Триггеры в электронике — что это такое и где используется

Что такое триггер

Чтобы узнать, что такое триггер, и понять все об этих устройствах, вам нужно начать с концепции. Слово «триггер» происходит от английского «триггер» и обозначает цифровое устройство, которое имеет только два состояния: 0 и 1. Переход от одного значения к другому происходит с невероятной скоростью, и временем этих переходов обычно пренебрегают.

Триггер — это главный элемент системы большинства запоминающих устройств. Их можно использовать для хранения информации. Но объем памяти крайне мал, поэтому там могут храниться только коды, биты и сигналы.

Триггеры могут сохранять свою память только при наличии напряжения питания. Отсюда следует, что их все же следует называть ОЗУ. Перезапустите напряжение питания, и триггер перейдет в одно из двух состояний. То есть иметь логический ноль или логическую единицу, и это состояние будет выбрано случайным образом. Исходя из этой характеристики, при проектировании схемы необходимо заранее указать, как триггер вернется в исходное состояние.

Схема, состоящая из двух логических состояний «И-НЕ» или «ИЛИ-НЕ», охваченных положительной обратной связью, является основой для построения всех триггеров. После подключения схема может находиться только в одном из двух стабильных состояний. Если нет сигналов, триггер будет поддерживать точно указанное состояние и не изменит его, пока включено питание.

В электронике

Изначально слово «курок» пришло в русский язык как термин от электрического поля. В электронике термин «триггер» обозначает тип электронного устройства, которое может длительное время оставаться в одном из двух стабильных состояний и изменять их под внешним воздействием.

Место триггеров в цифровой схемотехнике

В отличие от схем комбинационной логики, которые изменяют состояние в зависимости от фактических сигналов, подаваемых на их входы в данный момент времени, последовательные логические элементы имеют некоторую форму внутренней «памяти», встроенной так, что они могут учитывать как предыдущее, так и предыдущее состояние один из их входов и выходов. Ниже представлена ​​общая блок-схема последовательного устройства.

Триггер RS как цифровой управляющий автомат включает в себя саму память и комбинаторную схему управления на основе типовых логических элементов, реализующих его алгоритм логического входа. Если рассматривать эту схему применительно к более простым схемам триггеров, то они не имеют структурно выделенной памяти в виде какой-то специализированной микросхемы или схемной сборки. Память триггера существует на функциональном уровне, как если бы она была включена в алгоритм работы своей комбинаторной схемы управления. Проявлением этой «памяти» является так называемая бистабильность триггера, выходы которого могут находиться в одном из двух основных состояний: логическая единица (далее — 1) или логический ноль (далее — 0). Триггер сохраняет установившиеся значения своих выходов («блокирует их») и сохраняет их до тех пор, пока не произойдет другое изменение в его входных сигналах.

Классификация и типы синхронизации триггеров

Триггеры делятся на два больших класса:

• асинхронный;
• синхронный (синхронизированный).

Ключевое различие между ними состоит в том, что в устройствах первой категории уровень выходного сигнала изменяется одновременно с изменением сигнала на входе (ах). Для синхронных триггеров изменение состояния происходит только тогда, когда сигнал синхронизации (часы, стробоскоп) присутствует на предполагаемом входе. Для этого предусмотрен специальный штифт, обозначаемый буквой С (часы). По типу стробоскопа синхронные элементы делятся на два класса:

• динамический;
• статический.

В первом типе выходной уровень изменяется в соответствии с конфигурацией входных сигналов в момент появления фронта (нарастающего фронта) или спада тактового импульса (в зависимости от конкретного типа триггера). Между появлением фронтов синхронизации (наклонов) на входы может подаваться любой сигнал, состояние триггера не изменится. Во втором варианте индикация часов — это не изменение уровня, а наличие единицы или нуля на входе Clock. Также существуют сложные триггерные устройства, классифицируемые по:

• количество стабильных состояний (3 и более против 2 для основных элементов);
• количество уровней (даже больше 3);
• другие характеристики.

Сложные элементы имеют ограниченное использование в определенных устройствах.

Входы и виды триггеров

В зависимости от структуры и выполняемых функций может быть определено количество триггерных входов.

