Триггер счетчики принцип работы

Т-триггер (счетный триггер)

На основе JK-триггеров и D-триггеров можно построить схемы, осуществляющие так называемый счетный режим. Такие схемы называют Т-триггерами или счетными триггерами, связывая с этим способ их функционирования.

На рис. 16 представлены схемы организации Т-триггера на основе JK и D-триггеров. Счетный режим иллюстрируется временными диаграммами рис. 17.

В JK-триггере с входами установки логическим нулем счетный режим реализуется путем подачи констант J=K=1 и R=S=1 и входного сигнала Т на вход С. В соответствии с таблицей функционирования при каждом отрицательном перепаде входного сигнала Т состояние триггера изменяет свое значение на противоположное.

В D-триггере счетный режим реализуется при помощи обратной связи (на вход D подается сигнал с инверсного выхода). Таким образом, всегда существует неравенство сигнала на входе D и сигнала на выходе Q: если Q=1, D=0. Следовательно, при каждом положительном перепаде сигнала на счетном входе С, в соответствии с принципом действия D-триггера состояние выхода будет изменяться на противоположное.

Таким образом, на каждые два входных тактовых импульса Т-триггер формирует один период выходного сигнала Q. Следовательно, триггер осуществляет деление частоты на ходе на 2:

,

где — частота следования импульсов на выходе триггера.

Счетчики

Счетчик — устройство для подсчета числа входных импульсов. Число, представляемое состоянием его выходов по фронту каждого входного импульса, изменяется на единицу. Счетчик можно реализовать на нескольких JK или D триггерах, при этом триггеры должны работать в счетном режиме. В суммирующих счетчиках каждый входной импульс увеличивает число на его выходе на единицу, в вычитающих счетчиках каждый входной импульс уменьшает это число на единицу. Наиболее простые счетчики — двоичные. На рис. 18 представлен суммирующий двоичный счетчик и диаграмма его работы.

Изменение направления счета.

Как уже говорилось ранее, счетчики можно реализовать на триггерах. При этом триггеры соединяют последовательно. Выход каждого триггера непосредственно действует на тактовый вход следующего. Для того, чтобы реализовать суммирующий счетчик, необходимо счетный вход очередного триггера подключать к инверсному выходу предыдущего. Для того, чтобы изменить направление счета (реализовать вычитающий счетчик), можно предложить следующие способы:

а) считывать выходные сигналы счетчика не с прямых, а с инверсных выходов триггеров.

Число, образуемое состоянием инверсных выходов триггеров счетчика, связано с числом,образованным состоянием прямых выходов триггеров следующим соотношением:

где n — разрядность выхода счетчика. В таблице 26 приведен пример связи числа на прямых выходах с числом на инверсных выходах триггеров счетчика.

Состояние прямых выходов	Число	Состояние инверсных выходов	Число
Q3	Q2	Q1	N	Q3’	Q2’	Q1’	N

б) изменить структуру связей в счетчике: подавать на счетный вход следующего триггера сигнал не с инверсного, а с прямого выхода предыдущего, как показано на рисунке 19. В этом случае изменяется последовательность переключения триггеров.

Изменение коэффициента пересчета

Счетчики характеризуются числом состояний в течение одного периода (цикла). Для схем на рис. 18 и 19 цикл содержит N = 2 3 = 8 состояний (от 000 до 111). Часто число состояний называют коэффициентом пересчета Ксч, который равен отношению числа импульсов Nc на входе к числу импульсов N_Qст на выходе старшего разряда за период:

Если на вход счетчика подавать периодическую последовательность импульсов с частотой fc, то частота f_Q на выходе старшего разряда счетчика будет меньше в Ксч раз: Ксч =F_C/F_Q. Поэтому счетчики также называют делителями частоты, а величину Ксч — коэффициентом деления. Для увеличения величины Ксч приходится увеличивать число триггеров в цепочке. Каждый дополнительный триггер удваивает число состояний счетчика и число Ксч. Для уменьшения коэффициента Ксч можно в качестве выхода счетчика рассматривать выходы триггеров промежуточных каскадов.

Например, для счетчика на трех триггерах Ксч = 8, если взять выход 2-го триггера, то Ксч = 4. При этом Ксч является целой степенью числа 2: 2, 4, 8, 16 и т. д.

