Триггеры

В предыдущих главах рассматривались логические элементы, у которых состояние сигналов на выходе определяется состоянием сигналов на входе. В триггере состояние на выходах определяется не только состоянием на входах, но и от состояния на выходах.

Триггер - это устройство, обладающее двумя состояниями устойчивого равновесия. Триггер еще можно назвать устройством с обратными связями. На рисунке изображена схема триггера на логических элементах ИЛИ-НЕ.

Рис. 1 Схема простейшего RS-триггера

Такая схема называется асинхронным RS-триггером. Первый (сверху) выход называется прямым, второй - инверсным. Если на оба входа (R и S) подать лог. нули, то состояние выходов определить невозможно. Триггер установится как ему заблагорассудится, т. е. в произвольное состояние. Допустим, на выходе Q присутствует лог. 1, тогда на выходе не Q (Q с инверсией) обязательно будет лог. 0. И наоборот. Чтобы установить триггер в нулевое состояние (когда на прямом выходе лог. 0, на инверсном - лог. 1) достаточно на вход R подать напряжение высокого уровня (про уровни напряжений здесь). Если высокий уровень подать на вход S, то это переведет его в состояние 1, или как говорят, в единичное состояние (на прямом выходе лог. 1, на инверсном - лог. 0). И в том, и в другом случаях напряжение соответствующего уровня может быть очень коротким импульсом - на грани физического быстродействия микросхемы. То есть, триггер обладает двумя устоячивыми состояниями, причем эти состояния зависят от ранее воздействующих сигналов, что позволяет сделать следующий вывод - триггер является простейшим элементом памяти. Буквы R и S по буржуйски set - установка, reset - сброс (предустановка). На рис. 2 RS-триггер показан в "микросхемном исполнении".

Рис. 2 RS-триггер в интегральном исполнении

RS-триггер можно соорудить и на элементах И-НЕ, как показано на рисунке 3. Такая конструкция встречается довольно часто.

Рис. 3 RS-триггер на логических элементах И-НЕ

Принцип работы такой же, как у триггера на элементах ИЛИ-НЕ, за исключением инверсии управляющих сигналов, т. е. установка и сброс триггера производится не лог. 1, а лог. 0. Другими словами, входы такого триггера инверсные. В описанных триггерах изменение состояния происходит сразу после изменения состояния на входах R и S. Поэтому такие триггеры называются асинхронными.

Если схему асинхронного триггера немного дополнить, то получим вот такое:

Рис. 4 Синхронный RS-триггер на логических элементах И-НЕ

В таком триггере вводится дополнительный вход С, называемый тактовым или синхронизирующим. Изменение состояний триггера происходит при подаче сигналов лог. 1 на входы R и S и последующим воздействием на вход С тактового (синхронизирующего) импульса. Если на тактовый вход вход импульс не воздействует, то состояние триггера не изменится. Другими словами, изменение сосотояния триггера происходит под действием синхроимпульса, поэтому такие триггеры называются синхронными.

D-триггер

D-триггер отличается от синхронного RS-триггера тем, что у него только один информационный вход D. D-триггер показан на рисунке 5.

Рис. 5 D-триггер на логических элементах И-НЕ

Если на вход D подать логическую единицу, затем на вход С подать импульс, то на выходе Q (прямой выход) установится лог. 1. Если на вход D подать лог. 0, на С импульс, то на Q установится лог. 0. Т. е. D-триггер осуществляет задержку информации, поступающей на вход D. При чем эта информация хранится в D-триггере, пока не придет следующий бит (0 или 1) информации. По сути это ячейка памяти.

Если вход D замкнуть с иверсным выходом, то останется только один вход С. При подаче на вход С импульса триггер переключится, т. е. если на выходе был лог. 0, то станет лог. 1. При следующем импульсе триггер снова переключится, т. е. лог. 1 сменится лог. 0. Таким образом, триггер осуществляет деление частоты входных импульсов на 2 (ведь уровень сигнала на выходе меняется в два раза реже). В таком режиме D-триггер называют счетным или Т-триггером. Этот режим (режим деления частоты) используется довольно широко.

Нетрудно заметить, что для RS-триггера (рис. 1) существует запрещенная комбинация, когда на оба входа поданы лог. 1, на его выходах также устанавливаются лог. 1 и триггер перестает выполнять свои функции (зависает). Поэтому придумали так называемый JK-триггер. У него три входа - J, K, C. Вход J вместо R, вход К вместо S, С так и остается - синхронизацией. Если на вход J подана лог. 1, на К - лог. 0 или наоборот, то он работает как синхронный RS-триггер, если на оба входа J и К поданы лог. 1, то он работает как счетный Т-триггер.

Триггер Шмидта

Триггер Шмидта - это специфический вид триггера, имеющего один вход и один выход. Такой триггер Еще называют нессиметричным. В триггере Шмидта переход из одного устойчивого состояния в другое осуществляется при определенных уровнях входного напряжения, называемых пороговыми уровнями. Триггер Шмидта изображен ниже.

Рис. 6 Триггер Шмидта и графики, поясняющие принцип его работы

Если на вход триггера Шмидта подавать нарастающее напряжение (нижний график), то при некотором уровне U_п1 в момент t₁ напряжение на выходе скачком переходит из состояния 0 в состояние 1. Если уменьшать напряжение на входе до некоторого напряжения U_п2 в момент t₂ напряжение на выходе скачком переходит из состояния 1 в сотояние 0. Явление несовпадения уровней U_п1 и U_п2 называется гистерезисом. Соответственно, передаточная характеристика триггера Шмидта обладает гистерезисным характером. Триггер Шмидта, в отличие от других триггеров, не обладает памятью и используется для формирования прямоугольных импульсов из напряжения произвольной формы.

Триггеры используются довольно широко как самостоятельные устройства, так и в качестве основы для более сложных устройств - счетчиков, регистров, запоминающих устройств. В финале поглядим на типичную схемку использования RS-триггера:

Рис. 7 Генератор одиночного импульса

В исходном состоянии на выходе Q микросхемы DD1 высокий уровень напряжения (триггер установлен в единичное состояние). При нажатии на кнопусик SB1 триггер обнуляется. При отпускании кнопусика триггер переходит в прежнее состояние (на выходе Q лог. 1). Суть работы заключается в устранении дребезга контактов кнопусика SB1. Следует помнить, что RS-триггеры в ТТЛ-микросхемах (серии 133, 155, 1533, 531 и пр.) управляются лог. 0, в КМОП-микросхемах (серии 176, 561, 564, 1564 и пр.) - лог. 1.