какое количество устойчивых состояний имеет триггер

Триггер

Триггер (триггерная система) — класс электронных устройств, обладающих способностью длительно находиться в одном из двух устойчивых состояний и чередовать их под воздействием внешних сигналов. Каждое состояние триггера легко распознаётся по значению выходного напряжения. По характеру действия триггеры относятся к импульсным устройствам — их активные элементы (транзисторы, лампы) работают в ключевом режиме, а смена состояний длится очень короткое время.

Отличительной особенностью триггера как функционального устройства является свойство запоминания двоичной информации. Под памятью триггера подразумевают способность оставаться в одном из двух состояний и после прекращения действия переключающего сигнала. Приняв одно из состояний за «1», а другое за «0», можно считать, что триггер хранит (помнит) один разряд числа, записанного в двоичном коде.

При изготовлении триггеров применяются преимущественно полупроводниковые приборы (обычно биполярные и полевые транзисторы), в прошлом — электромагнитные реле, электронные лампы. В настоящее время логические схемы, в том числе с использованием триггеров, создают в интегрированных средах разработки под различные программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС). Используются, в основном, в вычислительной технике для организации компонентов вычислительных систем: регистров, счётчиков, процессоров, ОЗУ.

Содержание

История

Разрывные характеристики электронных ламп, на которых основано действие триггеров, впервые под названием «катодное реле» были описаны М. А. Бонч-Бруевичем в 1918 г. [1] Практическая схема триггера была опубликована 5 августа 1920 года У. Г. Икклзом (англ.) русск. и Ф. У. Джорданом (англ.) русск. в патенте Великобритании № 148582 заявленном 21 июня 1918 г. [2] и в статье «Переключающее реле, использующее трёхэлектродные вакуумные лампы» [3] от 19 сентября 1919 года.

Определения

Триггер (бистабильный мультивибратор [4] ) — это цифровой автомат, имеющий несколько входов и 2 выхода.

Триггер — это устройство последовательного типа с двумя устойчивыми состояниями равновесия, предназначенное для записи и хранения информации. Под действием входных сигналов триггер может переключаться из одного устойчивого состояния в другое. При этом напряжение на его выходе скачкообразно изменяется.

Триггерами называют [5] такие логические устройства, выходные сигналы которых определяются не только сигналами на входах, но и предысторией их работы, то есть состоянием элементов памяти.

Триггер не является логическим элементом первого уровня, а сам состоит из логических элементов первого уровня — инверторов или логических вентилей. По отношению к логическим элементам первого уровня триггер является логическим устройством второго уровня.

Триггер — простейшее устройство, выполняющее логическую функцию с обратной связью, то есть простейшее устройство кибернетики.

N-ичный триггер — устройство (элементарная переключаемая ячейка памяти, переключатель с N устойчивыми положениями), которое имеет N устойчивых состояний и возможность переключения из любого состояния в любое другое состояние.

Классификация

Триггеры подразделяются на две большие группы — динамические и статические. Названы они так по способу представления выходной информации.

Динамический триггер представляет собой управляемый генератор, одно из состояний которого (единичное) характеризуется наличием на выходе непрерывной последовательности импульсов определённой частоты, а другое (нулевое) — отсутствием выходных импульсов. Смена состояний производится внешними импульсами (рис. 3). Динамические триггеры в настоящее время используются редко.

К статическим триггерам относят устройства, каждое состояние которых характеризуется неизменными уровнями выходного напряжения (выходными потенциалами): высоким — близким к напряжению питания и низким — около нуля. Статические триггеры по способу представления выходной информации часто называют потенциальными.

Статические (потенциальные) триггеры, в свою очередь, подразделяются на две неравные по практическому значению группы — симметричные и несимметричные триггеры. Оба класса реализуются на двухкаскадном двухинверторном усилителе с положительной обратной связью, а названием своим они обязаны способам организации внутренних электрических связей между элементами схемы.

Симметричные триггеры отличает симметрия схемы и по структуре, и по параметрам элементов обоих плеч. Для несимметричных триггеров характерна неидентичность параметров элементов отдельных каскадов, а также и связей между ними.

Симметричные статические триггеры составляют основную массу триггеров, используемых в современной радиоэлектронной аппаратуре. Схемы симметричных триггеров в простейшей реализации (2х2ИЛИНЕ) показаны на рис. 4.