Можно реализовать счетчик, для которого Ксч — любое целое число. Например, для счетчика на трех триггерах можно сделать Ксч от 2 до 7, но при этом один или два триггера могут быть лишними. При использовании всех трех триггеров можно получить Ксч = 5. 7: 2 2 3 . Счетчик с Ксч =5 должен иметь 5 состояний, которые в простейшем случае образуют последовательность: <0, 1, 2, 3, 4>. Циклическое повторение этой последовательности означает, что коэффициент деления счетчика равен 5.

Для построения суммирующего счетчика с Ксч =5 надо, чтобы после формирования последнего числа из последовательности <0, 1, 2, 3, 4>счетчик переходил не к числу 5, а к числу 0. В двоичном коде это означает, что от числа 100 нужно перейти к числу 000, а не 101. Изменение естественного порядка счета возможно при введении дополнительных связей между триггерами счетчика. Можно воспользоваться следующим способом: как только счетчик попадает в нерабочее состояние (в данном случае 101), этот факт должен быть опознан и повлечь последующую выработку сигнала, который перевел бы счетчик в состояние 000. Рассмотрим этот способ более детально.

Факт попадания счетчика в нерабочее состояние описывается логическим уравнением:

.

Состояния 110 и 111 также являются нерабочими и поэтому учтены при составлении уравнения. Если на выходе эквивалентной логической схемы F = 0, значит, счетчик находится в одном из рабочих состояний: 0vlv2v3v4. Как только он попадает в одно из нерабочих состояний 5v6v7, формируется сигнал F = 1. Появление сигнала F = 1 должно переводить счетчик в начальное состояние 000, следовательно, этот сигнал нужно использовать для воздействия на установочные входы триггеров счетчика, которые осуществляли бы сброс счетчика в состояние Q₁ = Q₂ = Q₃ = 0. При реализации счетчика на триггерах со входами установки логическим нулем для сброса триггеров требуется подать на входы сброса сигнал R=0. Для обнаружения факта попадания в нерабочее состояние используем схему, реализующую функцию F и выполненную на элементах И-НЕ. Для этого преобразуем выражение для функции: .

Соответствующая схемная реализация приведена на рисунок 20.

Счетчик будет работать следующим образом: при счете от 0 до 4 все происходит как в обычном суммирующем счетчике с Ксч = 8. Установочные сигналы равны 1 и естественному порядку счета не препятствуют. Счет происходит по положительному фронту импульса на счетном входе С. В тот момент, когда счетчик находится в состоянии 4 (100), следующий тактовый импульс сначала переводит счетчик в состояние 5 (101), что немедленно (задолго до прихода следующего тактового импульса) приводит к формированию сигнала сброса, который поступает на установочные входы сброса триггеров.

В результате счетчик сбрасывается в 0 и ждет прихода следующего тактового импульса на счетный вход. Один цикл счета закончился, счетчик готов к началу следующего цикла. Применяя такие схемы с обратной связью для сброса счетчика, нужно иметь в виду, что операция сброса занимает конечное время, поэтому непосредственно перед сбросом счетчика в 0 на выходе первого триггера появляются кратковременные импульсы, или «иголки». Это не имеет значения при подключении счетчика напрямую к индикатору, но при использовании этого выхода счетчика в качестве источника тактовых импульсов могут возникнуть определенные проблемы. Схема, в которой это явление устранено, приведена на рис. 21. Важным отличием является то, что схема обнаруживает не факт попадания в нерабочее состояние 101, а факт попадания в состояние 100 и в следующем такте вырабатывает сигнал сброса.

Триггер счетчики принцип работы

Исследование триггеров и счетчиков в программе Electronics Workbench

Цель работы: изучение структуры и алгоритмов работы синхронных и асинхронных триггеров; изучение принципов построения синхронных счетчиков.

Используемые приборы и оборудование в программе Electronics Workbench: двухвходовые логические элементы, RS-, JK- и D-триггеры; двухпозиционные переключатели, логические пробники, семисегментные индикаторы; источник сигнала «5 В», источник сигнала «0 В».

1. Краткие теоретические положения

Общие сведения. Триггерами называют класс электронных устройств, обладающих способностью сколь угодно долго находиться в одном из двух устойчивых состояний.