По параметру регистрации информации триггеры можно разделить на:

• Синхронный: информация записывается только с дополнительным сигналом синхронизации, который, по сути, запускает триггер.
• Асинхронный: запись информации зависит от информационных сигналов, подаваемых на вход триггера, и происходит непрерывно.

В цифровых схемах для триггерных входов обычно встречаются следующие обозначения:

• S — отдельный вход, который устанавливает триггер на единицу (на Q one)
• Q — прямой выход
• R — разделить выход, установив триггер на ноль (при Q ноль)
• — вход синхронизации
• D — ввод информации (предоставляется информация, которая будет введена на триггере)
• T — счетный вход

Что касается функций, то в этом плане триггеры можно разделить на:

• Триггер RS;
• Триггер JK;
• Триггер D;
• Т-триггер.

RS- триггер

Это простейший тип триггера. На его основе созданы другие типы. Возможные логические элементы в его конструкции: 2NOT (инверсный вход) и 2ORNOT (прямые входы).

Из-за малой помехоустойчивости такие триггеры практически не используются самостоятельно. Их можно использовать, например, для исключения влияния контактов, возникающих при переключении механических переключателей. Затем вам понадобится тумблер с тремя выходами, один из которых, в свою очередь, подключен к двум другим. Для создания RS-триггера используется D-триггер с входами C и D, закрытыми в «нулевое состояние.

Первый отрицательный сигнал на входе -R переходит в состояние «0». Первый отрицательный сигнал на входе -S переходит в состояние «1». Другие сигналы, вызванные дребезгом контакта, не могут повлиять на триггер. При таком подключении переключателя верхнее положение на выходе будет равно «1», нижнее — «0».

Сам по себе триггер RS является асинхронным, однако иногда бывают случаи, когда необходимо сохранить информацию. Тогда на помощь приходит синхронизированный RS-триггер, который в данном случае должен состоять из обычного RS-триггера и схемы управления.

В этой схеме импульсы, поступающие на X1 и X2, не имеют значения, пока вход C поддерживает значение «0». В это время триггер RS находится в режиме хранения информации. Как только значение C становится равным «1», срабатывает триггер, начинается запись.

D-триггер

Это триггеры задержки. Они используются для создания журналов перемещения и архивирования. Это одна из самых важных частей всех микропроцессоров.

Этот триггер имеет два выхода: информационный и синхронный. Триггер устойчив, когда состояние C равно нулю. В этом случае выходной сигнал не будет зависеть от сигналов, поступающих на информационный вход. Когда значение C изменится на «1» на прямом выходе, информация будет такой же, как и в D-триггере.

JK-триггер

По принципу действия он очень похож на триггеры RS. Но в отличие от этого, у шлепанцев JK нет проблем с двусмысленностью, когда к входу одновременно приходят две «единицы». Когда это происходит, триггер JK становится триггером счета. Итак, когда на вход поступают сигналы со значением «1», триггер меняет свое состояние на обратное.

Эти устройства очень универсальны. С одной стороны, они прекрасно находят свое применение в цифровых устройствах — счетчиках, регистрах, делителях частоты и так далее, с другой стороны, подключив определенные пины, можно получить любой вид триггера.

Т-триггер

У этих триггеров есть еще одно название: счетные триггеры. На их основе создают двоичные счетчики и делители частоты. Эти триггеры имеют только один вход. На изображениях показаны асинхронный (1) и синхронный (2.

На этот вход поступает импульс, на обратное его состояние не меняется. После прихода следующего импульса состояние становится начальным.

Триггер переключается при подаче на его вход импульса синхронизации. Поэтому частота выходных импульсов в 2 раза ниже исходной. Следовательно, счетный триггер снижает частоту импульсов вдвое. А два последовательно соединенных триггера логически уменьшат частоту в 4 раза.

Почему эти триггеры еще называют делителями частоты, ясно видно из временных моделей:

Триггеры с тиристорами

Описание схемы на примере RS-триггера: триггерный выход Q подключен к катоду тиристора, вход S подключен к управляющему электроду, постоянное напряжение подключено к аноду через полевой транзистор с изолированным затвором, вход R подключен к затвору полевого транзистора.

