А) на стрелках Пирса; б) на штрихах Шеффера
Рисунок 3 – Условные графические изображения асинхронного RS -триггера:
А) на стрелках Пирса; б) на штрихах Шеффера
Для схемы, изображенной на рис. 2а), активным уровнем является уровень логической единицы; для схемы, изображенной на рис. 2б) – уровень логического нуля. Схема, изображенная на рис. 3б) получила название асинхронного RS -триггера с инверсными входами.
Схема RS -триггера, изображенного на рис. 2а), состоит из двух логических элементов 2ИЛИ-НЕ, связанных таким образом, что выход каждого элемента подключен к одному из входов другого.
Такое соединение элементов в устройстве обеспечивает два устойчивых состояния. Действительно, пусть на входах R и S действуют постоянные для элементов 2ИЛИ-НЕ уровни логического нуля, которые не влияют на состояние триггера. В состоянии 0 триггера на выходе элемента АQ =0. Этот уровень подается на вход элемента В, при этом на обоих входах элемента В действует уровень логического нуля и на выходе этого элемента Q =1.
С выходом элемента В уровень логической единицы поступает на вход элемента А, что и обеспечивает на его выходе уровень 0. Это одно из устойчивых состояний триггера. В состоянии 1 триггера на выходе элемента АQ =1, что обуславливает на выходе элемента ВQ =0, при этом на обоих выходах элемента А действуют уровни 0, что и обеспечивает на выходе этого элемента уровень логической единицы.
Анализ работы триггера показал, что в каждом из состояний триггера элементы А и В оказываются в противоположных состояниях. Переключение триггера из одного устойчивого состояния в другое происходит при подаче активных сигналов на его входы.
Под действием уровня R =1 элемент А установится в состояние, при котором на его выходе Q =0, следовательно, на инверсном выходе Q’ = 1 и, таким образом, триггер устанавливается в состояние 0.
Если триггер и прежде, до подачи сигнала R =1, находится в состоянии 0, то его состояние не изменится. Если же триггер находился в состоянии 1, то при подаче сигнала R =1 произойдет переключение элемента А, и на его выходе установится уровень Q =0. Далее этот уровень действует на вход элемента В, переключает его и на выходе элемента В установится уровень Q =1, после чего триггер оказывается установленным в состояние 0.
Таким образом, при переключении триггера из одного состояния в другое последовательно переключаются его элементы, и время переключения равно удвоенному среднему времени задержки распределения сигнала в логическом элементе 2ИЛИ-НЕ.
Ясно, что чем меньше время переключения триггера, тем большее число переключений можно произвести в единицу времени, что влечет за собой повышение его быстродействия.
Процесс установки триггера в состояние 1 при подаче на вход S уровня логической единицы аналогичен описанному выше процессу.
Одновременная подача активных уровней 1 на оба входа R и S не допускается, так как при этом на обоих выходах установится уровень 0, а после снятия с его входов активных уровней состояние триггера окажется неопределенным.
Как уже отмечалось выше, условия переходов триггеров из одного состояния в другое (алгоритм работы) можно описать табличным, аналитическим или графическим способами. Табличное описание работы RS -триггера, заданного схемой на рис. 2а), представлено в таблице 1 (таблица переходов) и таблице 2 (таблица функций возбуждения).
Таблица 1 – Таблица переходов
| Qt | Qt+ 1 | R | S |
| x | |||
| x |
Таблица 2 – Таблица функций возбуждения
| R | S | Qt+ 1 |
| Qt | ||
| - |
Запрещенной является комбинация входных сигналов, вызывающая неопределенное состояние триггера. Эта комбинация для асинхронного триггера может быть выражена требованием RS = 0. Для удобства нахождения аналитического описания функционирования рассматриваемого триггера объединим таблицы 1 и 2 в одну таблицу 3, на основе которой составим карту Карно с целью минимизации характеристического уравнения.
Таблица 3 - Сводная таблица переходов и функций возбуждения
| Qt | R | S | Qt +1 | Примечания |
| Хранение 0 | ||||
| Установка 1 | ||||
| Нулевое состояние | ||||
| x | Неопределенное состояние | |||
| Хранение 1 | ||||
| Единичное состояние | ||||
| Установка 0 | ||||
| x | Неопределенное состояние |
Аналитическое описание (характеристическое уравнение) асинхронного RS -триггера можно получить из таблицы 3, доопределив в ней значения состояния Q t +1, соответствующие запрещенным комбинациям R и S,сначала единицами, а затем нулями. Для минимизации полученных функций воспользуемся соответствующими картами Карно (рис.4а) и 4б)).
Рисунок 4 – Карты Карно: а) доопределение запрещенных сигналов единицами,
б) доопределение запрещенных сигналов нулями
Склеивая минтермы поочередно, как показано на рис.4, мы получим соответственно два характеристических уравнения (1) и (2), описывающие работу асинхронного RS -триггера. Правая часть уравнения (1) выражена через штрих Шеффера, а правая часть уравнения (2) – через стрелку Пирса.
Уравнению (2) соответствует схема RS -триггера, изображенная на рис.4 а), а уравнению (2) – схема, изображенная на рис.4 б).
Заметим, что зависимость состояния Qt +1 на t +1 такте работы триггера от состояния Qt на такте t характеризует свойство запоминания предшествующего состояния. Описание работы рассматриваемого RS -триггера можно дополнить графом, изображенным на рис.5.
Рисунок 5 - Графический способ описания работы асинхронного RS -триггера
Из рис.5 видно, что схема, которая находилась в состоянии Q =0, сохраняет это состояние как при воздействии входного набора R =1, S =0, так и при воздействии набора R =0, 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 при входных наборах R =0, S =0, либо R =0, S =1 и т.д. Рассмотрим теперь синхронный RS -триггер. К входам S и R подключены конъюнкторы, с помощью которых обеспечивается передача активных уровней информационных входов S и R синхронного триггера на входы S и R входящего в его состав асинхронного триггера только при наличии уровня логической 1 на синхронизирующем входе С.
Рисунок 6 – Схема синхронного RS -триггера
Таким образом, при С =0 на входы асинхронного триггера не передаются активные уровни и триггер сохраняет ранее установленное в нем состояние Qt. При C =1 состояние триггера определяется действующими на входах уровнями так же, как и в рассмотренном выше асинхронном RS -триггере.
Нормальная работа синхронного RS -триггера требует, чтобы за время действия логической единицы на синхронизирующем входе С уровни на информационных входах S и R оставались неизмененными. Смена уровней на входах допускается лишь в то время, когда С =0 и триггер не реагирует на уровни, действующие на входах S и R.
Приведем характеристики других, наиболее распространенных в системах интегральных логических элементов типов триггеров.