Rs триггер принцип работы

RS-триггер представляет собой простейший управляющий автомат, реализованный обычно в виде цифровой электронной схемы, относящийся к классу последовательностных схем. Как известно, в цифровой схемотехнике к функциональным устройствам последовательностного типа относятся регистры, счетчики, генераторы чисел и управляющие автоматы, включая триггеры разных видов.

Место триггеров в цифровой схемотехнике

В отличие от комбинационных логических схем, которые изменяют состояние в зависимости от фактических сигналов, поданных на их входы в определенное время, последовательностные логические имеют некоторую форму присущей им встроенной «памяти», так что они могут учитывать как предыдущее, так и фактическое состояние их входов и выходов. Общая структурная схема последовательностного устройства показана ниже.

RS-триггер как цифровой управляющий автомат включает собственно память и комбинационную схему управления на типовых лигических элементах, реализующую его входной логический алгоритм. Если рассматривать эту схему применительно к простейшим схемам триггеров, то они не имеют структурно выделенной памяти в виде какой-то специализированной микросхемы или схемного узла. Память триггера существует на уровне функции, она словно встроена в алгоритм работы его комбинационной схемы управления.

Проявлением этой «памяти» является так называемая бистабильность триггера, выходы которого могут находиться в одном из двух основных состояний: логической единицы (далее - 1) или логического нуля (далее - 0). Установившиеся значения своих выходов триггер запоминает («защелкивает» их) и сохраняет, пока не возникнет очередное изменение его входных сигналов.

Классификация

Если стандартные логические элементы являются строительными блоками комбинационных схем, бистабильные схемы, включая и RS-триггер, являются основными компонентами построения последовательностных логических устройств, таких, как регистры хранения данных, регистры сдвига, устройства памяти или счетчики. В любом случае рассматриваемые триггеры (разумеется, как и все последовательностные схемы) могут быть выполнены в виде следующих основных типов:

1. Асинхронный RS-триггер – схема, которая изменяет состояние сразу при изменении входных сигналов. Для рассматриваемого типа устройств ими являются сигналы на информационных входах R (сброс) и S (установка). Согласно установившейся практике, соответствующие входы называют так же, как и сигналы на них.

2. Синхронный RS-триггер, управляемый статически, работа которого синхронизирована с уровнем определенного тактового сигнала.

3. Триггер по п.2 с динамическим управлением, работа которого синхронизирована с моментами появления фронтов (или спадов) тактового сигнала.

Таким образом, если изменения состояния выходов происходят только при наличии тактового сигнала, который подается на отдельный тактовый вход C, то триггер является синхронным. В противном случае схема считается асинхронной. Чтобы сохранить свое текущее состояние, последовательностные схемы используют обратную связь, т. е. передачу части выходного сигнала на ее вход.

RS-триггер на логических элементах

Простейший способ его сделать – соединить вместе пару двухвходовых логических элементов И-НЕ. При этом обратная связь с выхода одного элемента подается на вход другого (см. схему ниже).

Как правило, в данной схеме входные сигналы показывают инверсными (с верхним подчеркиванием), хотя в дальнейшем при анализе работы используют обозначения прямых (неинвертированных) входов. Это сильно затрудняет понимание логики работы триггера. Поэтому мы не будем вводить инвертирование входов на этапе рассмотрения работы схемы на элементах И-НЕ, а учтем это в дальнейшем при ее модификации.

Сколько входов и выходов имеет RS-триггер? Из схемы выше видно, что он содержит S-вход и R-вход, которые служат, соответственно, для установки и сброса схемы, а также прямой Q и инверсный Q̃ выходы. Но данный простейший триггер относится к виду асинхронных, его условное обозначение показано ниже.

В синхронном устройстве имеется еще и вход C для тактовых импульсов.

Состояние «Установлен»

Рассмотрим, как происходит работа RS-триггера в этом состоянии, задаваемом значениями R = 0 и S = 1. Поскольку на вход R элемента И-НЕ Y подан уровень 0, то Q̃ =1 (логика И-НЕ). С выхода Y сигнал Q̃ также подан обратно на элемент X (вход "A"). Поскольку S = A = 1, то Q = 0.

Если устанавливается R = 1, а вход S по-прежнему равен 1, то на входах Y имеем B = 0 и R = 1, а его выход Q̃ =1, т. е. он не изменился. Итак, если S = 1, то RS-схема триггера «защелкивается» в состоянии «Установлен» Q = 0 и Q̃ = 1, а смена сигнала R его не изменяет.