Описание работы: начальное состояние на выходе Q равно нулю: тиристор в закрытом состоянии, ток на выходе равен нулю. Переход в состояние единицы: на вход S подается напряжение, равное логической единице, тиристор освобождается и напряжение на выходе Q возрастает по логике с последующим уменьшением напряжения на входе S , тиристор сохраняет низкое сопротивление, а напряжение на выходе Q остается таким же, как и логическое. Переход от логической единицы к нулю: на вход R подается напряжение равное логической единице, полевой транзистор переходит в закрытое состояние, напряжение на аноде тиристора уменьшается, в результате чего сопротивление тиристора увеличивается и переходит в состояние низкого выходного напряжения, соответствующее логическому нулю, это состояние сохраняется с увеличением входного напряжения на аноде тиристора.

Триггеры на релейно-контакторной базе

Несмотря на развитие электроники и, в частности, микроэлектроники, в электромагнитных реле все еще используется простая логика. Это связано с простотой реализации, высокой помехоустойчивостью и хорошим уровнем электроизоляции входов и выходов этих схем по сравнению с полупроводниковой и ламповой электроникой. Но следует учитывать, что электромагнитные реле в основном потребляют значительный ток.

Это, например:

• самоблокирующаяся триггерная схема для пуска асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.
• схемы автоматического переключения резервных источников питания в промышленности и электроснабжении зданий.

Синхронный RS-триггер

Основное назначение триггера в цифровых схемах — хранить результаты, генерируемые логическими схемами. Ключи в виде элементов И-НЕ помещаются между выходом любой логической схемы и входами триггера для отсечения еще не установленных результатов, искаженных переходными процессами. Действие этого сигнала аналогично разрешающему сигналу в схеме декодера (рис. 4.2 в «Функциональные блоки комбинаторной логики. Декодеры»). Первый и второй логические элементы AND-NOt одновременно получают сигнал синхронизации
… Когда уровень неактивен
будет логика на выходах первого и второго логических элементов И-НЕ
… Это не имеет решающего значения для функции И-НЕ, поэтому триггер на третьем и четвертом элементах сохранит ранее записанную информацию. Следовательно, триггер не реагирует на изменения входных сигналов, когда
… Если сигнал синхронизации становится активным ( ), то схема пропускает все переключения входных сигналов а также Поскольку клавиши ввода производят инверсию входных сигналов
а также , их активный уровень будет логичным
Синхронный RS-триггер: а — функциональная схема; б — УГО

Таблица истинности синхронного RS-триггераУправляющие сигналы Состояние выхода Рабочий режим

0	0	0			Хранение ранее записанной информации
0	0	1
0	1	0
0	1	1
1	0	0			Хранение ранее записанной информации
1	0	1	0	1	Сбросить триггер
1	1	0	1	0	Настройка триггера
1	1	1	0	0	Нестабильное состояние

Недостатком схемы является наличие недопустимой комбинации на входе, при которой получается нестабильное состояние схемы.

Состояние «Установлен»

Давайте рассмотрим, как триггер RS работает в этом состоянии, заданном значениями R = 0 и S = ​​1. Поскольку уровень 0 применяется к входу R логического элемента И-НЕ Y, то Q̃ = 1 (логика И-НЕ) . С выхода Y сигнал Q̃ также возвращается на элемент X (вход «A»). Поскольку S = A = 1, то Q = 0.

Если установлено R = 1, а вход S по-прежнему равен 1, то на входах Y мы имеем B = 0 и R = 1, а его выход Q̃ = 1, т.е не изменился. Таким образом, если S = ​​1, схема RS триггера «фиксируется» в состоянии «Установлено» Q = 0 и Q̃ = 1, и модификация сигнала R не меняет его.

Состояние «Сброшен»

В этом втором стабильном состоянии Q̃ = 0 и Q = 1 и устанавливается входами R = 1 и S = ​​0. Поскольку элемент X имеет вход S = 0, его выход Q = 1 (логика И-НЕ). Сигнал Q отправляется обратно в порт Y (вход «B»), и поскольку R = B = 1, то Q̃ = 0.

Если S становится равным 1 при R = 1, то Q̃ остается равным log 0, то есть не меняется. Затем при R = 1 схема триггера снова «зависает» в состоянии «Сброс» Q̃ = 0 и Q = 1, которое сохраняется для любого S-сигнала.

