Как работать с триггерами

Принцип работы, назначение и сферы применения триггеров

Под определение триггера попадают довольно много схем в электронных устройствах. Их общая черта — это способность находиться в одном из двух устойчивых состояний, которые сменяют друг друга под воздействием какого-либо сигнала. Кроме того, триггеры обладают двоичной памятью, то есть могут запоминать своё положение и оставаться в нём даже после прекращения влияния переключающего фактора, таким образом запоминая разряд числа в двоичном коде.

Описание и принцип работы

В широком смысле триггером (от английского trigger — спусковой крючок, запускающий механизм) называют любой импульс или событие, ставшее причиной чего-либо. Термин применяют в электронике, психологии, медицине, программировании и других областях деятельности. В создании микросхем и других устройств так называют элемент, который способен принимать одно из двух стойких состояний (0 или 1) и сохранять их в течение долгого времени.

Положение триггера зависит от получаемых им сигналов на прямом и инверсном выходах. Отличительной чертой устройства является то, что его переход из одной позиции в другую обусловлен не только получением внешних инструкций, поступающих от выбранной системы управления, но и посредством обратной связи. То есть текущее положение элемента зависит от предыстории его работы.

Триггеры могут сохранять свою память только при постоянном поступлении напряжения. Если его отключить, а затем снова подключить, устройство перейдёт в случайное состояние. Поэтому при конструировании устройства важно предусмотреть способ, которым он изначально будет вводиться в правильное положение.

В основе любого триггера лежит схема, которая состоит из двух логических элементов типа И-НЕ либо ИЛИ-НЕ, имеющих друг с другом обратную положительную связь. Такой тип подключения позволяет системе иметь всего два возможных устойчивых состояния, из которых выбирается одно. Важной деталью является то, что после того как триггер перешёл в положение, он может сохранять его сколько угодно времени, до тех пор, пока не будет подан очередной управляющий сигнал.

Другой характерной особенностью устройств является возможность мгновенного осуществления перехода от одного состояния в другое после получения соответствующей команды. Задержка настолько мала, что её можно не учитывать при проведении расчётов.

Число входов может быть разным и зависит от требуемых функций. Если подать сигнал одновременно на два из них, то он примет произвольную позицию после прекращения их поступления. По своим функциям входы делятся на несколько типов, которые входят в две большие группы: информационные и управляющие. Первые из них получают сигналы и запоминают их в виде информации, в то время как вторые разрешают или запрещают её запись, а также выполняют функцию синхронизации. На схемах они имеют следующие обозначения:

• S — устанавливает триггер в состояние «1» на прямом выходе;
• R — противоположен S, сбрасывает состояние обратно на «0»;
• С — вход синхронизации;
• D — принимает информацию для последующего занесения на триггер;
• T — счётный вход.

Комбинация разных типов входов и выходов определяет то, как работает триггер. Существует множество схем этих устройств, использующихся для разных целей.

Классификация триггеров

Триггерные системы отличаются друг от друга по функциональному признаку, типу управления, числу возможных состояний и уровней, способу реагирования на помехи, составу основных логических элементов и другим особенностям. Однако все они, начиная от самых простых схем и заканчивая сложными многоступенчатыми структурами с множеством состояний, работают по одинаковому принципу.

Вам это будет интересно Понятие, виды и свойства электрического тока

Общие различия

Триггеры делят на несколько больших групп по функциональным и практическим различиям. Вот некоторых из них:

• По принципу управления они бывают статические (или потенциальные) и динамические. Первые реагируют на непосредственную подачу сигналов на вход, соответствующих единице или нулю. Вторые воспринимают изменение сигнала с одного на другой.
• Статические, в свою очередь, делятся на две группы: симметричные и несимметричные. Они отличаются по внутреннему строению электрических связей в схеме — у симметричных они идентичны во всех отдельных ячейках устройства. Именно они составляют основную массу триггеров.
• По функциональным особенностям. Самый частый тип такой классификации — синхронные и асинхронные. Первые приходят в действие только при смене такса с нуля на единицу или наоборот, в то время как вторые воспринимают непосредственный момент появления сигнала.
• Согласно количеству ступеней и уровней.
• По реагированию на возникновение помех триггеры можно поделить на прозрачные и непрозрачные, которые, в свою очередь, бывают проницаемыми и непроницаемыми.
• В соответствии с числом возможных устойчивых состояний. Чаще всего их два, но бывают и троичные, четверичные и прочие элементы.
• По логическому составу, количеству и соотношению элементов И-НЕ и ИЛИ-НЕ.
• Со сложной и простой логикой.

Все системы классификации триггеров взаимодействуют и дополняют друг друга. Например, двухступенчатый триггер может быть синхронным или асинхронным, иметь статическое или динамическое управление и так далее. Выделены также отдельные виды этих систем с разными названиями.

Типы устройств

Говоря о различиях триггеров, стоит рассмотреть их отдельные типы. Самый простой из них — это RS-триггер, на основе которого строятся все остальные разновидности этих устройств, потому именно с него нужно начинать знакомство «для чайников». Это асинхронный тип системы, который состоит из двух входов — S (от английского set — установить) и R (соответственно, reset — сбросить). Он может работать как на основе логических систем И-НЕ, так и на ИЛИ-НЕ. В первом случае входы будут прямыми, во втором — инверсными.