Состояние «Сброшен»

В этом втором устойчивом состоянии Q̃ = 0, а Q = 1, и задается оно входами R = 1 и S = 0. Поскольку у элемента Х вход S = 0, то его выход Q =1 (логика И-НЕ). Сигнал Q подается обратно на элемент Y (вход "В"), и так как R = B = 1, то Q̃ = 0.

Если S становится равен 1 при R = 1, то Q̃ остается равен лог 0, т. е. он не изменяется. Итак, при R =1 схема триггера снова «защелкивается» в состоянии «Сброшен» Q̃ = 0 и Q = 1, сохраняемом при любом сигнале S.

Сводим результаты в таблицу

Мы можем определить состояние сигналов Q и Q̃ по следующей таблице истинности:

RS-триггеры

Логические устройства вычислительной техники

Что же такое RS-триггеры? В моем понимании — это устройства, которые могут принимать одно из двух состояний. На основании этого можно сделать вывод, что этот логический элемент может хранить один бит информации (грубо говоря, ноль или единицу). Существуют некоторые типы данного вида RS-триггеров. Давайте рассмотрим один из них:

Асинхронный RS-триггер

Имеет два входа “R» и «S” и два выхода, как правило это “Q” и “не Q” (т.е. инверсный) . Лично я запомнил, какой элемент для чего, после того, когда узнал, что R – это “RESET” (что означает “сброс”) и “S” – это “SET” (что означает установка). Принимая во внимание изложенную информацию можно указать, что при подаче сигнала (единица) на “S” на выходе “Q” устанавливается единица, а при подаче единицы на “R” приводит к сбросу единицы на выходе “Q” и установки на нем нуля. Рассмотрим работу на базе элементов “2ИЛИ-НЕ” и “2И-НЕ”. Для этого используем графическое изображение этих элементов.

Итак, разберем принцип работы RS-триггера на базе элементов “2ИЛИ-НЕ”. В начальном положении, когда на R и S отсутствуют сигналы (логический “0”), на выходе “Q” присутствует также “0” или “1” – это исходное состояние. Выглядит это так:

Далее подадим на “S” логическуюединицу и получим на выходе “Q” также единицу. Будет выглядеть это так.

Следующим шагом подадим логическую единицу на “R” и уже на “Q” получим “0”. Изобразим это на рисунке.

Более наглядную работу RS-триггера на элементах 2ИЛИ-НЕ можно продемонстрировать, изобразив таблицу истинности. Вот так она выглядит.

Сейчас рассмотрим работу на элементах 2И-НЕ. Выглядит она аналогично, как и на элементах 2ИЛИ-НЕ с той лишь разницей, что активным уровнем является не “1”как в предыдущем случае, а “0”. Убедимся в этом, используя рисунок и таблицу истинности.

Асинхронным триггерам свойственно такое явление как присутствие “гонок”, что это? Это не одновременное или даже не согласованное по времени поступление информации на входы. Это приводит к наложению одного сигнала на другой. Чем это вызвано? А вызвано это разным временем быстродействия элементов, через которые проходит сигнал, прежде чем попасть на входы триггера, в данном случае на “R” или “S”. Покажем это явление на диаграмме.

Чтобы избавиться от этого явления, был придуман вариант подачи синхросигнала и асинхронный триггер превратился в синхронный.

Синхронные RS–триггеры

Этот вид логического устройства отличается от рассмотренного выше тем, что у него помимо входов “R” и “S” присутствует и третий “C”, на который подаются синхроимпульсы. Без этих импульсов информация на “R” и ”S” восприниматься не будет. Схему синхронного RS–триггера и диаграмму работы изобразим графически.

Из диаграммы видно, что в данном случае срабатывание происходит по переднему фронту (но бывает и по спаду) синхроимпульса.

Передний фронт синхроимпульса – это участок прямоугольного импульса, где происходит его возрастание.

Спад синхроимпульса – это участок спада синхроимпульса.

Именно здесь сделаем небольшое отступление и укажем, что бывают триггеры динамические и статические и соответственно со статическим и динамическим управлением. Чем они отличаются? Объясним максимально просто.

Динамические триггеры – на выходах, которых присутствуют либо непрерывная последовательность импульсов определенной частоты, либо ее отсутствие. (Напоминает управляемый генератор).

