Триггеры, их назначение, классификация и основные параметры

Триггером называется ПЦУ, имеющее два устойчивых состояния, в которое переводится входными сигналами, выдавая при этом выходные сигналы.

Триггер содержит собственно элемент памяти и схему управления. Элемент памяти строится на двух инверторах, связанных друг с другом «накрест», так что выход одного соединен со входом другого. Такое соединение, благодаря положительной обратной связи, дает схему с двумя устойчивыми состояниями (рисунок 3).

а) б)

Рисунок 3 – Логические схемы элементов памяти с входами управления на элементах ИЛИ-НЕ (а) и И-НЕ (б)

Чтобы управлять элементом памяти, нужно иметь в логических элементах дополнительные входы, превращая инверторы в элементы И-НЕ либо ИЛИ-НЕ. На входы управления поступают внешние установочные сигналы. Эти сигналы показаны на рисунке 3 штриховыми линиями. Буквой S латинского алфавита (от Set) обозначен сигнал установки в единичное состояние, а буквой R (от Reset) – сигнал установки в нулевое состояние. Состояние триггера считывается по значению сигнала на прямом выходе Q, при этом на инверсном выходе должен быть инверсный сигнал. Для элемента памяти на элементах ИЛИ-НЕ активным уровнем сигнала является единичный, поскольку только он переводит логический элемент в нулевое состояние независимо от сигналов на других входах элемента. Для элемента памяти на элементах И-НЕ активным уровнем является нулевой, однозначно задающий единичное состояние элемента независимо от сигналов на других входах. Одновременная подача активных уровней сигналов установки S и сброса R запрещена, так как приводит к неопределенному состоянию триггера ( или 1).

Триггеры классифицируются по следующим признакам (рисунок 4).

Рисунок 4 – Классификация триггеров

По логике работыразличают RS-, D-, T-, JK-триггеры и др. Кроме того используются комбинированные триггеры, в которых совмещаются одновременно несколько типов, а также триггеры со сложной входной логикой (группами входов, связанных между собой логическими зависимостями).

RS-триггер имеет два входа – установки в единичное состояние (S) и установки в нулевое состояние (R).

D-триггер (от Delay – задержка) имеет один информационный вход D. Его состояние повторяет входной сигнал, но с задержкой, определяемой тактовым сигналом.

T-триггер (от Toggle – переключатель) изменяет свое состояние каждый раз при поступлении входного сигнала. Такой триггер имеет один информационный вход T, называемый счетным входом.

JK-триггер универсален, имеет входы установки J (от Jerk – внезапное включение) и сброса K (от Kill – внезапное отключение), подобные входам RS-триггера. В отличие от последнего, допускает ситуацию с одновременной подачей сигналов на оба эти входа (J=K=1). В этом режиме работает как счетный T-триггер относительно третьего тактового входа.

В комбинированных триггерах совмещаются несколько режимов. Например, RST-триггер является T-триггером, имеющим также входы установки и сброса.

Примером триггера со сложной входной логикой служит JK-триггер с группами входов J₁J₂J₃ и K₁K₂K₃, соединенными операцией конъюнкции: J=J₁ J₂ J₃, K=K₁ K₂ K₃.

По способу записи информации различают асинхронные (нетактируемые) и синхронные (тактируемые) триггеры.

В асинхронных триггерах переход в новое состояние вызывается непосредственно изменением входных информационных сигналов. В синхронных триггерах, имеющих специальный вход синхронизации C (от англ. Clock – часы, синхронизация), переход происходит только при подаче на этот вход тактовых сигналов.

По способу восприятия тактовых сигналов синхронные триггеры делятся на управляемые уровнем и управляемые фронтом. Управление уровнем означает, что при одном уровне тактового сигнала триггер воспринимает входные сигналы и реагирует на них, а при другом не воспринимает и остается в предыдущем состоянии. При управлении фронтом разрешение на переключение дается только в момент перепада тактового сигнала на его фронте или спаде. А остальное время независимо от уровня тактового сигнала триггер не воспринимает входные сигналы и остается в неизменном состоянии. Триггеры, управляемые уровнем, называют также триггерами со статическим управлением, а управляемыефронтом – c динамическим управлением.

Динамический вход синхронизации C может быть прямым или инверсным. Прямое динамическое управление означает разрешение на переключение при изменении тактового сигнала с нулевого значения на единичное, инверсное – при изменении тактового сигнала с единичного значения на нулевое.

По характеру процесса переключениятриггеры делятсяна одноступенчатые и двухступенчатые. В одноступенчатом триггере переключение в новое состояние происходит сразу, в двухступенчатом – по этапам. Двухступенчатый триггер состоит из входной и выходной ступеней. Переход в новое состояние происходит в обеих ступенях поочередно. Один из уровней тактового сигнала разрешает прием информации во входную ступень при неизменном состоянии выходной ступени. Другой уровень тактового сигнала разрешает передачу нового состояния из входной ступени в выходную.

В таблице 2 показаны условные графические обозначения (УГО) различных типов входов синхронизации C в синхронных триггерах, а также временные диаграммы процессов переключения.

Таблица 2 – Условное графическое обозначение входов синхронизации С и временные диаграммы процессов переключения

Тип входа С	Условное графическое обозначение	Временные диаграммы процессов управления
Прямой статический
Инверсный статический
Прямой динамический
Инверсный динамический
Инверсный статический

Как видно из таблицы 2, двухступенчатый триггер обозначается двумя буквами T. Эти триггеры часто называют также триггерами типа MS (от англ. master-slave, т.е. «хозяин-раб»). Эта аббревиатура отражает характер работы триггера: входная ступень вырабатывает новое значение выходной переменной Q, а выходная его копирует. Такие триггеры называют еще триггерами с внутренней задержкой.

В цифровой схемотехнике используется термин «триггер-защелка» (от англ. latch). Под этим понимается триггер, который прозрачен при одном уровне тактового сигнала и переходит в режим хранения при другом, т.е. «защелкивает» входные данные.

С тактированием триггера связаны два важных параметра – время предустановки t_su (от англ. set-up time) и время выдержки t_H (от англ. hold time). Эти параметры свойственны не только триггерам, но и другим устройствам. Время t_su – это интервал до поступления синхросигнала, в течение которого информационный сигнал должен оставаться неизменным. Время выдержки t_н – это время после поступления синхросигнала, в течение которого информационный сигнал должен оставаться неизменным. Соблюдение времен предустановки и выдержки обеспечивает правильное восприятие триггером входной информации.

Рисунок 5 – Определение параметров предустановки и выдержки для синхронных триггеров

Ряд других временных параметров триггеров непосредственно связан с задержкой сигнала при прохождении через триггер и не требует специальных пояснений.