Вам это будет интересно Клеммные колодки Wago для электрических соединений

Подача активного сигнала на элемент S приведёт РС триггер в состояние логической единицы, а на R — сбросит его до нуля. Если их подать одновременно, результат зависит от реализации схемы, а когда убрать, то он будет определён случайным образом.

Из-за низкой устойчивости к помехам такой тип устройства редко применяют в электронике и микросхемах. Чаще всего его используют для устранения так называемого дребезга контактов — многократных хаотичных замыканий и размыканий, вызванных упругостью используемых для них материалов и происходящих после их подключения.

Система типа RS является асинхронной. Если возникает необходимость сохранить поступаемую на неё информацию, к устройству подключают отдельно составленную систему управления, которая будет переводить его в режимы хранения и записи.

Вторым типом является D триггер (по некоторым данным, название происходит от английского слова delay — задержка, по другим — от data — данные). В его составе должны присутствовать минимум два элемента: D-вход для получения информации и C — для синхронизации. Такие системы бывают статичными и динамичными. Первые записывают данные всё время, при котором уровень сигнала на C соответствует единице, вторые — только тогда, когда происходит перепад напряжения.

Вход на схеме D триггера изображается в виде треугольника. Когда его вершина направлена на микросхему, то его ввод прямой, а если наоборот — инверсный.

Информация на выходах в этом типе системы задерживается по сравнению с входной на один такт. Поскольку она остаётся неизменной до активации очередной команды синхронизации, устройство как бы помнит её, что и позволяет ему выполнять свои основные функции. Главная из них — это создание регистров сдвига и хранения для управления записью информации. Это очень важные элементы, без которых невозможно создать даже простейший микропроцессор.

Из-за того, что все изменения на входе D системы точно повторяются на её выходе, иногда возможны ложные срабатывания контролируемых ею устройств. Чтобы избежать этого, необходимо создать двухступенчатый триггер. Его первая ступень записывает информацию, но во вторую она не попадает до поступления сигнала перезаписи. Затем, после получения команды, первая ступень переходит в режим хранения, а вторая переписывает с неё данные, что помогает избежать состояния их «прозрачности».

Двухступенчатые триггеры обозначают как TT. Они могут управляться как статически, так и динамически.

T триггер (от слова «toggle», которое значит «переключатель») ещё называют счётчиковым, так как это простейший вариант счётчика до двух. Состоит из входа T и выхода C. Синхронные системы такого типа переключаются по каждому тактовому импульсу на выводе, в то время как работа асинхронного зависит от состояния ввода. Когда оно соответствует единице, при получении импульса на выходе триггер меняет своё значение на противоположное, а если равно нулю, то никакой реакции не происходит.

Вам это будет интересно Устройство и принцип работы трансформатора тока

Построить такую асинхронную систему можно на основе JK или двухстепенного D-триггера. Её в основном применяют для деления частоты вдвое.

Последний из используемых наиболее часто видов — JK триггер. По принципу работы он почти идентичен RS. Его единственное отличие в том, что система типа JK меняет своё состояние на противоположное при подаче единицы на оба входа. Это помогает избежать возникающих иногда неопределённостей.

JK иногда называют универсальным триггером. У этого есть две причины. Первая — широкий спектр применения подобных элементов. Второе — тот факт, что из него можно легко получить любой другой тип системы, если это зачем-то понадобится.

Практическое использование

Чаще всего триггер используется для генерации сигнала, длительность которого соответствует продолжительности процесса в системе, которую он контролирует. Он может как непосредственно разрешать его начало и конец, так и передавать другим элементам информацию о том, что процесс запустился. Таким образом достигается контроль системы, далее нужно только позаботиться о разрешении ситуации неопределённости.

Вторая важная функция триггера — синхронизация процессов. Это помогает избавиться от лишних и случайных импульсов, возникающих, например, когда несколько входных сигналов изменились в течение очень короткого промежутка времени. Кроме того, с помощью триггеров можно «пропустить» в систему только полные по длительности импульсы или задержать поступающую информацию.

Реализация триггеров и их применение на практике происходит в различных устройствах для запоминания и хранения памяти. Именно этот элемент представляет собой базовую ячейку ОЗУ, способную хранить 1 бит информации в статическом состоянии. Кроме того, его используют для следующих целей:

• в качестве компонентов для создания микросхем различного назначения;
• как организатор вычислительных систем;
• в регистрах сдвига и хранения;
• для изготовления полупроводниковых систем, например, транзисторов и реле.

Триггер является не только базовым элементом электроники, но и простейшим кибернетическим устройством, способным выполнять свою логическую функцию, одновременно поддерживая обратную связь. Таким образом, он используется для создания множества механизмов, целью или условием работы которых является возможность запоминания, хранения, передачи и преобразования информации. Найти триггер можно в любом приборе, начиная от систем переключения питания и заканчивая элементами цифровой микроэлектроники.