В отличие от комбинационных логических схем (КЛС), триггеры – это логические устройства с памятью. Это свойство обеспечивается наличием в них обратных связей. Выходные сигналы триггеров в общем случае зависят не только от текущих входных сигналов, но и предыдущих состояний триггера, а значит, и от предыдущих входных сигналов.

Триггеры могут быть синхронными и асинхронными. В зависимости от алгоритма работы триггеры могут иметь информационные, установочные и управляющие (тактовые) входы. Установочные входы устанавливают состояние триггера независимо от состояния других входов. Управляющие входы (входы синхронизации) управляют записью данных, подающихся на информационные входы.

Наиболее распространенными являются триггеры RS-, JK-, D- и T-типов.

RS-триггер – это один из простейших автоматов с памятью, который может находиться в одном из двух устойчивых состояний (0 или 1). Он имеет два установочных входа: S (Set – установить в 1) и R (Reset – сбросить в 0). Если подать на оба установочных входа нули, то триггер хранит предыдущее состояние. Каждое состояние устойчиво и поддерживается за счет обратных связей. Подача на оба информационных входа единиц запрещена. RS-триггер обычно выполняется с парафазными выходами на элементах И-НЕ или ИЛИ-НЕ. RS-триггер может асинхронным или синхронным.

Зависимость Q t +1 от Q t характеризует свойство запоминания предыдущего состояния. Граф на рис. 1 показывает эту зависимость для RS-триггера.

Рис. 1. Граф переходов RS-триггера Рис. 2. Граф переходов RS-триггера (другой вариант)

Этот граф показывает, что схема, которая находилась в состоянии Q=0, сохраняет это состояние при воздействии входных наборов R=0; S=0 и R=1; S=0. Если же на вход схемы, находящейся в состоянии Q=0 подействовать набором R=0; S=1, то она переходит в состояние Q=1 и сохраняет его под действием наборов R=0; S=0 и R=1; S=0. На рис. 2 этот граф перерисован более компактно: входные сигналы, которые могут принимать значения как 0, так и 1, обозначены как Х, а последовательность обозначения входных сигналов соответствует порядку R, S.

Триггер типа JK может быть выполнен только синхронным. Помимо информационных входов J и K он имеет тактирующий вход (или вход синхронизации) C. Также он может иметь асинхронхронные установочные входы Ra и Sa, которые имеют приоритет над входами J и K.

D-триггер также выполняется синхронным. Он имеет один информационный вход (D – Date), может иметь также асинхронные входы сброса в 0 и установки в 1.

Счетчиком называют схему, предназначенную для выполнения микроопераций счета и хранения слов. Если микрооперация счета выполняется в канонической двоичной системе счисления (с естественным порядком весов), то такой счетчик называется счетчиком с естественным порядком счета. Если микрооперация выполняется в неканонической системе, то такой счетчик называется счетчиком с произвольным порядком счета.

По способу реализации цепей переноса (заема) между разрядами счетчики подразделяются на следующие типы: с последовательным переносом; с параллельным переносом; с групповым переносом.

2. Порядок выполнения работы

Задание 1. Исследование RS-триггера. Запустите программу Electronics Workbench. Разработайте схему по рис. 3. Включите схему. Последовательно подайте на входы схемы следующие комбинации сигналов: 1) R=1, S=0; 2) R=0, S=0; 3) R=0, S=1; 4) R=0, S=0. Для каждого перехода (изменения состояния или сохранения предыдущего) нарисуйте отдельный граф перехода. По результату эксперимента заполните таблицу 1.

рис.3. RS-триггер на элементах ИЛИ-НЕ

рис.4. RS-триггер на элементах И-НЕ

Разработайте схему по рис. 4. Включите схему. Последовательно подайте на входы схемы следующие комбинации сигналов: 1) R=1, S=0; 2) R=1, S=1; 3) R=0, S=1; 4) R=1, S=1. Для каждого перехода (изменения состояния или сохранения предыдущего) нарисуйте отдельный граф перехода. По результату эксперимента заполните таблицу 2.

Принцип работы JK-триггера

Существует несколько различных типов триггеров, из которых JK считается наиболее универсальным. JK-триггеры находят применение и как отдельные микросхемы, и в качестве элементов для процессоров. Их использование позволяет создавать схемы, действующие по достаточно сложным алгоритмам.

