Самыми простыми триггерами (собственно триггерами) являются RS-триггеры. Они редко имеют самостоятельное применение, но входят в состав всех более сложных триггеров.
Основой для построения элементарных триггеров служит би-стабильная ячейка. В схемном отношении она представляет собой два инвертора, замкнутые в кольцо обратной связи. На рис. 3 приведены логические (а, б) и принципиальная (в) схемы бистабильной ячейки. На схемах а и б видно, что оба инвертора ячейки не могут находиться в одинаковом состоянии, то есть не может быть Q1 = Q2. Если Q1 = 1, то Q2 = 0 (рис. 3, а), если же Q1 = 0, то Q2 = 1 (рис. 3, б). Таким образом, ячейка может находиться только в двух устойчивых состояниях.
Для обеспечения раздельного управления работой RS-триггера на каждый инвертор необходимо подавать сигнал управления триггером. В зависимости от того, какой простейшей функцией объединяются сигналы управления и обратной связи (функцией И или функцией ИЛИ), можно строить RS-триггер на элементах ИЛИ-НЕ и на элементах И-НЕ. При этом активные уровни сигналов управления по входам R и S будут разные: в первом случае это будут лог. 1, во втором – лог. 0.
Активным называется такой уровень входного сигнала, при подаче которого можно однозначно определить выходной уровень логического элемента независимо от сигнала на втором входе логического элемента.
RS-триггер на элементах ИЛИ-НЕ. На рис. 4 приведены логическая схема асинхронного RS-триггера на элементах ИЛИ-НЕ (а), его условное графическое обозначение (б) и таблица работы триггера (в).
Такт n
Такт n+1
Rn
Sn
Qn
Qn+1
Реж. работы
Хранение информации
Запись 1
Запись 0
─
Неопределен. состояние
─
а
б
в
Рис. 4. Логическая схема RS-триггера на элементах ИЛИ-НЕ (а),
ее условное графическое обозначение (б) и таблица работы триггера (в)
В таблице работы Qn обозначен выходной сигнал триггера в момент подачи входных сигналов Rn и Sn, а Qn+1 – выходной сигнал после действия сигналов Rn и Sn. Тот факт, что состояние триггера в момент (n + 1) зависит от входных сигналов в момент n, отражает способность триггера к запоминанию информации.
Проанализируем работу RS-триггера с точки зрения комбинаций входных и выходных сигналов, приведенных в его таблице работы.
Rn = 0, Sn = 0. Срабатывание триггера зависит от того, в каком состоянии были выходы схемы Q и (см. рис. 4, а) до прихода входных сигналов. Их может быть два:
1. Q = 0. При этом логический 0 с выхода Q приходит на вход логического элемента DD2 и обеспечивает = 1. Эта логическая 1, в свою очередь, подается на вход DD1, поддерживая лог. 0 на его выходе (Q = 0). Это первое состояние устойчивого равновесия, при котором обеспечивается режим хранения информации, то есть Qn+1 = Qn.
2. Q = 1. При этом логическая 1, поступая на вход DD2, обеспечивает Q = 0. Этот лог. 0 подается на второй вход DD1 и поддерживает состояние Q = 1. Таким образом, это второе состояние устойчивого равновесия, которое может длиться сколь угодно долго, пока не появится активный входной уровень (лог. 1) на одном из входов S или R.
Вывод: уровни сигналов Rn = 0, Sn = 0 не являются активными для триггера на элементах ИЛИ-НЕ, и они не могут изменить состояние триггера, обеспечивая лишь режим хранения информации.
Rn = 0, Sn = 1. При поступлении лог. 1 на вход S элемент DD2 переключается по выходу в состояние = 0. Этот лог. 0, приходя на вход DD1, вместе с сигналом R = 0 устанавливает на его выходе лог. 1 (Q = 1).
Вывод: уровень Sn = 1 является активным, он устанавливает триггер в состояние Qn+1 = 1,n+1 = 0. Таким образом, в триггер по прямому выходу записывается лог. 1 независимо от предыдущего состояния Qn.