Основной и наиболее общий классификационный признак — функциональный — позволяет систематизировать статические симметричные триггеры по способу организации логических связей между входами и выходами триггера в определённые дискретные моменты времени до и после появления входных сигналов. По этой классификации триггеры характеризуются числом логических входов и их функциональным назначением (рис. 5).

Вторая классификационная схема, независимая от функциональной, характеризует триггеры по способу ввода информации и оценивает их по времени обновления выходной информации относительно момента смены информации на входах (рис. 6).

Каждая из систем классификации характеризует триггеры по разным показателям и поэтому дополняет одна другую. К примеру, триггеры RS-типа могут быть в синхронном и асинхронном исполнении.

Асинхронный триггер изменяет своё состояние непосредственно в момент появления соответствующего информационного сигнала(ов), с некоторой задержкой равной сумме задержек на элементах, составляющих данный триггер.

Синхронные триггеры реагируют на информационные сигналы только при наличии соответствующего сигнала на так называемом входе синхронизации С (от англ. clock). Этот вход также обозначают термином «такт». Такие информационные сигналы называют синхронными. Синхронные триггеры в свою очередь подразделяют на триггеры со статическим и с динамическим управлением по входу синхронизации С.

Триггеры со статическим управлением воспринимают информационные сигналы при подаче на вход С логической единицы (прямой вход) или логического нуля (инверсный вход).

Триггеры с динамическим управлением 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). Также встречается название «триггер управляемый фронтом».

Триггеры со сложной логикой бывают также одно- и двухступенчатые. В этих триггерах наряду с синхронными сигналами присутствуют и асинхронные. Такой триггер изображён на рис. 1, верхний (S) и нижний (R) входные сигналы являются асинхронными.

Триггерные схемы классифицируют также по следующим признакам:

Базовые понятия

Триггер — это запоминающий элемент с двумя (или более) устойчивыми состояниями, изменение которых происходит под действием входных сигналов и предназначен для хранения одного бита информации, то есть лог. 0 или лог. 1.

Все разновидности триггеров представляют собой элементарный автомат, включающий собственно элемент памяти (ЭП) и комбинационную схему (КС), которая может называться схемой управления или входной логикой (рис. 7).

В графе триггера каждая вершина графа соединена со всеми другими вершинами, при этом переходы от вершины к вершине возможны в обе стороны (двухсторонние). Граф двоичного триггера — две точки соединённые отрезком прямой линии, троичного триггера — треугольник, четверичного триггера — квадрат с диагоналями, пятеричного триггера — пятиугольник с пентаграммой и т. д. При N=1 граф триггера вырождается в одну точку, в математике ему соответствует унарная единица или унарный ноль, а в электронике — монтажная «1» или монтажный «0», то есть простейшее ПЗУ. Устойчивые состояния имеют на графе триггера дополнительную петлю, которая обозначает, что при снятии управляющих сигналов триггер остаётся в установленном состоянии.

Состояние триггера определяется сигналами на прямом и инверсном выходах. При положительном кодировании (позитивная логика) высокий уровень напряжения на прямом выходе отображает значение лог. 1 (состояние = 1), а низкий уровень — значение лог. 0 (состояние = 0). При отрицательном кодировании (негативная логика) высокому уровню (напряжению) соответствует логическое значение «0», а низкому уровню (напряжению) соответствует логическое значение «1».

Изменение состояния триггера (его переключение или запись) обеспечивается внешними сигналами и сигналами обратной связи, поступающими с выходов триггера на входы схемы управления (комбинационной схемы или входной логики). Обычно внешние сигналы, как и входы триггера, обозначают латинскими буквами R, S, T, C, D, V и др. В простейших схемах триггеров отдельная схема управления (КС) может отсутствовать. Поскольку функциональные свойства триггеров определяются их входной логикой, то названия основных входов переносятся на всю схему триггера.

Входы триггеров разделяются на информационные (R, S, T и др.) и управляющие (С, V). Информационные входы предназначены для приема сигналов запоминаемой информации. Названия входных сигналов отождествляют с названиями входов триггера. Управляющие входы служат для управления записью информации. В триггерах может быть два вида управляющих сигналов:

На V-входы триггера поступают сигналы, которые разрешают (V=1) или запрещают (V=0) запись информации. В синхронных триггерах с V-входом запись информации возможна при совпадении сигналов на информационном С и V-входах.

Кроме табличного определения работы триггера существует формульное задание функции триггера в секвенциальной логике. Например, функцию RS-триггера в секвенциальной логике представляет формула . Аналитическая запись SR-триггера выглядит так: .