Статические триггеры– на выходах которых присутствуют неизменный уровень напряжения, либо его отсутствие.

Со статическим управлением – восприятие сигналов на информационных входах происходит только при подаче на “С” логической единицы (логического нуля).

С динамическим управлением – восприятие сигналов на информационных входах происходят в моменты перепада сигнала на “С”(Передний фронт синхроимпульса или спад синхроимпульса).

Если логические функции входов зависят от его выходов, то целесообразно использовать более рациональную конструкцию элементов.

Логические триггеры: схемы, классификация, устройство, назначение, применение

Триггер — простейшее последовательностное устройство, которое может находиться в одном из двух возможных состояний и переходить из одного состояния в другое под воздействием входных сигналов. Триггер является базовым элементом последовательностных логических устройств. Входы триггера разделяют на информационные и управляющие (вспомогательные). Это разделение в значительной степени условно. Информационные входы используются для управления состоянием триггера. Управляющие входы обычно используются для предварительной установки триггера в некоторое состояние и для синхронизации.

{xtypo_quote}Триггеры могут иметь 2 выхода: прямой Q и инверсный Q.{/xtypo_quote}

Триггеры классифицируют по различным признакам, поэтому существует достаточно большое число классификаций. К сожалению, эти классификации не образуют стройной системы, но инженеру необходимо их знать.

Классификация триггеров:

● способу приема информации;

● принципу построения;

● функциональным возможностям.

Различают асинхронные и синхронные триггеры.

Асинхронный триггер — изменяет свое состояние непосредственно в момент появления соответствующего информационного сигнала.

Синхронные триггеры — реагируют на информационные сигналы только при наличии соответствующего сигнала на так называемом входе синхронизации C (от англ. clock). Этот вход также обозначают терминами «строб», «такт».

Синхронные триггеры в свою очередь подразделяют на триггеры со статическим (статические) и динамическим (динамические) управлением по входу синхронизации C. Статические триггеры воспринимают информационные сигналы при подаче на вход C логической единицы (прямой вход) или логического нуля (инверсный вход). Динамические триггеры воспринимают информационные сигналы при изменении (перепаде) сигнала на входе C от 0 к 1 (прямой динамический С-вход) или от 1 к 0 (инверсный динамический С-вход).

Статические триггеры в свою очередь подразделяют на одноступенчатые (однотактные) и двухступенчатые (двухтактные). В одноступенчатом триггере имеется одна ступень запоминания информации, а в двухступенчатом — две такие ступени. Вначале информация записывается в первую ступень, а затем переписывается во вторую и появляется на выходе. Двухступенчатый триггер обозначают через ТТ.

Различие триггеров по функциональным возможностям

● с раздельной установкой состояния 0 и 1 (RS-триггеры);

● универсальные (JK-триггеры);

● с приемом информации по одному входу D (D-триггеры, или триггеры задержки);

● со счетным входом Т (Т-триггеры).

Входы триггеров обычно обозначают следующим образом:

S — вход для установки в состояние «1»;

R — вход для установки в состояние «0»;

J — вход для установки в состояние «1» в универсальном триггере;

К — вход для установки в состояние «0» в универсальном триггере;

Т — счетный (общий) вход;

D — вход для установки в состояние «1» или в состояние «0»;

V — дополнительный управляющий вход для разрешения приема информации (иногда используют букву Е вместо V).

Рассмотрим некоторые типы триггеров и их реализацию на логических элементах.

Асинхронный RS-триггер

Обратимся к асинхронному RS-триггеру, имеющему условное графическое обозначение, приведенное на рис. 3.54. 

рис. 3.54 turion

{xtypo_quote}Триггер имеет два информационных входа: S (от англ. set) и R (от англ. reset). {/xtypo_quote}

Закон функционирования триггеров удобно описывать таблицей переходов, которую иногда также называют таблицей истинности (рис. 3.55). Через S’, R’, Q’ обозначены соответствующие логические сигналы, имеющие место в некоторый момент времени t, а через Qt + 1 — выходной сигнал в следующий момент времени t+1. Комбинацию входных сигналов S’ = l, R’ =1 часто называют запрещенной, так как после нее триггер оказывается в состоянии (1 или 0), предсказать которое заранее невозможно. Подобных ситуаций нужно избегать.

