 |
Устройство и работа RS-триггера
|
|
|
|
Тема 7. Простейший триггер.
Что такое триггер
Триггер — это качественно новый составной элемент цифровой техники. Его уже нельзя отнести к логическим элементам. Триггер можно назвать элементом нового класса. Выше мы уже говорили о том, что логические входы обладают триггерным эффектом. В случае с логическими входами мы имели дело с триггерным эффектом, работающим по уровню сигнала.
Мы говорили также, что триггер — это устройство, которое может находиться в двух (и только в одном из двух) устойчивых состояниях. На самом деле входы логических элементов обладают слабым триггерным эффектом. Между областью входных напряжений, соответствующих логическому нулю, и областью напряжений, соответствующих логической единице, всегда существует промежуточный диапазон логической неопределенности. Если напряжение на логическом входе попадает в этот диапазон, то поведение логического элемента непредсказуемо.
Некоторые элементы даже могут переходить в линейный режим работы (усиливают аналоговый сигнал). Более четкое срабатывание обеспечивает так называемый триггер Шмитта. Этот триггер имеет совершенно конкретный порог срабатывания. При переходе входного напряжения через этот порог триггер Шмитта переключается из одного устойчивого состояния в другое.
Второй особенностью триггера Шмитта является наличие не одного, а двух порогов срабатывания. Первый порог действует, когда напряжение на входе повышается. При достижении порога триггер срабатывает, и на выходе появляется логическая единица. При понижении напряжения на входе действует второй порог. Когда напряжение на входе снизится ниже этого порога, триггер переключается снова, и на выходе устанавливается логический ноль.
|
|
|
Второй порог всегда немного ниже первого. Наличие двух порогов называется гистерезисом. Гистерезис увеличивает стабильность работы триггера при напряжениях, близких к пороговому. В отсутствии гистерезиса при входных напряжениях, близких к порогу срабатывания, любая помеха на входе вызовет многократное переключение триггера, что обычно крайне нежелательно. Триггеры Шмитта часто используются для преобразования аналоговых колебаний в прямоугольные импульсы, которые затем уже используются в цифровой технике.
Кроме триггеров, срабатывающих по уровню, существует целый класс триггеров, переключение которых происходит при воздействии различных сочетаний логических сигналов. Такие триггеры имеют не менее двух цифровых входов и один или два цифровых выхода. Сигналы на таких выходах всегда имеют противоположные значения. Один из выходов называется прямым выходом триггера, а второй — инверсным выходом.
Такой триггер имеет два устойчивых состояния: единичное и нулевое. В. единичном состоянии на прямом выходе триггера устанавливается сигнал логической единицы, а на инверсном, соответственно, сигнал логического нуля. Если же триггер находится в нулевом состоянии, сигналы на выходах меняют свои значения: на прямом выходе появляется ноль, а на инверсном — единица. Переход из одного устойчивого состояния в другое происходит под воздействием сигналов на входах триггера.
Устройство и работа RS-триггера
Для разных триггеров используется разные сочетания сигналов. Далее в этом Шаге мы подробно рассмотрим все существующие виды триггеров и логику их работы. А начнем мы с самого элементарного, простейшего триггера, так называемого RS-триггера. На рис. 1.11 показана схема такого триггера, а на рис. 1.12 — его условное обозначение.
Как видно из рис. 1.11, схема RS-триггера состоит из двух элементов «И-НЕ». Триггер имеет два входа, которые называются S и R. Вход S называют входом установки (от слова Set — установить). Вход R — это вход сброса (Reset). Два выхода триггера обозначаются как Q и 
.
|
|
|
Буква с чертой сверху читается как «не кю». Черта над именем любого выхода или входа означает, что данный вывод (вход) инверсный. Поэтому Q и — это, соответственно, прямой и инверсный выходы триггера.
Посмотрим, как работает RS-триггер. Для правильной работы такого триггера на оба его входа необходимо подать сигналы логической единицы. Перевод триггера из одного устойчивого состояния в другое производится путем кратковременной подачи на один из входов нулевого сигнала. При подаче нуля на вход S (Set) триггер переходит в единичное состояние. При подаче сигнала на вход R (Reset) триггер сбрасывается в ноль.
Одновременная подача двух нулей на оба входа триггера недопустима, так как в этом случае работа триггера непредсказуема. В промежутке между сигналами, когда на обоих входах единица, триггер сохраняет ранее установленное состояние.
Если на обоих входах присутствует единица, установленное состояние триггера сохраняется все время, пока на схему подано напряжение питания. Таким образом, триггер можно использовать для хранения информации. При выключении питания информация теряется. Если питание было выключено, то в момент включения питания (до прихода первых входных импульсов) триггер устанавливается в случайное положение. Если точнее, то это положение зависит от того, какой из элементов триггера оказался более быстродействующим.
Рассмотрим подробнее, как происходит переключение триггера. Обратимся для этого к схеме на рис. 1.11. Допустим, что после включения триггер сбросился в нулевое состояние. То есть на выходе Q триггера — логический ноль. Этот ноль поступает на соответствующий вход нижнего элемента триггера (см. рис. 1.11). На втором входе того же элемента, как мы помним, — логическая единица. В соответствии с логикой работы элемента «И-НЕ», на его выходе так же устанавливается единица. Эта единица поступает на выход и на соответствующий вход верхнего по схеме элемента. На втором входе верхнего элемента, как мы помним, — тоже единица. Две единицы на входе «И-НЕ» и дают ноль на его выходе. Итак, круг замкнулся. Все сигналы подтверждают сами себя. На выходе Q — логический ноль, на выходе — логическая единица. Триггер находится в устойчивом состоянии.
|
|
|
Теперь посмотрим, как происходит переход триггера из одного устойчивого состояния в другое. Для переключения триггера в единичное состояние подадим на вход S сигнал логического нуля. Равновесие сразу нарушится. На входах верхнего элемента уже не две единицы, а единица и ноль. Поэтому на его выходе сразу устанавливается единица. Она поступает на соответствующий вход нижнего элемента.
И теперь уже на нижнем элементе две единицы на обоих входах. Он тут же выдает на выходе ноль. Теперь можно снимать нулевой сигнал со входа S. Триггер находится уже в новом состоянии. И это состояние тоже устойчивое. Единичный сигнал на входе S не переведет триггер назад в нулевое состояние, так как на нижнем входе верхнего по схеме элемента логический ноль.
Переключение триггера в нулевое состояние происходит точно так же, как и переключение в единичное. Только нулевой сигнал для переключения в данном случае подается на вход R. Процессы, происходящие в триггере, при этом полностью соответствуют процессам, происходящим в предыдущем случае, только с точностью до наоборот. Если триггер уже стоит в единичном состоянии, то подача нулевого импульса на вход S ничего не изменит. Точно так же подача импульса на вход R не изменит состояния триггера, если перед этим он находился в нулевом состоянии.
Вывод.
RS-триггер можно считать простейшим устройством для хранения одного бита цифровой информации.
Один бит — это один двоичный разряд или величина, которая может принимать только два значения (0 и 1). Логично, что для хранения единицы триггер переводится в единичное состояние. Для хранения нуля — в нулевое.
Обратите внимание на обозначение входов сброса и установки на рис. 1.12. Оба входа снабжены кружочками, а их имена снабжены чертой. Это означает, что входы инверсные. RS-триггер имеет не только инверсный выход, но и оба его входа также инверсные. Входы считаются инверсными потому, что активный сигнал для каждого из них — это низкий логический уровень. Такое обозначение достаточно условно. В
RS-триггере допускается обозначение входов как с инверсией, так и без. Оба варианта будут верны.
|
|
|