Rn = 1, Sn = 0. При поступлении на вход R лог. 1 на выходе DD1 появляется лог. 0 (Q = 0), который, приходя на вход DD2, устанавливает на выходе лог. 1 (= 1).
Вывод: уровень Rn = 1 является активным для триггера, он сбрасывает триггер в нулевое состояние: Qn+1 = 0,n+1 = 1. В этом случае в триггер по прямому выходу записывается лог. 0 независимо от предыдущего состояния Qn.
Rn = 1, Sn = 1. Для триггера на элементах ИЛИ-НЕ комбинация сигналов R = S = 1 является запрещенной, так как оба логических элемента схемы удерживаются «единицами» в состоянии лог. 0, а значит, выходные сигналы триггера обращаются в нуль. При снятии сигналов R = S = 1, то есть при R = S = 0 триггер переходит в состояние, определяемое лишь асимметрией схемы (см. рис. 3, в). Возникает так называемый режим «гонок», когда оба логических элемента, имея на двух входах по нулю (R = S = 0, Q = = 0), стремятся переключиться быстрее. При этом на одном из выходов триггера (Q или – не известно) устанавливается лог. 1, а на другом останется состояние лог. 0, но это уже состояние устойчивого равновесия.
Вывод: комбинация входных сигналов R = S = 1 вызывает неопределенное состояние триггера после прекращения этих входных сигналов. Для нормальной работы триггера эту комбинацию входных сигналов необходимо исключить. Часто эту комбинацию называют запрещенной.
RS-триггер на элементах И-НЕ. На рис. 5 приведены логическая схема асинхронного RS-триггера на элементах И-НЕ (а), его условное графическое обозначение (б) и таблица работы триггера (в).
Такт n
Такт n+1
Rn
Sn
Qn
Qn+1
Реж. работы
─
Неопределен. состояние
─
Запись 1
Запись 0
Хранение информации
а
б
в
Рис. 5. Логическая схема RS-триггера на элементах И-НЕ (а),
его условное графическое обозначение (б), таблица работы триггера (в)
Алгоритм анализа работы схемы триггера на рис. 5 (а) такой же, как и триггера на рис. 4 (а). Рассматривая воздействие различных комбинаций входных сигналов, нетрудно обнаружить, что активным входным уровнем для триггера на элементах И-НЕ является логический 0. При Sn = 0 в триггер записывается лог. 1 (Qn+1 = 1, n+1 = 0), а при Rn = 0 в триггер записывается лог. 0 (Qn+1 = 0, n+1 = 1). Комбинация входных сигналов Rn = Sn = 0 для триггера является запрещенной, а при Rn = Sn = 1 триггер сохраняет предыдущее состояние. Поскольку управление по входам S и R производится логическим нулем, RS-триггер, построенный на элементах И-НЕ, называют триггером с инверсными входами, что имеет отражение на условном графическом обозначении (рис. 5, б).
На практике для характеристики работы RS-триггера используют сокращенные таблицы работы (рис. 6, а, в).
а
б
в
Рис. 6. Таблица работы RS-триггера на элементах ИЛИ-НЕ (а),
таблица работы RS-триггера на элементах И-НЕ (б)
и осциллограммы работы RS-триггера на элементах ИЛИ-НЕ (в)
Из осциллограмм работы RS-триггера на элементах ИЛИ-НЕ (рис. 6, в) видно, что изменение состояния выхода происходит исключительно под воздействием уровня лог. 1 на входах R и S. Два следующих друг за другом импульса на входах R и S лишь подтверждают состояние выхода. Это свойство RS-триггера широко используется в различных цифровых схемах, в частности для устранения дребезга контактов, где входной сигнал поступает от механических ключей. Триггер устраняет ложное срабатывание при неоднократном поступлении сигнала на один и тот же вход.
(см. рис. 4, а) до прихода входных сигналов. Их может быть два:
