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.
2.2 Классификация триггеров
Триггеры подразделяются на две большие группы — динамические и статические. Названы они так по способу представления выходной информации.
Динамический триггер представляет собой систему, одно из состояний которой (единичное) характеризуется наличием на выходе непрерывной последовательности импульсов определённой частоты, а другое — отсутствием выходных импульсов (нулевое). Смена состояний производится внешними импульсами. 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 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.
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 (рисунок 2.1).
Рисунок 2.1 - Функциональная классификация триггеров
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 (рисунок 2.2).
Рисунок 2.2 - Классификация триггеров по способу ввода информации
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 (статические) и динамическим (динамические) управлением по входу синхронизации С.
Одноступенчатые триггеры состоят из одной ступени представляющей собой элемент памяти и схему управления, делятся на триггеры со статическим управлением и триггеры с динамическим управлением.
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».
Двухступенчатые триггеры бывают, как правило, со статическим управлением. При одном уровне сигнала на входе С информация, в соответствии с логикой работы триггера, записывается в первую ступень (вторая ступень заблокирована для записи). При другом уровне этого сигнала происходит копирование состояния первой ступени во вторую (первая ступень заблокирована для записи), выходной сигнал появляется в этот момент времени с задержкой равной задержке срабатывания ступени. Обычно двухступенчатые триггеры применяются в схемах, где логические функции входов триггера зависят от его выходов, во избежание временны́х гонок. Двухступенчатые триггеры с динамическим управлением встречаются крайне редко. Двухступенчатый триггер обозначают ТТ.
Триггеры со сложной логикой бывают также одно- и двухступенчатые. В этих триггерах наряду с синхронными сигналами присутствуют и асинхронные.
2.3 RS-триггер
Основным триггером, на котором базируются все остальные триггеры является RS-триггер.
1) RS-триггер имеет два логических входа:
R - установка 0 (от слова reset);
S - установка 1 (от слова set).
2) RS-триггер имеет два выхода:
Q - прямой;
Q- обратный (инверсный).
RS-триггер на элементах ИЛИ-НЕ:
Состояние триггера определяется состоянием прямого выхода. Простейший RS-триггер состоит из двух логических элементов, охваченных перекрёстной положительной обратной связью.
Рисунок 2.3 – RS-триггер на элементах ИЛИ-НЕ
Рассмотрим работу триггера:
Пусть R=0, S=1. Нижний логический элемент выполняет логическую функцию ИЛИ-НЕ, т.е. 1 на любом его входе приводит к тому, что на его выходе будет логический ноль Q=0. На выходе Q будет 1 (Q=1), т.к. на оба входа верхнего элемента поданы нули (один ноль - со входа R, другой - с выхода). Триггер находится в единичном состоянии. Если теперь убрать сигнал установки (R=0, S=0), на выходе ситуация не изменится, т.к. несмотря на то, что на нижний вход нижнего логического элемента будет поступать 0, на его верхний вход поступает 1 с выхода верхнего логического элемента. Триггер будет находиться в единичном состоянии, пока на вход R не поступит сигнал сброса. Пусть теперь R=1, S=0. Тогда Q=0, а =1. Триггер переключился в «0». Если после этого убрать сигнал сброса (R=0, S=0), то все равно триггер не изменит своего состояния.
Для описания работы триггера используют таблицу состояний (переходов).
Обозначим:
Q(t) - состояние триггера до поступления управляющих сигналов (изменения на входах R и S);
Q(t+1) - состояние триггера после изменения на входах R и S.
Таблица 2.1 - Таблица переходов RS триггера в базисе ИЛИ-НЕ
RS-триггер на элементах «И-НЕ»:
RS-триггер можно построить и на элементах «И-НЕ».
Рисунок 2.4 - Схема RS-триггера, построенного на схемах "2И-НЕ"
Входы R и S инверсные (активный уровень «0»). Переход (переключение) этого триггера из одного состояния в другое происходит при установке на одном из входов «0». Комбинация R=S=0 является запрещённой.
Таблица 2.2 - Таблица переходов RS триггера в базисе «2И-НЕ»
Синхронный RS-триггер:
Схема RS-триггера позволяет запоминать состояние логической схемы, но так как при изменении входных сигналов может возникать переходный процесс (в цифровых схемах этот процесс называется "опасные гонки"), то запоминать состояния логической схемы нужно только в определённые моменты времени, когда все переходные процессы закончены, и сигнал на выходе комбинационной схемы соответствует выполняемой ею функции. Это означает, что большинство цифровых схем требуют сигнала синхронизации (тактового сигнала). Все переходные процессы в комбинационной логической схеме должны закончиться за время периода синхросигнала, подаваемого на входы триггеров. Триггеры, запоминающие входные сигналы только в момент времени, определяемый сигналом синхронизации, называются синхронными.
Рисунок 2.5 - Схема синхронного RS-триггера
Таблица 2.3 - Таблица переходов синхронного RS-триггера
3 Синтез логической функции для синхронного RS - триггера
Таблица 3.1 – Таблица истинности синхронного RS-триггера
| R | S | C | Q(t) | Q(t+1) |
| -- | ||||
| -- |
Логическая Схема RS-триггера на базе микросхемы К155ЛА
Рис.3.1. Схема RS-триггера на базе микросхемы К155ЛА3
9. Принципиальная схема RS триггера на базе микросхемы К155ЛА
Рис.3.2 Схема RS-триггера на базе микросхемы К155ЛА3
Заключение
Конец XX и начало XXI века ознаменовались значительными достижениями в области информационных технологий. Персональные компьютеры, мобильные телефоны, автомобильная электроника и многие другие изделия массового спроса придали ускорение новым методам создания печатных плат и печатных узлов. Здесь, прежде всего, следует отметить монтаж на поверхность, создание новых видов корпусов для интегральных схем, а также новых технологических приемов изготовления печатных плат: создание микропереходов, сверхплотный монтаж, применение встроенных пассивных элементов и др.
Зарождаясь как уникальные технологии, они со временем стали доступны для массового производства. Производители технологического оборудования обеспечили поддержку этим процессам, и в настоящее время проектировщик плат должен опираться на новые технологические нормы. Соответствующие изменения происходят в развитии интегральных микросхем.
Уменьшение размеров элементов полупроводниковых структур привело к повышению быстродействия микросхем, увеличению их степени интеграции и повышению функциональной сложности. При этом резко возросло число выводов у корпусов, и видоизменилась их конструкция. Все это сказывается как на топологических аспектах проектирования плат, так и на их электрических характеристиках.
В данной работе были закреплены знания, полученные на лекциях по предмету МСХТ. Реализована логическая функция заданного комбинационного устройства (RS - триггер), составлены его логическая и электрическая принципиальная схемы.