Триггер — что это за устройство

Он представляет собой электронное устройство, способное на протяжении длительного времени сохранять одно из двух или нескольких состояний. Это происходит до тех пор, пока на него подаётся электропитание. Существует несколько типов триггеров, каждый из которых имеет свою сферу применения. Фактически они являются базовыми элементами. На их основе создаются различные цифровые электронные устройства.

Триггер способен на протяжении довольно длительного промежутка времени пребывать в одном устойчивом режиме из нескольких возможных, а затем под действием входных сигналов переходить из одного режима в другой. Состоит он из элементарных логических элементов, функционирующих по правилам математической логики. Это могут быть ИЛИ-НЕ и И-НЕ. Первые из них функционируют в одноединичном прямом коде, то есть, на выходе одного из элементов будет 1, а на выходах других — 0. Устройство с элементами второго вида работает в однонулевом инверсном коде: на выходе одного из них 0, а на выходах других — 1.

Как работает JK-триггер

Это электронное устройство работает строго по определённому алгоритму, предусматривающему поступление входных значений и обеспечивающему формирование выходных.

Как видно из схемы, триггер имеет три входа, на которые поступают следующие сигналы:

• J, K — информационные сигналы. Они принимают значение 0 или 1. Каждой комбинации соответствует определённое выходное значение.
• C — двоичный сигнал, который определяет, будут ли меняться выходные сигналы на основании действующего алгоритма или нет. Обычно срабатывание происходит при переходе от единичного к нулевому значению. Также говорят, что срабатывание происходит при отрицательном фронте сигнала.

В этой схеме имеется два выхода:

• Q — прямой. Выдает значение, которое на данный момент хранится в триггере.
• Q1 также обозначают как Q с горизонтальной чертой сверху — инверсный. Этот сигнал всегда будет противоположным по отношению к Q.

JK-триггер — это своего рода усовершенствованный RS-триггер. В последнем наблюдается одно запрещённое состояние, использование которого приводит к неопределённому результату на выходе. В JK-устройстве такое состояние исключено. В остальном оба элемента действуют аналогично.

JK-триггер — универсальное устройство. На его базе можно построить простой и асинхронный Т-триггер, D-триггер, синхронный RS-триггер

Есть еще комбинированный JK-триггер. От универсального он отличается двумя дополнительными асинхронными входами S и R. Последние позволяют предварительно установить устройство в определенный режим (логического нуля или единицы).

Алгоритм работы

Если на вход C поступает сигнал, равный нулю, то выходные значения будут сохранены. Как только он станет равным единице, формирование значения Q будет происходить по следующим правилам:

• Если J=K=0, режим триггера не меняется.
• Когда J и K равны 1, происходит изменение состояния элемента на противоположное при поступлении каждого тактового импульса. В этом случае триггер функционирует идентично делителю частоты. Такой режим работы называют счётным, поскольку его использование позволяет осуществлять подсчёт определённых событий.
• При K = 1, J = 0 выходное значение принимает нулевое значение.
• Если K = 0, J = 1, тогда на выходе будет получена единица.

Алгоритм работы отображает таблица истинности JK-триггера, так как каждой входной комбинации значений соответствует строго определённая выходная.

Разобраться в работе триггера помогает еще временная диаграмма, на которой графически отображаются сигнальные импульсы, присутствующие одновременно на входах и выходах устройства.

На приведённой диаграмме срабатывание происходит по фронту импульса C с задержкой. Момент, когда это происходит, зависит от конкретной схемы реализации.

Как реализованы функции JK-триггера

JK-тригер описание и схема которого были представлены выше, собран на основе четырех элементов И-НЕ. На вход каждого из них поступают двоичные значения, которые преобразуются по закону конъюнкции. Это электронное устройство имеет относительно несложную схему, работающую на основании простых логических операций. Использование входа C позволяет рассматривать ситуацию для значений, которые подаются на вход или получаются с выхода в последовательные моменты времени. Последние обозначаются латинской буквой «n». Таким образом, в момент t (n) на выходе будет значение Q(n), а в следующий — Q(n+1).