Создание запчастей для компьютеров, мобильных телефонов, роботов, управляющих панелей, транспорта и многих других приборов невозможно без использования триггеров. Применяют их и для изготовления простых схем на основе электромагнитного реле — такие конструкции всё ещё используются благодаря своей простоте и высокой защите от помех, несмотря на высокое потребление энергии.

Помогла статья? Оцените

Применяем D-триггер в электронных приборах

Триггеры различных видов зачастую входят в состав различной простой схемотехники, где не требуется применение микроконтроллеров. Они могут сохранять ранее установленные значения, изменять их, производить запись логического нуля или единицы. D-триггер является одним из наиболее распространённых видов таких устройств. Он позволяет осуществлять задержку сигналов, а также хранить информацию на протяжении нужного времени.

Какие бывают триггеры

Действие триггеров основывается на определенных принципах, зависящих от их типа. Эти логические устройства принимают входные сигналы, которые ими и управляют. Выходная информация зависит от сигнала, поступившего на вход и от полученного на предыдущем этапе. Следовательно, D-триггер реагирует и на существующие в данный момент значения, и на поступившие ранее.

Условно-графическое обозначение (УГО) Д-триггера демонстрирует, что у него вход D является информационным, а второй, обозначенный буквой С, используется для синхронизации записи и позволяет сохранить на выходе состояние, которое было на входе в момент его изменения в 1 (что называется режим «прозрачности»).

Триггер может быть синхронный (тактируемый) и асинхронный (нетактируемый). В первом случае устройство учитывает тактовые сигналы. В любой вычислительной системе все действия выполняются с привязкой к сигналам такого типа с целью обеспечения согласованной работы.

Использование тактовых сигналов в синхронных триггерах означает, что срабатывание по заложенному принципу происходит не в любой момент времени, а лишь тогда, когда на управляющем входе наблюдается определенное событие. Например, если осуществляется переход тактового импульса от максимального значения до нулевого или наоборот. У асинхронных устройств такой привязки нет. В них переход из одного режима в другой выполняется перепадом напряжения.

Триггеры представляют собой достаточно сложные электронные схемы, но они обеспечивают выполнение простого и понятного принципа преобразования входных сигналов в выходные. D-триггеры называют еще «защелками», что наглядно поясняет их принцип работы.

Как работает D-триггер

Входы D-триггера разделяются на информационные (управляющие) и вспомогательные. Последние предназначены синхронизировать работу устройства. Первые устанавливают на входе определённую комбинацию двоичных чисел, которая будет учитываться при формировании выходного сигнала. Управляет логикой работы тактовый сигнал. Именно он определяет момент срабатывания триггера, а от его характеристик зависит состояние выходного сигнала.

D-триггер называют еще триггером задержки, поскольку он способен задерживать входной информационный сигнал на один такт. Время задержки определяется частотой импульсов синхронизации. Если информационный сигнал изменится, то выходной повторит его изменение, но лишь после того как тактовый сигнал примет значение, равное единице. Пока его значение будет оставаться нулевым, сигнал на выходе меняться не будет.

Работа любого D-триггера отражается в таблице истинности. Как видим, таблица истинности статического D-триггера достаточно простая. Она показывает, что нулевое значение управляющего сигнала обеспечивает хранение предыдущего значения сигнала на выходе на протяжении любого нужного периода времени. На практике речь идёт о том времени, когда к устройству подключено электропитание.

В представленной таблице истинности приведена информация о срабатывании D-триггера при значении C = 1. На практике применяется ещё один вариант, когда срабатывание происходит по переднему фронту импульса. То есть, выходное значение становится равным входному в тот момент, когда значение управляющего импульса меняется с нуля на 1. Логический элемент, в котором используется управление по уровню напряжения, называется статический D-триггер, а по фронту — динамический.

Когда применяется управление по фронту, срабатывание происходит при изменении управляющего значения. Может применяться два варианта — по переднему фронту или по заднему. При использовании первого варианта значение меняется с 0 на 1, второго — с 1 на 0.

Помимо таблицы, для описания работы логических элементов используются еще временные диаграммы.

Усложнённый вариант триггера

Иногда используется усложнённый вариант, когда добавляется ещё один вход. Обычно его обозначают буквой R. Если на него подается сигнал с нулевым значением, он не оказывает никакого влияния на работу элемента. В том случае, когда на вход R поступает сигнал с единичным значением, происходит сброс Q в 0. Этого же можно добиться на классическом D-триггере, если использовать C = 0 и D = 0.

Схемы реализации D-триггера

Существуют разные варианты построения данного логического элемента. Ниже представлена схема одноступенчатого D-триггера с применением элементов И-НЕ. Входы у него прямые статические. Элементы, обозначенные DD1.1 и DD1.2, задействованы в схеме управления, а на остальных построен асинхронный RS-триггер.

Роль каждого элемента будет проще понять, изучив принцип работы Д-триггера. Из схемы видно, если C = 0, то логическая операция И создаст нулевое значение независимо от вторых входных значений на DD1.1 и DD1.2. Операция отрицания сформирует единицу на выходе обоих этих элементов.