рис. 3.55

Рассматриваемый триггер может быть реализован на двух элементах ИЛИ-НЕ (рис. 3.56).

рис. 3.56 turion

Необходимо убедиться, что эта схема функционирует в полном соответствии с приведенной выше таблицей переходов.

Микросхема К564ТР2 содержит 4 асинхронных RS-триггера и один управляющий вход (рис. 3.57).

рис. 3.57 

При подаче на вход V низкого уровня выходы триггеров отключаются от выводов микросхем и переходят в третье так называемое высокоимпедансное состояние. При подаче на вход V логического сигнала «1» триггеры работают в соответствии с вышеприведенной таблицей переходов.

В асинхронном RS-триггере на элементах И-НЕ переключение производится логическим «0», подаваемым на вход R или S, т. е. реализуется обратная рассмотренной ранее таблица переходов (рис. 3.58). Запрещенная комбинация соответствует логическим «0» на обоих входах.

рис. 3.58 turion

Синхронный RS-триггер

Рассмотрим синхронный RS-триггер (рис. 3.59).

рис. 3.59

Если на входе С — логический «0», то и на выходе верхнего входного элемента «И-НЕ», и на выходе нижнего будет логическая «1». А это, как отмечалось выше, обеспечивает хранение информации. Таким образом, если на входе С — логический «0», то воздействие на входы R, S не приводит к изменению состояния триггера. Если же на вход синхронизации С подана логическая единица, то схема реагирует на входные сигналы точно так же, как и рассмотренная ранее (рис. 3.56).

Триггер типа MS

Рассмотрим принцип построения двухступенчатого триггера, который называют также триггером типа MS (от англ. master, slave, что переводят обычно как «ведущий» и «ведомый»). Его упрощенная структурная схема приведена на рис. 3.60. В схеме имеются два одноступенчатых триггера (ведущий М и ведомый S) и два электронных ключа (Кл1 и Кл2).

рис. 3.60 

Временная диаграмма сигнала синхронизации, поясняющая работу триггера, приведена на рис. 3.61.

рис. 3.61 

Рассмотрим ряд временных интервалов указанной диаграммы:

t < ta — ведущий триггер отключен от информационных входов, ведомый триггер подключен к ведущему;

ta < t < tb — ведущий триггер отключен от информационных входов, ведомый триггер отключен от ведущего;

tb < t < tc — ведущий триггер подключен к информационным входам, ведомый триггер отключен от ведущего. В ведущий триггер записывается информация, поданная на входы;

tc < t < td — ведущий триггер отключен от информационных входов, ведомый триггер отключен от ведущего;

td < t — ведущий триггер отключен от информационных входов, ведомый триггер подключен к ведущему, информация из ведущего триггера переписывается в ведомый. Это происходит сразу после момента времени td и означает, что фактически двухступенчатый триггер срабатывает при изменении сигнала синхронизации от 1 к 0. При этом выходные сигналы определяются теми входными информационными сигналами, которые имели место непосредственно перед отрицательным фронтом сигнала синхронизации.

JK-триггер

Рассмотрим JK-триггер (от англ. jump иkeep), отличающийся от рассмотренного RS-триггера тем, что появление на обоих информационных входах (J и К) логических единиц (для прямых входов) приводит к изменению состояния триггера. Такая комбинация сигналов для JK-триггера не является запрещенной.

{xtypo_quote}В остальном JK-триггер подобен RS-триггеру, причем роль входа S играет вход J, а роль входа R — вход К.{/xtypo_quote}

JK-триггеры реализуют в виде триггеров типа MS или в виде динамических триггеров (т. е. JK-триггеры являются синхронными). 

На рис. 3.62 приведено условное графическое обозначение двухступенчатого JK-триггера.

рис. 3.62 turion

Обратимся к динамическим триггерам. Для них характерно блокирование информационных входов в тот момент, когда полученная информация передается на выход. Нужно отметить, что в отношении реакции на входные сигналы динамический триггер, срабатывающий при изменении сигнала на входе С от 1 к 0, подобен рассмотренному двухступенчатому триггеру, хотя они отличаются внутренним устройством.

рис. 3.63 

Для прямого динамического С-входа используют обозначения, приведенные на рис. 3.63, а, а для инверсного динамического С-входа, используют обозначения, приведенные на рис. 3.63, б.