Далее рассмотрим принцип работы универсального JK-триггера для каждой из возможных ситуаций. Для удобства описания использования микросхем И-НЕ они будут пронумерованы. Микросхема слева вверху схемы обозначена D1. Та, что под ней — D2. Находящаяся справа вверху — D3, справа внизу — D4.

На J и K нулевые значения

В этом случае на первых двух микросхемах применение логического элемента И приведёт к получению нуля, но поскольку нужно брать дополнительное значение, будет образована единица на обеих микросхемах.

Так как выходное значение от Q и от отрицания Q будет подано на вход микросхем D3 и D4 (значение в момент времени n), то элемент И вместе с логической единицей просто передаст на выход это значение.

При этом необходимо учитывать, что значение отрицания Q будет подано на микросхему для формирования Q и наоборот. После этого на выходе микросхемы будет применено НЕ, которое сохранит прежнее значение. Таким образом, комбинация J = K = 0 приведёт к сохранению прежнего значения. Нужно помнить, что работа в соответствии с указанным алгоритмом возможна лишь в момент поступления отрицательного фронта сигнала на C. На протяжении остального времени ничего происходить не будет.

На J и K единичные значения

Если Q = 0, то отрицание Q будет равняться 1. Если на вход элемента D1 будет подано J = 1 и отрицание Q, тогда на выходе D1 сформируется ноль. С учетом того, что на входе D3 имеется логический 0, на выходе будет получена единица как результат функционирования элемента И-НЕ. Следовательно, в момент времени n + 1 сформируется инвертированное значение.

Для D2 и D4 значения находят аналогичным образом в соответствии с таблицей истинности JK-триггера.

J и K имеют противоположные значения

Если J = 1 и K = 0, то на вход D1 поступят сигналы J = 1 и отрицание Q. Результатом логического И станет отрицание Q. После инвертирования значение приобретает Q. На вход D3 поступят одновременно Q и отрицание Q. Поэтому результатом логического И всегда будет ноль. Этот результат не зависит от предыдущего значения отрицания Q.

В случае, когда J = 0, K = 1 аналогичным образом можно убедиться, что Q = 0.

Области применения триггера

JK-триггер можно рассматривать как ячейку памяти объёмом в 1 бит. Подача управляющих сигналов позволяет устанавливать значение памяти, равное 0 или 1, сохранять или инвертировать его, что наглядно демонстрирует таблица переходов.

На практике JK-устройства выпускают в виде микросхем, действующих в соответствии с таблицей истинности синхронного триггера. Обычно для того, чтобы запрограммировать определённый алгоритм сначала составляют логическую формулу преобразования двоичных сигналов. Затем реализовывают её в виде платы, включающей в себя установку триггеров.

Триггеры нашли широкое применение в таких компонентах вычислительных систем, как счетчики, регистры, процессоры и ОЗУ. Универсальность JK-триггеров позволяет использовать их в устройствах с разным уровнем сложности логики работы. Например, на основе JK-триггера можно собрать делитель частоты на 10. При поступлении на вход данного устройства импульсов частотой 10 кГц на выходе будут получены значения, равные 1 кГц. Подобные схемы получили название декадного делителя или декады.

Использование JK-устройств в составе цифровых счетчиков – это их основная область применения. Цифровые схемы в современной технике собираются на основе микросхем программируемой логики (FPGA) или заказных микросхем (ASIC).

Еще одна область применения JK-триггеров — устройства для обнаружения коротких импульсов. В данном случае импульс после поступления на вход С переходит в единичное состояние, которое затем обнаруживается последующей схемой, например, микропроцессором. Подобно схеме обнаружения КИ работает и схема ждущего мультивибратора.

При создании сложных логических схем нужны приборы разных видов. Поэтому выгоднее использовать универсальный тип устройства, которое может работать в различных режимах. Именно такими устройствами являются JK-триггеры.

Видео по теме

D триггер

Триггеры представляют собой электронные устройства, которые могут находиться в одном из двух состояний длительное время. При внешнем воздействии (подаче сигнала извне) они изменяют своё состояние. Благодаря этому свойству их называют логическими элементами с памятью.

Микросхема 4х д-триггер SO16

Выходные сигналы зависят не только от того, какие импульсы подаются на вход, но и от того, что в триггере хранилось перед этим.