На входе третьего элемента будет два значения: единица и отрицание Q. Операция И на выходе сформирует отрицание Q. Отрицание приведёт к тому, что на выходе будет значение Q, совпадающее с тем, которое здесь было раньше.

На четвертый элемент поступят единица и Q. Результатом применения И будет Q. После применения отрицания на выходе этого элемента будет отрицание Q. Следовательно, и в этом случае значение не изменится.

Теперь нужно рассмотреть ситуацию, когда на управляющем входе единичное значение. Если D = 0, то после применения И будет получен ноль, а в результате отрицания выходным значением DD.1 станет единица, которая будет передана на вход DD1.2.

В DD1.2 на входе имеется две единицы, значит операция И сформирует 1, а отрицание даст 0. Следовательно, на DD1.4 на выходе будет единица, что соответствует нулевому значению Q. По такому же принципу рассчитываются остальные варианты.

Схему D-триггера можно получить из синхронного RS-триггера за счет введения дополнительного элемента И-НЕ1, соединяющего оба инверсных входа в один информационный. Это позволяет исключить состояние неопределенности для S и R.

Существуют еще комбинированные D-триггеры. Они имеют входы S и R, предназначенные для асинхронной установки логического 0 и 1. С помощью этих входов устройству можно придать первоначальное определенное состояние.

На схеме видно, что из 6 элементов И-НЕ построен D-триггер, его принцип работы следующий: при наличии 1 на входе R и нуля на C, D, S будут оставаться закрытыми элементы с первого по пятый. Шестой элемент при этом будет открытым, то есть, Q = 1, а /Q = 0. Первый элемент откроется, если с входа S будет снят нулевой сигнал. Состояние остальных элементов не изменится.

Когда на вход С поступит единичный сигнал, на всех входах третьего элемента появится такой же сигнал, в результате чего он откроется. Шестой элемент при этом закроется и /Q = 1. Затем на входы пятого элемента также поступят единичные сигналы, и он примет открытое состояние, а Q = 0. В результате после переключения триггера на выходе Q появится сигнал идентичный тому сигналу, который был на входе D до переключения, то есть, Qn+1 = Dn = 0. Если же с входа С снимается единичный сигнал, состояние триггера не меняется.

Достаточно просто схема D-триггера реализовывается на КМОП микросхемах. В подобных устройствах функции логических элементов И выполняют обычные транзисторные ключи.

После поступления синхросигнала высокого уровня на вход С транзистор №1 открывается, обеспечивая поступление сигнала с D на Q. При этом задействуется первый инвертор. В данной ситуации второй транзистор остается закрытым. Он отключает инвертор, построенный на транзисторах VT1 и VT3. Включается этот инвертор после поступления низкого потенциала на вход С.

D-триггеры входят в состав многих микросхем. Например, в микросхеме ТМ2 содержится два таких элемента, ТМ5, ТМ7, ТМ8 — четыре, ТМ9 — шесть.

Применение D-триггеров

Способность сохранять информацию позволяет применять D-триггеры для реализации устройств памяти. Эти работающие элементы способны сохранять нужный режим на выходе до тех пор, пока не будет подан управляющий сигнал для изменения. Триггер даёт возможность, как вносить двоичную информацию, так и хранить и считывать её.

Понимая, что такое Д-триггер, его можно применить для создания регистра-защёлки. Эти устройства важны в определённых ситуациях. Иногда сигнал длится на протяжении очень небольшого промежутка времени и микросхема может не успеть среагировать на него. В подобных случаях выгодно использовать ещё одну микросхему, на которой сохранятся необходимые значения на протяжении времени, достаточного для выполнения нужных действий.

Одно из основных назначений D-триггера — использование в счетном режиме. Чтобы заставить его работать в качестве счетчика импульсов, достаточно на вход D подать сигнал с его собственного инверторного выхода. В таком режиме по приходу каждого импульса на вход С триггер будет менять свое состояние на противоположное, как показано на временной диаграмме.

Делитель частоты — устройство, способное изменять частоту выходного сигнала относительно входного значения. Используя каскадное соединение нескольких элементов, можно построить делители частоты, обладающие различными коэффициентами деления. Два D-триггера, соединенных последовательно, обеспечивают получение выходного сигнала, частота которого в четыре раза меньше по сравнению с той, что была на входе. Три последовательно соединенных элемента будут делить ее на восемь, а четыре — на шестнадцать.

При создании цифровых схем, действие которых синхронизируется единым тактовым генератором, очень часть бывает необходимо добиться синхронизации действующей схемы и внешнего входного сигнала. То есть, асинхронный сигнал должен преобразоваться в синхронный для всей системы, в которую он поступает. Эту задачу можно решить путем установки D-триггера.

Триггер способен выполнять логическую функцию и при этом поддерживать обратную связь. Именно поэтому его используют при создании многих устройств, предназначенных для запоминания, хранения, передачи и преобразования информации. Найти эти элементы можно в самых разных приборах, включая и устройства цифровой микроэлектроники.