D-триггер

Рассмотрим D-триггер (от англ. delay), повторяющий на своем выходе состояние входа. Рассуждая чисто теоретически, D-триггер можно образовать из любых RS- или JK-триггеров, если на их входы одновременно подавать взаимно инверсные сигналы (рис. 3.64).

рис. 3.64 turion

Хранение информации в D-триггерах обеспечивается за счет синхронизации, поэтому все реальные D-триггеры имеют два входа: информационный D и синхронизации С. В этом триггере сигнал на входе по сигналу синхронизации записывается и передается на выход. Так как информация на выходе остается неизменной до прихода очередного импульса синхронизации, D-триггер называют также триггером с запоминанием информации или триггером-защелкой.

Условное графическое обозначение D-триггера приведено на рис. 3.65.

рис. 3.65 

Т-триггер

Рассмотрим Т-триггер, который изменяет свое логическое состояние на противоположное по каждому активному сигналу на информационном входе Т. Условное графическое обозначение двухступенчатого Т-триггера приведено на рис. 3.66.

рис. 3.66 

RS-триггер. Принцип работы, функциональные схемы, таблица переходов

Триггер – простейшее устройство, представляющее собой цифровой автомат. Он имеет два состояния устойчивости. Одному из этих состояний присваивается значение «1», а другому - «0». Состояние триггера, а также значение двоичной информации, которая в нем хранится, определяется выходными сигналами: прямым и инверсным. В том случае, когда на прямом выходе установится потенциал, который соответствует логической единице, состояние триггера называется единичным (при этом потенциал на инверсном выходе равен нулю). Если же на прямом выходе нет потенциала, то состояние триггера называется нулевым.

Классифицируют триггеры по следующим признакам:

1. По способу записываемой информации (асинхронные и синхронные).

2. По способу управлением информацией (статистические, динамические, одноступенчатые, многоступенчатые).

3. По способу реализации логических связей (JK-триггер, RS-триггеры, T-тригер, D-триггер и других типов).

Основными параметрами всех типов триггеров являются наибольшее значение длительности входного сигнала, время задержки необходимого для переключения триггера, а также разрешающее время срабатывания.

В этой статье поговорим о таком типе устройств, как RS-триггер. Они бывают двух типов: синхронные и асинхронные.

Асинхронный RS-триггер конструктивно имеет два прямых (R и S) входа. Это устройство функционирует согласно таблице переходов.

Запрещенной для такого триггера является комбинация сигналов на входах устройства, вызывающая состояние неопределенности. Эта комбинация может быть выражена требованием RtSt=0. При минимизации карты Карно выводится закон функционирования триггера, который называют характеристическим уравнением: Q(t+1)=St V R’tQt. При этом RtSt будет равно нулю.

На функциональной схеме изображен RS-триггер асинхронного типа на элементах И-НЕ и во втором исполнении на элементах ИЛИ-НЕ.

Второй тип – синхронный RS-триггер. Такое устройство конструктивно имеет три прямых входа S, R, и C. Отличие триггера синхронного типа от асинхронного заключается в наличии входа синхронизации (С). Он необходим по следующим причинам: ведь на входы устройства (логического элемента) сигналы поступают не всегда одновременно. Это связано с тем, что они проходят через различные типы и количество узлов, которые обладают разной задержкой. Это явление называют «состязанием». В результате таких «состязаний» полученные значения сигналов будут накладываться на предыдущие значения других сигналов. Все это приводит к ложному срабатыванию устройства.

Это явление можно устранить подачей на вход устройства сигналов временного стробирования. А именно: на вход логического элемента, кроме непосредственно информационных сигналов, подаются ключевые синхронизирующие импульсы, к этому моменту информационные входные сигналы успеют зафиксироваться на входах.

Главное условие правильности работы срабатывания логических каскадов в RS-триггере и управляемых ими логических схем – недопустимость одновременного действия сигнала Rt или St, переключающего устройство, и съема информации с выхода Q(t+1) триггера. В связи с этим в потенциальных сериях элементов содержатся только синхронные.

RS-триггер синхронного типа представлен характеристическим уравнением: Q(t+1)=StCt V R’tQt V QtC't.

На фото изображен RS-триггер синхронного типа на элементах И-НЕ.

Входные логические элементы И-НЕ передают переключающую логическую единицу с информационного входа S или R на необходимые входы асинхронного триггера типа RS с инверсными входами только при условии наличия на синхронном входе (С) сигнала с уровнем логической единицы.