Логические триггеры

Триггер — это простейшее последовательное устройство, которое может находиться в одном из двух возможных состояний и переключаться между состояниями под действием входных сигналов. Триггер — это основной строительный блок устройств последовательной логики. Триггерные входы делятся на информационные и управляющие (вспомогательные). Это деление во многом условно. Информационные входы используются для проверки состояния триггера. Управляющие входы обычно используются для предварительной установки триггера на определенное состояние и для синхронизации.

Триггеры классифицируются по разным критериям, поэтому существует довольно большое количество классификаций. К сожалению, эти классификации не образуют целостной системы, но инженер должен их знать.

Различие триггеров по функциональным возможностям

● с раздельной настройкой статуса 0 и 1 (RS-триггер);

● универсальные (активаторы JK);

● с приемом информации на вход D (D-триггер, или триггер задержки);

● со счетным входом T (T-триггер).

Триггерные входы обычно обозначаются следующим образом:

S — вход для установки в состояние «1»;

R — вход для установки в состояние «0»;

J — вход, который необходимо установить в состояние «1» в универсальном триггере;

K — вход, который нужно установить в состояние «0» в универсальном триггере;

Т — количество входов (общее;

D — вход для установки в состояние «1» или в состояние «0»;

V — это дополнительный управляющий вход, позволяющий принимать информацию (иногда вместо V используется буква E).

Рассмотрим некоторые типы триггеров и их реализацию на логических элементах.

RS-триггер. Принцип работы, функциональные схемы, таблица переходов

Спусковой механизм — простейшее устройство, представляющее собой цифровой автомат. У него два состояния стабильности. Одному из этих состояний присваивается значение «1», а другому — «0». Состояние триггера, а также значение хранящейся в нем двоичной информации определяется выходными сигналами: прямым и обратным. В случае, если на прямом выходе устанавливается потенциал, который соответствует логической единице, состояние триггера называется единицей (в то время как потенциал на обратном выходе равен нулю). Если на прямом выходе нет потенциала, состояние триггера называется нулевым.

Триггеры классифицируются по следующим критериям:

1. О записываемой информации (асинхронной и синхронной).

2. Через управление информацией (статистика, динамика, одноэтапный, многоступенчатый).

3. По способу реализации логических соединений (JK-триггер, RS-триггер, T-триггер, D-триггер и другие типы).

Основными параметрами всех типов триггеров являются максимальное значение длительности входного сигнала, время задержки, необходимое для активации триггера, и время реакции разрешения.

В этой статье мы поговорим об этом типе устройства как о триггере RS. Они бывают двух типов: синхронные и асинхронные.

Асинхронный RS-триггер имеет два прямых входа (R и S). Это устройство работает по таблице переходов.

Запрещается для такого триггера комбинация сигналов на входах устройства, вызывающая состояние неопределенности. Эта комбинация может быть выражена требованием RtSt = 0. При минимизации карты Карно выводится закон работы триггера, который называется характеристическим уравнением: Q (t + 1) = St V R’tQt. В этом случае RtSt будет равно нулю.

На функциональной схеме показан асинхронный RS-триггер на элементах И-НЕ и во второй версии на элементах ИЛИ-НЕ

Второй тип — синхронный RS-триггер. Конструктивно это устройство имеет три прямых входа S, R и C. Разница между синхронным и асинхронным триггером заключается в наличии входа синхронизации (C). Это необходимо по следующим причинам: ведь не всегда сигналы поступают на входы устройства (логического элемента) одновременно. Это связано с тем, что они проходят через разные типы и количество узлов с разной задержкой. Это явление называется «конкуренция». В результате таких «соревнований» значения принятого сигнала будут накладываться на предыдущие значения других сигналов. Все это приводит к ложной тревоге устройства.

Это явление можно устранить, подав на вход устройства синхронизированные по времени сигналы. То есть: на вход логического элемента, помимо самих информационных сигналов, подаются импульсы ключевой синхронизации; в этот момент информационные входные сигналы успеют осесть на входах.

Основным условием корректной работы логических каскадов в триггере RS и управляемых ими логических схем является недопустимость одновременного действия сигнала Rt или St, коммутирующего устройства и снятия информации с выхода Q (t + 1) триггера. Следовательно, потенциальные массивы элементов содержат только синхронные элементы.