Виды триггеров и особенности их работы

Электроника предполагает точное выполнение заданной программы с учетом текущего состояния всей логической схемы. За часть работы электронной цепи отвечают триггеры. Статья опишет — основные типы триггеров, их устройство и принцип работы, а так же расскажет зачем такие устройства используются в электронных схемах. Отдельно будет описан симметричный триггер.

Определение

Что такое триггер? Триггером называют электронное устройство, обладающее способностью довольно долгое время находиться в 1-ом из 2-х стабильных состояний, а так же чередовать их из-за воздействия какого-то внешнего сигнала. Триггер — это по сути простая электроника, от которой зависит работоспособность более сложных систем

Он способен хранить двоичную информацию (ноль или один) после того, как перестанут действовать входные импульсы. Основное назначение устройства, это переключение из одного состояния в другое. Хранит триггер в своей памяти 1 бит информации, которые и определяют его текущее состояние: логический «0» или логическая «1».

Какие входы есть у триггера? Любой триггер может иметь несколько входов, которые бывают:

1. Информационными. Они отвечают за общее состояние устройства в момент работы всей цепи.
2. Управляющими. Отвечают за установку триггера в предварительное положение и за его дальнейшую синхронизацию.

Работа устройства строится на 2 элементах «И-НЕ», 2 «ИЛИ-НЕ» и других, некоторые разновидности триггеров работают на логических элементах КМОП, ТТЛ, ЭСЛ. Принцип работы любого триггера зависит от количества входов/выходов, а также от типа самого устройства.

В электронике используются устройства на транзисторах или микросхемах. Транзисторные модели применяются при сложных интегральных схемах старого типа. Логическая микросхема обладает меньшими габаритами, хранит информацию без перегрева и перегрузок. Поэтому их используют в более миниатюрных и сложных цепях современной электроники.

Разновидности

Для того чтобы разобраться как работает триггер, необходимо понять к какому классу и типу он относится. Существуют 2 основных класса этих устройств:

1. Синхронные с двумя основными классами: статическими и динамическими.
2. Асинхронные.

Обе разновидности имеют схожий принцип работы. Отличие заключается только в процессе перехода сигнала из одного состояния в другое. Асинхронные делают это напрямую, а синхронные работают исходя из этого сигнала.

Асинхронные

Асинхронные RS-триггер имеет 2 основных входа «R» и «S». Также предусматриваются выходы «Q» и «Q−». Устройство RS триггера позволяет выполнять следующую последовательность:

1. Вход «S» является установочным. На него подается высокое напряжение, вследствие чего логический выход «Q» устанавливается как «1».
2. Вход «R» отвечает за сброс положения. Высокое напряжение в виде логической «1» на этом входе предполагает установку 0 на выходе «Q», а на выходе «Q–» – «1».

Асинхронный RS-триггер условно работает следующим образом:

1. При подаче напряжения на вход «S» устройство включается и хранит такое состояние даже при потере положительного сигнала.
2. При подаче сигнала на вход «R» устройство отключается, при этом сохраняя логический 0 на выходах.

Схема RS-триггера асинхронного типа самая простая. Она работает без синхронизации с дополнительным входом. Используется RS компонент в простых элементах или как дополнение для более сложных триггеров.

Далее будет представлена УГО, таблица истинности и общая схема такого триггера.

Синхронные

Немного более сложное устройство. Работают с дополнительной синхронизацией сигналов. Эти RS-триггеры также имеют входы «R» и «S», а также выходы «Q» и «Q–». Отличие заключается в наличие синхронизирующего входа «С». Этот контакт нужен для синхронизации входящих сигналов. Называют этот вход «clock» или тактовый. Триггер имеет следующий принцип работы:

1. Первоначально сигнал поступает к контакту входа «С» и проходит синхронизацию.
2. С контакта «С» сигнал поступает на вход «S» в виде логической 1 или высокого напряжения.
3. На «Q» устанавливается логическая 1, а сам цепь при этом включается.

Синхронизация используется для снижения части помех. Часто RS-триггеры этого типа используют для цепей с параллельным подключением, значительно снижая помехи от элементов с высокой магнитной индуктивностью.

Графическое обозначение, таблица истинности и диаграмма устойчивых состояний устройства представлена ниже.

Асинхронные и синхронные модели далеко не единственные, которые использует схемотехника для построения логических моделей работы. Далее будут представлены разновидности триггеров с иным принципом работы.

D-триггер

Эти виды простых триггеров так же используют для хранения информации о своем текущем состоянии один бит памяти. Используют его в простых электронных схемах вычислительных устройств и автоматики. Данная модель также относится к синхронному типу и имеет вход «С». Главное отличие заключается в замене 2 входов «R-S» на один контакт «D». Применение всего одного входа и наличие синхронизации позволяет значительно упростить работу устройства. Для работы D-триггера используется следующая схема:

1. На контакт «С» поступает сигнал логической 1 или высокое напряжение.
2. Сигнал проходит синхронизацию.
3. Поступает на контакт входа D.
4. Если выход «Q» находился в состоянии логической 1, то он включается.
5. Если на выходе «Q» находился логический 0 или этот контакт находился в состоянии сброса, логическая 1 передается на выход «Q−».