Данные устройства используются в основном в микропроцессорной технике. Микросхемы, как правило, имеют в своём составе триггер или бистабильный элемент и управляющую систему.

Триггеры бывают двух типов: асинхронные, или нетактируемые, и синхронные, или тактируемые.

В асинхронном – переход из одного положения в другое выполняется фронтом или перепадом напряжения. То есть для того, чтобы осуществился переход, на управляющем входе должна быть смена 1 на 0 или 0 на 1.

Синхронный тип переключается в новое положение в том случае, когда на управляющий вход подаётся импульс.

Выпускаются нескольких типов:

• RS-триггер;
• D-триггер;
• Т-триггер;
• JS-триггер.

Устройство д триггера

В цифровой и вычислительной технике наиболее распространённым является d-триггер. Иначе его называют триггером задержки (от английского слова delay).

Для производства d-триггера обычно используются полевые или биполярные транзисторы, а также интегральные микросхемы.

Для управления логическими элементами используются входы, которые делятся на информационные и вспомогательные. Информационные – воспринимают управляющие импульсы. В зависимости от его значения, в д-триггер записывается то или иное значение. Вспомогательные – предназначены для синхронизации работы.

Слово «задержка» в названии характеризует то, что поступивший информационный сигнал задерживается в нём ровно на один такт. Время задержки зависит от частоты импульсов синхронизации.

Схематическое изображение d-триггера

На картинке выше символом D обозначен информационный или вход данных, а С – тактовый или синхронизирующий. На информационный – подаётся информационный сигнал, который необходимо сохранить в д-триггере, а на тактовый вход подаётся тактовый импульс, в зависимости от значения которого определяется режим д-триггера: режим записи или режим хранения.

Принцип работы

Логическое устройство будет находиться в устойчивом положении в том случае, если на С=0. В этом случае импульсы, подающиеся на информационный D-вход, никак не влияют на прибор, и выходной импульс определяется записанным ранее значением. Если С=1, то выходной сигнал будет зависеть от того, какой т подан на информационный D-вход. Если D=1, то на выходе будет 1, если D=0, то на выходе будет 0.

Таблица истинности будет иметь вид

Входной сигнал		Выходной сигнал	Режим работы
С	D	Q
		определяется предыдущим состоянием	Хранение информации
	1	определяется предыдущим состоянием
1			Запись информации
1	1	1

Внимание! Логический компонент хранит информацию только при подаче нулевого значения на C-вход.

Д-триггер выполняется двух типов: с управлением по уровню и с управлением по фронту.

Элементы с управлением по уровню

Временная диаграмма работы прибора со статическим управлением (по уровню сигнала) изображена на рисунке ниже.

Временная диаграмма работы d-триггера со статическим управлением

При статическом управлении переход из одного состояния в другое выполняется по уровню. Сигнал с D-входа будет записываться только при высоком уровне на тактовом C-входе.

Элементы с управлением по фронту

Данный тип логического устройства срабатывает при переходе с одного уровня на другой. Срабатывание может выполняться в двух случаях: по переднему и заднему фронту. По переднему, если переход выполняется от 0 к 1, и по заднему, если от 1 к 0.

Чтобы переключить d-триггер в нужное нам положение, сначала подаётся 0 или 1 на информационный D-вход. Если необходимо на выходе получить единицу, то D=1, если нужно, чтобы был на выходе ноль, то на D=0.

Затем на С-вход подаётся тактовый импульс. По его изменению элемент переключится в нужное нам состояние. При этом сигнал, который подаётся на D-вход, будет сохранён.

Такая логика работы делает электронный компонент очень удобным для хранения одного разряда двоичного числа (0 или 1). Причём, это состояние д-триггер будет сохранять до тех пор, пока не поступит следующий бит информации.

Временная диаграмма работы d-триггера с динамическим управлением

Для сброса д-триггера нужно, чтобы на входах D=0, а С=1. Однако таким образом не всегда можно управлять состоянием, поэтому в схемах используют компоненты с тремя входами.

Схематичное изображение d-триггера с тремя входами

В этом случае добавляется третий R-вход, который отвечает за сброс информации.

Схема реализации d-триггера

Реализация д-тригера может выполняться на основе ТТЛ (транзисторно-транзисторная логика) элементов, а также логических элементах КМОП.