Типы триггеров

RS-триггеры

RS-триггер асинхронный

При подаче единицы на вход S (от англ. Set — установить) выходное состояние становится равным логической единице. А при подаче единицы на вход R (от англ. Reset — сбросить) выходное состояние становится равным логическому нулю. Состояние, при котором на оба входа R и S одновременно поданы логические единицы, в простейших реализациях является запрещённым (так как вводит схему в режим генерации), в более сложных реализациях RS-триггер переходит в третье состояние Q Q =00. Одновременное снятие двух «1» практически невозможно. При снятии одной из «1» RS-триггер переходит в состояние, определяемое оставшейся «1». Таким образом RS-триггер имеет три состояния, из которых два устойчивых (при снятии сигналов управления RS-триггер остаётся в установленном состоянии) и одно неустойчивое (при снятии сигналов управления RS-триггер не остаётся в установленном состоянии, а переходит в одно из двух устойчивых состояний).

RS-триггер используется для создания сигнала с положительным и отрицательным фронтами, отдельно управляемыми посредством стробов, разнесённых во времени. Также RS-триггеры часто используются для исключения так называемого явления дребезга контактов.

Условное графическое обозначение асинхронного RS-триггера

Источник

Триггеры. Триггер – это устройство, имеющее два устойчивых состояния, способное под воздействием управляющего сигнала скачком переходить из одного состояния в другое и

Триггер – это устройство, имеющее два устойчивых состояния, способное под воздействием управляющего сигнала скачком переходить из одного состояния в другое и хранить это состояние сколь угодно долго. Способность хранить состояние сколь угодно долго и определяет «память» триггера.

— по числу информационных входов: с одним входом, с двумя входами и более;

— по моменту срабатывания: асинхронные и синхронные триггеры;

— по функциональному назначению:

триггеры с раздельным запуском (RS-типа),

счетные (Т-типа), комбинированные (RST-типа), универсальные (JK-типа), задержки (D-триггер) и др.;

— по типу входного воздействия: триггеры со статическими входами, триггеры с динамическими входами.

Статические входы – это такие, по которым входной сигнал оказывает свое воздействие в течение всей его длительности. При динамических входах сигнал воздействует на триггер только на длительности фронта или среза.

Все триггеры имеют два выхода – прямой «Q» и инверсный ««. Информация на одном выходе является инверсией информации на другом. В основу построения триггеров положено применение логических элементов «ИЛИ-НЕ» или «И-НЕ» и обратных связей.

Схема RS триггера на элементах «ИЛИ-НЕ» приведена на рис.18.1а. На рис. 18.1б показано его условное обозначение. Управление схемой.

Входы	прямой выход
S	R	Qn+1
Qn
Неопреде-ленность

осуществляется по уровню логической «1». Это значит, что когда на входах присутствует «0», т. е. , , состояние триггера не меняется. Уровень «0» является нейтральным.

Перед анализом работы схемы приведем логические действия элемента «ИЛИ-НЕ»:

(18.1)

Пусть после включения питания на входах и выходах схемы установились состояния: R = 0; S = 0; Q = 1; . Уровень «1» с выхода Q поступает на вход С элемента Э2. На входе В по условию присутствует «0». Согласно (18.1) входные сигналы Э2 сформируют на его выходе уровень логического «0».

Этот уровень поступает на вход D элемента Э1. На входе А этого элемента также присутствует «0». Такие состояния, согласно (18.1), формируют на выходе Э1 уровень логической «1». Таким образом, состояние первого элемента поддерживает состояние второго и наоборот, т. е. это устойчивое состояние триггера.

Пусть в некоторый момент времени t₁ на вход R поступает сигнал с логическим уровнем «1». Так как на входе D Э1 в это время присутствует уровень «0», то, согласно (18.1), уровень выхода Э1 скачком изменится с «1» до «0», т. е. Q = 0. Теперь на входы С и В элемента Э2 воздействует уровень логического «0». Поэтому выход Э2 скачком изменяет уровень от «0» до «1», т. е. .

Новое состояние триггера так же устойчивое. Оно не изменится, когда на вход R будет воздействовать уровень логического «0». При поступлении на вход R новых «1» состояние триггера останется прежним. Оно изменится только в том случае, когда уровень «1» поступит на вход S. Таким образом, RS-триггер управляется поочередно по двум входам.