Иными словами, состояние триггера на выходе зависит от его предыдущего положения. Если предыдущее положение было в состоянии высокого напряжения, то на этот выход поступит логическая 1. Если положение было в состоянии сброса, то логический 0.

Практически все D-триггеры являются динамическими. При динамическом управлении состоянием триггера используется понятие фронта. Фронтом называют переход от 1 к 0. Подразумевается 2 вида фронта:

1. Передний. При этом положении осуществляется переход от 0-1.
2. Задним фронтом является переход сигнала от 1 к 0.

Существуют разновидности D устройств с дополнительным входом V. Название этого входа расшифровывается как проверочный. Работает такой элемент с неким замедлением. Оно необходимо для предварительной синхронизации сигнала, с его последующим подтверждением. При этом не играет особой роли, сколько памяти занято в устройстве. Обычные и DV-триггеры предназначены для работы в сложных устройствах с множеством ячеек. Например, в электронных счетчиках эти устройства отвечают его за актуальное значение. При его смене состояние триггера изменяет свой фронт.

Далее приведена таблица истинности и УГО фронтов.

Т-триггер

Триггеры типа T на логических элементах включают в себя многие возможности ранее описанных устройств. Есть модели асинхронного и синхронного типа, динамические и с дополнительным подтверждающим входом.

Асинхронные

При получении положительного сигнала на вход, на выходе получается напряжение в 2 раза выше входного. Такой эффект возможен только при импульсном сигнале, поступающем на T вход. При этом частота поступления по временной шкале не имеет препятствий, а значит сигнал доходит гораздо быстрее. Асинхронные T устройства в состоянии логической 1 на выходе имеют противофазу инверсного выхода.

Синхронные

Эти T-триггеры подобны асинхронным. Исключение состоит в наличие тактового сигнала на входе. Также существует противофаза на инверсном выходе и появление удвоенного напряжения.

Устройство T элементов можно легко отнести к делителям импульсных сигналов. Эти элементы работают только при наличии переднего фронта. Иными словами, осуществляется переход от 0 к 1. Но разница заключается в учете временного интервала между импульсами.

Триггеры типа T часто используются в логических вычислительных процессах. Осуществляется это за счет функции увеличения или снижения напряжения:

1. При увеличении частоты на выходе с логической 1, осуществляется запись положительного числа.
2. При уменьшении частоты на инверсном выходе при логическом 0, осуществляется запись отрицательного числа.

При учете, сколько памяти необходимо для перехода и деления сигнала, элемент может быть дополнен входом подтверждения. Программирование с использованием T-триггера допускает использование устройства в различных электронных счетчиках без встроенной памяти. Далее дана диаграмма работы устройства.

JK-триггер

Является самым универсальным электронным элементом. В этих устройствах присутствуют:

1. Входы «J» и«K» в качестве информационных. При этом «J» — обычный вход «S», а «K» — вход «R».
2. «С» — вход динамический.
3. «R» и «S» статические.

JK устройство работает по принципу перехода из одного состояния в другое, но с учетом единицы времени. Также существует разность при подаче сигнала на вход синхронизации. Иными словами, если на оба входа JK подать логическую 1, то на его выходах появится прямо противоположное значение. Но при этом устройство не воспримет наличие двух 1 единиц как ошибку.

В зависимости от назначения, в данном триггере может использоваться так называемый фронт (передний или задний). В этом случае устройство считается синхронным, а его состояние определяется актуальным положением логических чисел. При расчете рабочего состояния элемента также учитывается возможность одновременного использования устройства в качестве T или D триггера. В этом случае учитывается параметр временного интервала поступления сигнала, какое напряжение будет получено при выходе и устойчивость состояния элемента. Информатика часто использует этот элемент в качестве универсального устройства контроля состояния устойчивой работы простых логических функций. Далее дана диаграмма работы устройства.

Симметричный

Симметричный триггер относится к особому виду элементов. Он создается на транзисторах и является усилителем постоянного тока двухкаскадного типа. Работает устройство за счет использования транзисторов с полностью идентичными параметрами.

Принцип работы следующий:

1. При подаче напряжения на устройство, транзистор VT1 считается открытым. Напряжение его коллектора равняется 0.
2. В этот момент транзистор VT2 закрыт. Его коллектор имеет положительное напряжение.
3. Для осуществления перехода из одного состояния в другое используется импульс напряжение. Этот импульс создается конденсатором.
4. При появлении импульса транзисторы меняют свое состояние.

При смене положения транзисторов создается перепад напряжения, и оно значительно снижается.

В схемах симметричных триггеров основным элементом является система запуска. Она может отличаться по способу управления и месту, с которого поступил пусковой импульс.

1. Раздельное управление. Предполагает подачу напряжения на определенный вход триггера. При таком управлении элемент считается RS-триггером.
2. Общее или счетное управление. Напряжение подается на общий входной контакт. При таком подключении, устройство схоже по параметрам с Т-триггером.

Место поступления импульса может быть от коллектора или базы транзистора. При таких схемах подключения существует вероятность появления ложного или вторичного сигнала. Он отсекается путем подключения диода.

