И. Хабловски - Электроника в вопросах и ответах

1. Если на обоих входах состояние 0, то состояние триггера зависит от логических величин, существовавших в предыдущем состоянии, либо является случайным, причем выходы Q и Q¯в соответствии с допущением всегда имеют противоположные значения.

2. Если на входе S состояние 1, а на входе R состояние 0, то для S = 1 и R = 0 имеем Q = 1 и Q¯ = 0. Такое состояние сохраняется также и в том случае, когда входы принимают значения, равные 0.

3. Если имеем R = 1 и S = 0, то Q = 0 и Q¯ = 1.

4. Если R = 1 и S = 1, но должно было бы быть Q = 0 и Q¯ = 0, однако это противоречит допущению, что один из выходов является отрицанием другого. Это означает, что рассматриваемый триггер не может применяться в схемах, в которых могут одновременно появляться единицы на обоих входах. Это запрещенное или неопределенное состояние.

Рис. 12.16. Схема триггера RS на двух элементах ИЛИ — НЕ (а) и условное графическое обозначение (б)

Работу триггера RS можно представить в виде таблицы состояний (таблицы истинности или таблицы переходов, табл. 12.6).

При использовании для построения триггера RS двух элементов И — НЕ запрещенное состояние (по сравнению с триггером на элементах ИЛИ — НЕ) соответствует условиям S = 0 и R = 0, а предыдущее состояние наблюдается для R = 1 и S = 1. Работа такого триггера представлена на рис. 12.17 в виде соответствующей временной диаграммы.

Рис. 12.17. Временное диаграммы для триггера RS, состоящего из двух элементов типа И — НЕ

Вариант триггера на элементах И — НЕ более экономичен, так как стоимость интегральных микросхем И — НЕ меньше стоимости схем ИЛИ — НЕ. Графическое обозначение триггера RS, которое можно встретить в литературе, показано на рис. 12.16, б.

Аналогичным способом можно рассмотреть работу триггера, собранного обычным способом из дискретных элементов, например триггера, представленного на рис. 10.28. Если входы R и S соединим с базами транзисторов Т1 и Т2 то выходы Q и Q¯ будем иметь на коллекторах Т1 и T2.

Это триггеры, имеющие два типа входов: синхронные и тактовые. Синхронные входы, называемые также программирующими или информационными, не вызывают мгновенного изменения состояния на выходе. Для того чтобы такое изменение могло наступить, необходимо присутствие тактового импульса на специальном входе, называемом также тактирующим или управляющим. Программирующих входов может быть несколько, тактирующий вход только один. Тактирующий вход позволяет триггеру работать синхронно во времени с другими схемами данного устройства.

Тактовые входы могут запускаться, в частности, фронтом подводимого импульса, либо соответствующим уровнем входного сигнала, либо путем использования метода «ведущий — ведомый» (англ. master — slave).

Встречаются различные обозначения входов триггеров на схемах. Асинхронный вход записи (установки) обозначается обычно W, S или Р, стирающий вход (сброс) — как Z, R или С. Синхронные входы имеют обозначения, зависящие от типа триггера, например J, К, D. Тактирующий вход обозначается буквой Т или С. Выходы триггеров обозначаются как Q и Q¯.

Пример схемы триггера D-типа представлен на рис. 12.18, а. Это триггер, образованный, например, из одного элемента НЕ, двух элементов И и двух элементов ИЛИ и характеризующийся тем, что он передает информацию с синхронного входа D на выход Q в том случае, когда сигнал на тактирующем входе Т соответствует состоянию 1. Для Т = 0 вход D блокируется, т. е. триггер не считает сигнал с этого входа и он не влияет на состояние триггера, а ранее введенная информация сохраняется. Недостатком триггера D является передача на выход помех, имеющихся на входе при Т = 1.

В зависимости от типа тактирующего входа различают триггеры D, запускаемые фронтом импульса и уровнем. Условное графическое изображение триггера D показано на рис. 12.18, б.

Рис. 12. 18. Схема триггера D, состоящего из пяти элементов НЕ, И или ИЛИ (а), и условное графическое обозначение (б)

Пример схемы триггера Т, образованного из четырех элементов И — НЕ, и его графическое обозначение представлены на рис. 12.19, а, б. Триггер Т меняет состояние выхода на противоположное, если состояние на входе изменяется с 0 на 1. Его можно также осуществить, используя, например, триггер D, если соединить вход D с выходом Q (рис. 12.20).

Рис. 12.19. Схема триггера Т, состоящего из четырех элементов И — НЕ (а), и условное графическое обозначение (б)

Рис. 12.20. Триггер Т, созданный на базе триггера D

Триггер JK имеет два программирующих входа: J и К, один тактирующий вход, а также выходы, позволяющие предварительную установку триггера (R и S). Возможны различные практические реализации с разным составом логических элементов. Графическое изображение триггера JK показана на рис. 12.21.

Рис. 12.21. Условное графическое обозначение триггера JK

Таблица состояний триггера (табл. 12.7), включающая состояние выхода как перед подачей (Q0) тактового импульса на тактирующий вход, так и после его подачи (Q1), имеет следующий вид:

Из табл. 12.7 видно, что состояние, в котором устанавливается триггер, зависит не только от состояний, существующих в данный момент ка входах J и K, но и от состояния, в котором триггер находился перед этим. Если J = 1 и К = 1, то появление тактового импульса вызывает изменение состояний выходов, так же как для триггера Т при Т = 1. Если J = 0 (или К =0, или J = К = 0), то триггер JK работает так же, как триггер RS, и состояние на другом программирующем входе не имеет значения.

На рис. 12.22 приведены временные диаграммы, иллюстрирующие работу триггера JK.

Рис. 12.22. Временная диаграмма для триггера JK

Определение «ведущий — ведомый» происходит от англ. master-slave (или «хозяин — слуга» или «главный — вспомогательный») и относится к методу и схеме запуска тактирующего входа триггера, например типа JK. При запуске тактового входа, например фронтом импульса, существует сильная зависимость работы триггера от крутизны этого фронта и часто также от длительности импульса, т. е. в целом от его формы и искажений. Для устранения этих нежелательных влияний часто осуществляют двухступенчатый запуск с использованием, например, двух статических триггеров, главного и вспомогательного, включенных каскадно. Характерной чертой такого решения является отделение фазы записи информации на триггер от фазы передачи этой информации на его выход. Это означает также, что вход одного каскада блокируется на время записи информации на другой каскад, что увеличивает надежность работы триггера и значительно уменьшает влияние формы сигнала и искажений.

Триггер JK «ведомый — ведущий» сокращенно обозначается JK — MS.

Возможности применения триггеров RS, D, JK и др. в цифровой технике весьма велики. Одним из типичных применений являются запоминающие регистры и регистры сдвига. Регистры сдвига используются для преобразования последовательной информации в виде последовательности импульсов в информацию, закодированную параллельно (или наоборот), а также для сдвига или задержки последовательной информации. Пример регистра такого типа, собранного из триггеров D, представлен на рис. 12.33. а, б с временными диаграммами.