отмечены некоторые характерные моменты времени 0,1,...,9.
Рис. 1.27. Функциональная схема, УГО и временные диаграммы шестиэлементного триггера
| |
Рассмотрим, как работает эта схема (не обращая пока внимания на пунктирные линии). Логические элементы Шеффера 1, 2, 5 и 6 образуют одноступенчатый D-триггер, входная логика (элементы 1 и 2) которого дополнена элементами 3 и 4. Положим, что в начальный момент времени 0 триггер находится в состоянии Q = 0, а на D-вход подана единица (см. рис. 1.27, в). При С = 0 на выходах ЛЭ1 и ЛЭ2 имеют место сигналы S* = R* = 1. Тем самым для триггера задается режим хранения, а элементы 1 и 2 не реагируют на возможные изменения сигнала D. При этом на выходе ЛЭ4 имеет место сигнал y4 = 0, которым на выходе ЛЭ3 устанавливается y3 = 1.
В момент времени 1 сигнал С = 1 вместе с y3 = 1 вызывает значение S*= 0. Этим сигналом: а) триггер переключается в состояние Q = 1 и б) блокируется ЛЭ3. Поэтому триггер не реагирует на возможные изменения сигнала в моменты 2 и 3. В момент времени 4 синхроимпульс заканчивается, C = 0. На выходе ЛЭ1 получаем S* = 1, и управляемость триггера восстанавливается. Значение D = 0 в момент 5 задает для сигнала на выходе ЛЭ4 значение y4 = 1, а для выходного сигнала ЛЭ3 – y3 = 0. Сигналом С = 1 в момент 6 на выходе ЛЭ2 получаем R* = 0, и: а) триггер устанавливается в состояние Q = 0, заданное значением D; б) ЛЭ4 блокируется сигналом R* = 0. Поэтому при С = 1 триггер не реагирует на возможные изменения сигнала D (моменты времени 7 и 8). Значением С = 0 в момент 9 на выходе ЛЭ2 формируется R* = 1, тем самым управляемость триггера восстанавливается.
Асинхронные установочные входы триггеров. Непрозрачные триггеры обычно кроме хронируемых информационных входов имеют еще и асинхронные установочные входы S и R. К примеру, на рис. 1.26, а и 1.27, a асинхронные входы показаны пунктирными линиями. На рис. 1.28 показаны УГО для триггеров типа JK и D с асинхронными S- и R-входами. Сигналы на этих входах воздействуют на БЯ из элементов Шеффера. Поэтому эти входы для триггеров на рис. 1.28 инверсные.
Рис. 1.28. УГО триггеров типа JK и D с асинхронными S- и R-входами
Асинхронные установочные входы триггеров – входы, используемые для задания исходного состояния триггера. Поэтому они и называются установочными. Когда состояние триггера задается сигналами на установочных входах, информационные входы должны быть заблокированы соответствующим сигналом на С-входе. А в то время, когда триггер работает от сигналов на информационных входах, на его асинхронных входах должны быть заданы нейтральные сигналы, в нашем случае S = R = 1.
Часто ИС триггеров имеют только один вывод для установочного сигнала. Обычно это инверсный R-вход, а внутри ИС на другом установочном S-входе задается единичное значение. Тогда, подав на R-вхoд сигнал логического нуля, установим триггер ИС в исходное нулевое состояние. Бывают ИС, в которых исходным является единичное состояние триггеров.
В заключение приведем некоторые сведения о серийно выпускаемых триггерах. ИС 1554ТМ9 состоит из двух независимых JK-триггеров с асинхронными установочными входами (см. рис. 1.28, а). Они имеют максимальную тактовую частоту 100 МГц. ИС 1533ТМ2 содержит два автономных шестиэлементных D-триггера с асинхронными установочными входами (см. рис. 1.28, б). Их быстро-действие характеризуется временем переключения tт = 18 нс.