Основным недостатком симметричных элементов является полная зависимость от времени поступления импульсного сигнала и его длительности. Если длительность недостаточная, импульс не успеет открыть транзистор, а значит не произойдет закрытие второго транзистора.

Такие устройства используются в устройствах учета импульсов, генераторах частоты, переключателях радиоэлектронных цепей.

Заключение

С триггерами в жизни мы сталкиваемся довольно часто, ведь они широко используются в различных сферах. В данной статье было приведено описание и области использования различных разновидностей данного устройства. При ремонте электронного оборудования важно знать: для чего нужен этот элемент, где он используется и по какому принципу работают такие устройства.

RS-триггер и его принцип работы

В любой электронный прибор заложена возможность управления встроенной функциональностью и ее взаимодействие со смежными системами.

Статья подробно раскроет тему, что такое RS-триггер. Будет дана информация о назначении этого элемента, разновидностях и принципах действия.

Назначение

Основным назначением RS-триггеров является запись и хранение полученной информации. RS-триггер может легко оперировать данными и использовать их для периодического изменения общего состояния принципиальной схемы. Например, элемент может использоваться для включения определенных функций в электронной схеме.

Принцип работы

Простой RS-триггер использует особый принцип работы, основанный на получении входных сигналов, которые в зависимости от поставленной задачи изменяют состояние выходов устройства. При входе сигнала на основной блок, на выходах происходит скачкообразное изменение напряжения, вследствие чего осуществляется управление поставленной задачей.

Логическое электронное устройство состоит из нескольких активных входных и выходных контактов. Рассмотрим эти контакты:

1. Вход, использующийся для формирования выхода «Q». Его условное обозначение «R». На этом участке схемы происходит запись единицы.
2. Вход, использующийся для сброса выхода «Q» обозначается буквой «S». На этом участке происходит запись нуля.

Далее рассмотрим, как работает простой RS-элемент.

Принцип работы простого RS-триггера невозможен без выходов. Они имеют такие обозначения:

1. «Q» — является прямым выходом.
2. «Q¯» — инверсный выход. В обозначение такого выхода добавлена черточка над буквой Q.

Самый первым был сделан триггер на транзисторах. Современные логические элементы сильно минимизированы, поэтому в основе всех таких устройств обязательно лежит микросхема. Такие устройства не подвержены воздействию помех, имеют низкий процент метастабильности, немного больше памяти и более широкие возможности для использования.

Транзисторные модели надежнее, но их основные недостатки: размер, наличие множества компонентов. Для увеличения памяти такие элементы подключаются параллельно в схему.

Разновидности

Набор функциональности и задач, которые выполняются современными логическим устройствами, требует их постоянной модификации. Далее будет дано описание существующих разновидностей RS-устройств.

Синхронный триггер

Синхронные триггеры относятся к сложным логическим устройствам. Синхронные RS-элементы отличаются от своих простых аналогов наличием синхронизирующего входного контакта «С», необходимого для улучшения логической работы.

Синхронный RS-триггер намного сложнее, так как схема принимает сигнал на контакт «С» в виде высокого напряжения. Сигнал синхронизируется, считывается входами «R»/«S» и только после этого создается переключение к выходам «Q». Принципиальная схема с входом «С» синхронного RS-триггера может дополняться обозначением «Clock», что означает «такт». Иными словами, синхронный элемент — это тактируемый точный RS триггер.

Синхронный триггер имеет очень важное назначение. Он нашел применение в цепях, где используется защита от электромагнитных помех.

Далее будет приведена таблица истинности простого синхронного RS-триггера. Графическое изображение диаграммы синхронизации сигналов приведена ниже.

Благодаря таблице можно проследить зависимость значений выхода от состояния входов.

Асинхронный триггер

Асинхронный RS-элемент можно отнести к самым простым логическим устройствам. Их главное отличие заключается в отсутствии сигнала синхронизации. Как работает асинхронный RS-триггер, можно понять по его схеме. Принцип работы следующий:

1. Сигнал поступает к входу «S» (установить), устанавливается на нем и передается к выходу «Q». При этом на входе и выходе установлено высокое напряжение.
2. В этот момент на выходе «Q¯» устанавливается логически низкое напряжение в виде 0.

На момент установки сигнала схема будет находиться во включенном состоянии, например, будет запущен электродвигатель.

После того как функция переключается на сброс, подается напряжение на логический вход «R». При этом с прямого входа «Q» снимается напряжение (0) и подается на инвертированный выход «Q¯». На нем устанавливается высокое напряжение, например, происходит выключение электродвигателя.

Подобное простое сочетание и переключение напряжения с входных сигналов, используется для обеспечения работы более сложных триггеров или схем автоматического управления. Синхронный тип элемента относится к нетактируемым устройствам.

Для прослеживания принципа работы используется таблица истинности асинхронного RS-триггера. Она показана ниже.

Для асинхронных триггеров существует ряд измененных схем работы. Можно реализовать RS-триггер на буквенных логических элементах «ИЛИ-НЕ» и «И-НЕ».