Большинство микросхем относятся к компонентам с комплиментарной структурой – металл-оксид-полупроводник (КМОП). Данная технология основывается на использовании полевых транзисторов с изолированными затворами.

Реализация д-триггера на ТТЛ элементах приведена на рисунке ниже.

Схема устройства на ТТЛ-элементах

Если в логическом элементе D-вход соединить с инверсным выходом, то в этом случае прибор можно использовать в качестве счётного или Т-триггера. В этом случае при подаче импульса на С-вход логический компонент переходит в противоположное положение.

В сети интернет имеются сайты с сервисами, на которых можно просмотреть результат работы разного вида триггеров. Тип устройства выбирается из соответствующего списка.

Демонстрация работы устройств

Триггеры являются важной компонентой для создания различных микросхем. Их использование позволяет выполнять устройства с цифровой памятью. В микропроцессорной технике они являются основой для реализации электронных компонентов оперативной памяти. Их используют в регистрах сдвига и регистрах хранения.

Видео

Триггеры

Триггеры и регистры являются простейшими представителями цифровых микросхем, имеющих внутреннюю память . Если выходные сигналы логических элементов и комбинационных микросхем однозначно определяются их текущими входными сигналами, то выходные сигналы микросхем с внутренней памятью зависят также еще и от того, какие входные сигналы и в какой последовательности поступали на них в прошлом, то есть они помнят предысторию поведения схемы. Именно поэтому их применение позволяет строить гораздо более сложные и интеллектуальные цифровые устройства, чем в случае простейших микросхем без памяти. Микросхемы с внутренней памятью называются еще последовательными или последовательностными, в отличие от комбинационных микросхем.

Триггеры и регистры сохраняют свою память только до тех пор, пока на них подается напряжение питания. Иначе говоря, их память относится к типу оперативной (в отличие от постоянной памяти и перепрограммируемой постоянной памяти, которым отключение питания не мешает сохранять информацию). После выключения питания и его последующего включения триггеры и регистры переходят в случайное состояние, то есть их выходные сигналы могут устанавливаться как в уровень логической единицы, так и в уровень логического нуля. Это необходимо учитывать при проектировании схем.

Большим преимуществом триггеров и регистров перед другими типами микросхем с памятью является их максимально высокое быстродействие (то есть минимальные времена задержек срабатывания и максимально высокая допустимая рабочая частота). Именно поэтому триггеры и регистры иногда называют также сверхоперативной памятью. Однако недостаток триггеров и регистров в том, что объем их внутренней памяти очень мал, они могут хранить только отдельные сигналы, биты (триггеры) или отдельные коды, байты, слова (регистры).

Триггер можно рассматривать как одноразрядную, а регистр — как многоразрядную ячейку памяти, которая состоит из нескольких триггеров, соединенных параллельно (обычный, параллельный регистр ) или последовательно ( сдвиговый регистр или, что то же самое, регистр сдвига ).

Триггеры

Принцип работы и разновидности триггеров

В основе любого триггера (англ. — «тrigger» или » flip-flop «) лежит схема из двух логических элементов, которые охвачены положительными обратными связями (то есть сигналы с выходов подаются на входы). В результате подобного включения схема может находиться в одном из двух устойчивых состояний, причем находиться сколь угодно долго, пока на нее подано напряжение питания.

Пример такой схемы (так называемой триггерной ячейки) на двух двухвходовых элементах И-НЕ представлен на рис. 7.1. У схемы есть два инверсных входа: –R — сброс (от английского Reset), и –S — установка (от английского Set), а также два выхода: прямой выход Q и инверсный выход –Q.

Для правильной работы схемы отрицательные импульсы должны поступать на ее входы не одновременно. Приход импульса на вход -R переводит выход -Q в состояние единицы, а так как сигнал -S при этом единичный, выход Q становится нулевым. Этот же сигнал Q поступает по цепи обратной связи на вход нижнего элемента. Поэтому даже после окончания импульса на входе -R состояние схемы не изменяется (на Q остается нуль, на -Q остается единица). Точно так же при приходе импульса на вход -S выход Q в единицу, а выход -Q — в нуль. Оба эти устойчивых состояния триггерной ячейки могут сохраняться сколь угодно долго, пока не придет очередной входной импульс, — иными словами, схема обладает памятью.