Таблица возможных состояний триггера приведена на рис. 18.1в. При отсутствии входных сигналов триггер сохраняет информацию о последней из поступивших команд, т. е. служит элементом памяти. Сочетание входных сигналов является недопустимым. При таком сочетании триггер может принять любое состояние. Потому оно не применяется.

Схема RS-триггера на элементах «И-НЕ» приведена на рис. 18.2. На рис. 18.1б показано его условное обозначение. Собственно триггер собран на элементах Э3 и Э4. Элементы Э1 иЭ2 выполняют роль инверторов. Логические действия для элементов «И-НЕ» имеют вид:

(18.2)

Исполнительным значением двоичного сигнала для элементов «И-НЕ» является «0», нейтральным – «1». Если на А и В присутствует уровень «1», то состояние триггера устойчивое. Пусть, например, А = В = 1, Q = 1, . Уровень «1» с выхода Q поступает на вход С, а так как вход В = 1 по условию, то согласно (18.2) на выходе элемента Э4 формируется уровень логического «0». Этот уровень поступает на вход D элемента Э3. Вход А этого элемента равен «1» по условию. По (18.2) эти уровни сформируют на выходе элемента Э3 логическую «1». Таким образом, состояние элемента Э3 поддерживает состояние элемента Э4 и наоборот, т. е. это устойчивое состояние триггера.

Совершенно аналогично можно показать, что состояние А = В = 1, Q = 0, так же устойчиво. Включение инверторов Э1 и Э2 позволяет изменить исполнительный уровень входных сигналов, т. е. для входов S и R исполнительным уровнем является «1», а нейтральным «0». Поэтому возможные состояния схемы рис. 18.2 соответствуют таблице рис. 18.1в. Согласно этой таблице состояние входов S = R = 0 является нейтральным и позволяет триггеру сохранять память о последней из поступивших команд. Чтобы изменить состояние выходов триггера, необходимо на вход S или R подать «1». Состояние S = R = 1 недопустимо.

Триггеры по рис. 18.1а и 18.2 переходят в новое состояние сразу после поступления входного сигнала и поэтому называются асинхронными.

Во многих устройствах необходимо синхронизировать во времени переключение триггеров. Дело в том, что неодновременное переключение может привести к появлению непредусмотренных состояний устройства и к срыву его работы. Синхронные триггеры имеют дополнительный вход для подачи на него синхронизирующего (тактового) импульса определенной длительности.

Синхроимпульс своим исходным (нулевым) значением блокирует (закрывает) информационные входы S и R. В этом случае триггер не реагирует на входные сигналы, сохраняя предыдущее состояние. Триггер воспринимает информацию на входах, когда значение синхронного импульса равно «1» и переходит в новое состояние на интервале среза синхроимпульса.

Схема синхронного RS-триггера приведена на рис. 18.3а. На рис. 18.3б – его условное обозначение. Во всех случаях, когда С = 0 на выходах элементов Э1 и Э2 уровни , т. е. нейтральны для элементов Э3 и Э4 не зависимо от состояния входных сигналов S и R. В этом и заключается эффект блокирования входов.

При С = 1 на выходах элементов Э1 и иЭ2 сигналы становятся инверсными по отношению к исходным S и R. Их комбинация вызовет реакцию триггера в соответствии с таблицей рис. 18.1в.

— если S = R = 0, то , триггер сохраняет «память» о предыдущем состоянии;

— если S = 1, а R = 0, то ; , триггер переходит в состояние «1», т. е. ;

— если S = 0, а R = 1, то , триггер переходит в состояние «0», т. е.

Пример наглядно показывает, что для входов S, R и С исполнительным уровнем является «1».

Кроме синхронных входов R и S синхронный триггер снабжается асинхронными входами S_A и R_A. Асинхронные входы позволяют задать триггеру определенное исходное состояние перед началом работы в синхронном режиме. При синхронном управлении триггером на входах S_A и R_A должен поддерживаться нейтральный уровень, т. е. «1».

JK-триггеры – это универсальные синхронные триггеры. Работа JK-триггера описывается таблицей рис. 18.4а. Входы триггера . Как и RS-триггер, он сохраняет свое состояние при J = K = 0. Когда J = 1, триггер переходит в состояние . При R = 1 – в состояние . При J = K = 1 начальное состояние триггера меняется на противоположное, т. е. . Это основное отличие JK от RS-триггера.

Условное обозначение JK-триггера показано на рис. 18.4б, а временные диаграммы, поясняющие его работу на рис. 18.4в. Во время действия тактового

Источник