В схеме RS-триггера на логических элементах «И-НЕ» осуществляется работа за счет перехода 1 с входа к выходу (R 1 прямой на Q) или наоборот (S 0 инверсный к Q¯). Весь принцип управления этой цепи осуществляется за счет положительного входа и высокого напряжения.

Цепь ИЛИ-НЕ полностью идентична. Основное отличие заключается только в подаче 0 и низкого напряжения к входному контакту. Любое нарушение закономерности этих схем приводит общую цепь к уровню запрещенного состояния, чего можно достичь только при неправильном подключении или ошибки управления. Далее будут представлены УГО триггера на логических элементах И-НЕ и ИЛИ-НЕ.

RS-триггер с активными инверсными выходами сильно зависим от работоспособности и скачков напряжения. Его правильная эксплуатация осуществляется с использованием устройств защиты.

D-триггер

Синхронные и асинхронные элементы относятся к типу статических устройств. D-триггер — это динамическое устройство. Динамический элемент более простой. Отличается от ранее описанных отсутствием входных контактов «S» и «R». Вместо них присутствует вход «D».

Принцип работы зависит от фронта сигнала. Фронт осуществляет переход от логического числа 1 к числу 0 и наоборот. Переход 0-1 называется передним, 1-0 задним фронтом. Динамические триггеры часто оснащаются дополнительным входом «V» (подтверждение). Он необходим для задерживания сигнала, поступающего на D вход. Может быть реализован в качестве таймера. Для более стабильной работы D-триггера, часто устанавливается первичное устройство с входом «V», которое помогает сгладить время возникшей метастабильности, а так же защищает цепь от возникновения ошибки при переходе.

Динамические устройства используются в вычислительной технике и простой автоматике в качестве дополнения к синхронным триггерам (дополнительная ячейка). УГО схемы работы устройства представлено ниже.

JK-триггер

Это универсальный простой триггер. Этот элемент имеет рабочие входы «J» и «K». По принципу работы и построению схож с асинхронной моделью. Отличается только логической цепью работы. Логическая 1 на выходе поступает с входа «J». При этом логический 0 на выходе «K» осуществляется за счет появления на входе высокого напряжения, а значит логической 1. Иными словами, на обоих входных контактах может одновременно быть высокое напряжение в виде логической 1.

Одновременно две логические 1 не приводят общую цепь в запрещенное состояние. Если запрещенная комбинация приводит к общей нестабильности цепи, один из выходов просто меняет свое положение с 0 на 1 или наоборот. Для стабилизации запрещенного сочетания, если оно необходимо практически, используется дополнительный триггер синхронного типа. Такие модели устройств могут использоваться для одновременного включения 2 функций одного устройства.

Метастабильность

Работоспособность триггеров строится на точности перехода от логических параметров 1 и 0. Устройство способно работать в одном состоянии 0 или 1. При этом переход от логических величин осуществляется без задержки в заданное время. Переход зависит от смены напряжения на входах элемента.

Основная проблема устройств кроется в эффекте метастабильности. Это состояние, при котором сигнал попадает на контакт входа в момент перехода из одного состояния в другое. В такие моменты напряжение находится между переходами. Это может привести:

1. К полному нарушению работоспособности.
2. Несанкционированному включению/выключению цепи.
3. Общему нестабильному состоянию.
4. Выгоранию ячейки памяти.

Метастабильность можно представить, как шарик, установленный в верхней точке холма. В момент перехода из логического состояния, шарик (напряжение) переходит в одну из сторон согласно схеме. При метастабильности шарик (напряжение) замедляет переход. Этот эффект зависит от шумов цепи, высокого электромагнитного потока и скачков напряжения.

Данный эффект сильно зависим от временного интервала перехода. Также существует погрешность нахождения триггера в состоянии метастабильности. Для снижения данного эффекта инженеры вносят в схему 2 устройства, подключенных параллельно. Такая цепь позволяет снизить возможность появления метастабильности, уменьшить время нахождения цепи в этом состоянии. Так же 2 триггера в цепи значительно увеличивают время перехода, снижают зависимость от частотных и электромагнитных влияний.

Использование

Все выше описанные разновидности триггеров используются только в простейших электронных схемах контроля. Способность устройств к синхронизации и удерживанию сигнала используется в технике для взаимодействия с простейшими таймерами. Большая доля использования приходится для стабилизации работы механических кнопок и клавиш. Эти устройства испытывают эффект дребезга контактов. Например, при включении электрических двигателей. Дребезг контактов становится причиной появления сигналов с высокой частотой взаимодействия. Триггеры выравнивают и сглаживают этот эффект.

В персональных компьютерах простые триггеры не используются. Причина заключается в малом операционном объеме памяти. Устройство обладает только ячейкой емкостью 1 бит, что очень мало для сложной вычислительной техники.

Заключение

Триггер — очень нужный элемент в схеме автоматического управления. Такие логические устройства способны управлять функциональностью сложного электронного оборудования. Обладая маленькой памятью, они могут контролировать рабочее состояние аппаратуры, моменты включения и выключения, перераспределять логические задачи в приборах, работающих с высокочастотными сигналами, применяться в составе цифровых фильтров.