Синхронный RS-триггер представлен характеристическим уравнением: Q (t + 1) = StCt V R’tQt V QtC’t.

Логические элементы входа И-НЕ передают логический блок переключения с информационного входа S или R на необходимые входы асинхронного триггера RS-типа с инверсными входами, только если на синхронном входе (C) присутствует сигнал с уровень логической единицы.

Режим хранения

Его исходное состояние будет показано в таблице как прошедшее Q. Напомним, что состояний может быть два. Мы вызываем любой блок на входе триггера как действие на него. Ноль — это не влияние. Для начала удалим все эффекты на триггере и убедимся, что состояние триггера не меняется.

Режим установки

Далее воздействуем на триггер через установочный вход. В этом случае состояние триггера будет установлено в единицу, независимо от начального состояния. Этот полезный режим называется настройкой.

Режим настройки триггера

Режим сброса

Теперь воздействуем на элемент памяти через вход Reset. Как видите, из любого прошлого состояния триггер переходит в нулевое состояние, и этот полезный режим работы называется режимом восстановления.

Режим восстановления триггера

Запрещенное состояние

Ради интереса ставим на вход все блоки одновременно. В большинстве учебников это состояние называется запрещенным, хотя ничего запретного в нем нет.

Так называемое состояние запрещенной активации

это просто не нужно в этом режиме. Рассматриваемый триггер называется триггером RS по имени входных линий. Это простой фрагмент памяти, который служит основой для более сложного.

Параллельный регистр

В конце нашего обзора стоит упомянуть, что D-триггеры можно подключать как параллельно, так и последовательно. Если необходимо хранить не бит, а двоичные коды из набора битов, то используется параллельное соединение. Это называется регистр.

Параллельный регистр

Полоса обычно показывает, сколько бит может хранить такая схема.

Сдвиговый регистр

Очень часто возникает необходимость организовать последовательное перемещение битов по одному. Для этих занятий используются шлепанцы серии D.

Регистр сдвига

Теперь у такой схемы на входе не двоичное слово, а бит, но на выходе можно читать несколько хранимых битов одновременно. Обычно рядом с полосой пишется количество таких битов. Самое яркое применение этого дизайна — простая бегущая строка.

Реализация на базе триггеров других типов

Поскольку любой из четырех рассмотренных типов триггеров (RS, D, JK, T) является универсальным, на его основе можно реализовать триггер любого другого типа с помощью дополнительных логических вентилей. В таблице приведены примеры такой реализации.

Задачатип RS-триггер D-триггер JK-триггер TC триггер

Рупий
Д
JK
TC
Т

Практическое использование

Возможность триггеров сохранять записанную информацию даже при удалении внешних сигналов позволяет использовать их в качестве ячеек памяти емкостью 1 бит. Из отдельных элементов вы можете построить массив для хранения двоичных состояний — это принцип, используемый для создания статической оперативной памяти (SRAM). Особенностью этой памяти является простая схема, не требующая дополнительных контроллеров. Поэтому такие SRAM используются в контроллерах и PLM. Но низкая плотность записи не позволяет использовать такие матрицы в ПК и других мощных компьютерных системах.

Об использовании триггеров в качестве делителей частоты упоминалось выше. Бистабильные элементы можно соединять в цепочки и получать разные коэффициенты деления. Эта же строка может использоваться как счетчик импульсов. Для этого необходимо постоянно считывать состояние выходов промежуточных элементов: будет получен двоичный код, соответствующий количеству импульсов, поступающих на вход первого элемента.

В зависимости от типа используемых триггеров счетчики могут быть синхронными или асинхронными. По такому же принципу строятся преобразователи последовательного кода в параллельный, но здесь используются только стробированные элементы. Кроме того, цифровые линии задержки и другие элементы двоичной технологии основаны на триггерах.

Триггеры RS используются как зажимы (глушители дребезга). Если в качестве источников логического уровня используются механические переключатели (кнопки, переключатели), то при нажатии эффект дребезга будет формировать множество сигналов вместо одного. С этим успешно борется триггер RS.

Область применения бистабильных устройств широка. Спектр решаемых с их помощью задач во многом зависит от фантазии дизайнера, особенно в области нестандартных решений.