Если оба входных импульса придут строго одновременно, то в момент действия этих импульсов на обоих выходах будут единичные сигналы, а после окончания входных импульсов выходы случайным образом попадут в одно из двух устойчивых состояний. Точно так же случайным образом будет выбрано одно из двух устойчивых состояний триггерной ячейки при включении питания. Временная диаграмма работы триггерной ячейки показана на рисунке.

Таблица 7.1. Таблица истинности триггерной ячейки

Входы		Выходы
-R	-S	Q	-Q
	1		1
1		1
1	1	Без изменения
		Не определено

В стандартные серии цифровых микросхем входит несколько типов микросхем триггеров, различающихся методами управления , а также входными и выходными сигналами. На схемах триггеры обозначаются буквой Т. В отечественных сериях микросхем триггеры имеют наименование ТВ, ТМ и ТР в зависимости от типа триггера. Наиболее распространены три типа ( рис. 7.2):

• RS-триггер (обозначается ТР) — самый простой триггер, но редко используемый (а).
• JK-триггер (обозначается ТВ) имеет самое сложное управление, также используется довольно редко (б).
• D-триггер (обозначается ТМ) — наиболее распространенный тип триггера (в).

Примером RS-триггера является микросхема ТР2, в одном корпусе которой находятся четыре RS-триггера . Два триггера имеют по одному входу –R и –S, а два других триггера — по одному входу –R и по два входа –S1 и –S2, объединенных по функции И. Все триггеры имеют только по одному прямому выходу. RS-триггер практически ничем не отличается по своим функциям от триггерной ячейки, рассмотренной ранее (см. рис. 7.1). Отрицательный импульс на входе –R перебрасывает выход в нуль, а отрицательный импульс на входе –S (или на любом из входов –S1 и –S2) перебрасывает выход в единицу. Одновременные сигналы на входах –R и –S переводят выход в единицу, а после окончания импульсов триггер попадает случайным образом в одно из своих устойчивых состояний. Таблица истинности триггера ТР2 с двумя входами установки –S1 и –S2 представлена в табл. 7.2.

Таблица 7.2. Таблица истинности RS-триггера ТР2

Входы		Выходы
-R	-S	Q	-Q
1	1	1	Без изменения
X		1	1
	X	1	1
1	1
X			Не определен
	X		Не определен

JK-триггер значительно сложнее по своей структуре, чем RS-триггер . Он относится к так называемым тактируемым триггерам, то есть он срабатывает по фронту тактового сигнала . Примером может служить показанная на рис. 7.2 микросхема ТВ9, имеющая в одном корпусе два JK-триггера со входами сброса и установки -R и -S. Входы -R и -S работают точно так же, как и в RS-триггере, то есть отрицательный импульс на входе -R устанавливает прямой выход в нуль, а инверсный — в единицу, а отрицательный импульс на входе -S устанавливает прямой выход в единицу, а инверсный — в нуль.

Однако состояние триггера может быть изменено не только этими сигналами, но и сигналами на двух информационных входах J и K и синхросигналом С. Переключение триггера в этом случае происходит по отрицательному фронту сигнала С (по переходу из единицы в нуль) в зависимости от состояний сигналов J и K. При единице на входе J и нуле на входе К по фронту сигнала С прямой выход устанавливается в единицу (обратный — в нуль). При нуле на входе J и единице на входе К по фронту сигнала С прямой выход устанавливается в нуль (обратный — в единицу). При единичных уровнях на обоих входах J и K по фронту сигнала С триггер меняет состояние своих выходов на противоположные (это называется счетным режимом).

Таблица 7.3. Таблица истинности JK-триггера ТВ9

Входы					Выходы
-S	-R	C	J	K	Q	-Q
	1	Х	Х	Х	1
1		Х	Х	Х		1
		Х	Х	Х	Не определено
1	1	1	1		1
1	1	1		1		1
1	1	1			Не изменяется
1	1	1	1	1	Меняется на проти-воположное
1	1	1	Х	Х	Не изменяется
1	1		Х	Х	Не изменяется
1	1	0 1	Х	Х	Не изменяется

Таблица истинности триггера ТВ9 представлена в табл. 7.3, а временная диаграмма работы — на рис. 7.3.