В простейшем исполнении триггер представляет собой симметричную структуру из двух ЛЭ И-НЕ, либо ИЛИ-НЕ, охваченных перекрестной положительной обратной связью.
S
R
Q
Q
Примеч.
Qn-1
Qn-1
Хранен.
Уст. 1
Уст. 0
Запрещ.
Рис 6.1. Простейший RS – триггер на элементах 2И-НЕ
Рассмотрим логическую структуру, приведенную на рис 6.1а. Схема симметричная. Выход 1элемента DD1 соединен с входом Х3 элемента DD2, и выход Y2 элемента DD2 соединен с входом X2 элемента DD1. Получается, что оба элемента с инверсией охвачены кольцом положительной обратной связи (ПОС). Когда элементы находятся в состоянии 0 или 1, обратная связь не включена, так как коэффициент усиления в петле ПОС КПОС < 1. ПОС включается только в момент одновременного переключения элементов, когда оба элемента находятся в активном режиме и петлевой коэффициент усиления КПОС>>1. Свободные входы X1 и X4 служат для управления и называются информационными.
Анализ схемы триггера рис 6.1а начнем с того, что присвоим одному выходу наименование Y1 - Q, а второму выходу Y2 - Q_ (Q инверсное). Так как схема симметричная, то безразлично, в каком порядке будут идти наименования.
Первая строка таблицы состояния. Пусть на входах X1 и X4 поданы лог. 1. Выход Y1 DD1 будет зависеть от сигнала, подаваемого на второй вход DD1- X2, который обусловлен состоянием выхода DD2- Y2. Совершенно также выход DD2 - Y2 зависит от состояния его второго входа X3, который, в свою очередь, зависит от состояния выхода Y1 DD1. Чтобы разобраться в подобной неопределенности, придется сделать предположение:
a) Пусть выход Q=1. Тогда на вход DD2 приходят две единицы. Следовательно, выход Q_= 0. Нулевой сигнал с выхода Q_приходит на второй вход DD1 X2, подтверждая наше предположение, что Q=1. То есть, обойдя контур, убеждаемся, что такое положение устойчиво и триггер в нем может находиться сколь угодно долго.
b) Так как выше высказанное предположение нами высказано произвольно, сделаем обратное предположение, что Q=0. На второй вход DD2 – X3 приходит нулевой сигнал, следовательно, Q_=1. Две единицы на входе ЛЭ DD1 подтверждают наше предположение, что Q=0. Обойдя контур, убеждаемся, что и такое положение также устойчиво и триггер в нем может находиться сколь угодно долго.
Вывод: при состоянии обоих входов S=R=1 на выходе Q может храниться сколь угодно долго (пока подано питание) либо 0, либо 1. Такой режим называется режимом хранения двоичной информации.
Проанализируем вторую строку таблицы состояния рис 6.1в. Вход X1=0, а X4=1. Если хотя бы на одном входе DD1 имеется 0, то выход однозначно Q=1. Две единицы на входе DD2 дают Q_=0. Это состояние устойчиво.
Вывод: комбинация входных сигналов S=0, R=1 устанавливает триггер в состояние Q=1. Такой режим называется режимом записи в триггер логической единицы.
Третья строка таблицы, подобно второй строке приводит к выводу:
комбинация входных сигналов X1=1, X4=0 устанавливает триггер в состояние Q=0. Такой режим называется режимом записи в триггер логического нуля.
В четвертой строке таблицы рассматривается ситуация, когда на вход подаются логические нули X1=X4=0. При этом и на выходах триггера однозначно устанавливаются логические единицы Q=Q_=1. Такая комбинация входных сигналов называется запрещенной. Эти слова следует понимать не буквально, а как указание на то, что такое сочетание входных сигналов ведет к непредсказуемому поведению триггера при переходе из запрещенного состояния в режим хранения и при использовании триггера принимать меры для его исключения.
Эту комбинацию входных сигналов можно интерпретировать следующим образом: запрещено одновременно на входы подавать два активных сигнала. Из четвертой строки таблицы видно, что активными входными сигналами являются логические нули.
Вывод: переход после запрещенной комбинации входных сигналов в режим хранения не позволяет предсказать, какой код будет сохранен в триггере.
Выяснив полярность активного управляющего сигнала, вернемся ко второй и третьей строке таблицы, которые представим следующим образом:
¾ При подаче на информационный вход X1 активного лог. 0 триггер устанавливается в состояние Q=1. Назовем его входом S (Set - установка) установки (записи) триггера в 1.
¾ При подаче на информационный вход X4 активного лог. 0 триггер устанавливается в состояние Q=0. Назовем его входом R (Reset - сброс) установки (записи) триггера в 0.
Условное изображение триггера, показанное на рис 6.1б, состоит из двух полей: слева поле входных сигналов, справа – выходных. Буква Т – означает, что изображен простейший (однотактный) триггер. Активные инверсные входные сигналы обозначаются кружком на входе. Прямой выход Q – изображается линией без кружка, инверсный выход Q_ - линией с кружком. Грамотное обозначение триггера дает полную информацию о таблице состояния: активные сигналы на входе – инверсные, запрещенная комбинация – два активных сигнала на входе. Активный входной сигнал S =0 устанавливает выход Q=1, а активный входной сигнал R=0 устанавливает выход Q=0.
При переключении триггера из одного состояния в другое (только на момент переключения, когда петлевой коэффициент усиления превышает 1), на процесс переключения оказывает влияние положительная обратная связь, которая вызывает лавинообразный процесс опрокидывания из одного состояния в другое (в теории обратных связей такое явление называется регенеративным процессом). Благодаря регенеративному процессу, переключение триггера (да и вообще любого устройства с положительной обратной связью) происходит максимально быстро со скоростью, обусловленной самым инерционным элементом в цепи положительной обратной связи. Такими элементами являются два ЛЭ с временем переключения tз ср. Итак, время переключения простейшего RS-триггера, или, что одно и тоже, время задержки фронтов выходного сигала tз =2 tз ср. Максимальная частота переключения триггера Fmax=1/ tз = 1/2 tз ср.
Полное название описанного триггера – простейший асинхронный (нетактируемый) однотактный RS –триггер с инверсным управлением. Термин асинхронный, или что одно и то же, нетактируемый означает, что переключение осуществляется информационными входными сигналами, а не тактовыми сигналами, как в более сложных триггерах. Как самостоятельное устройство такой триггер применяется достаточно редко. Как ячейка двоичной памяти, входит в состав более сложных триггеров, счетчиков, регистров.
Простейший RS триггер, построенный на основе ЛЭ ИЛИ-НЕ (рис 6.2), имеет таблицу истинности, отличающуюся от предыдущей схемы.
S
R
Q
Q
Примеч.
Qn-1
Qn-1
Хранен.
Уст. 1
Уст. 0
Запрещ.
Рис 6.2. Асинхронный RS-триггер на элементах ИЛИ-НЕ.
Основные отличия от предыдущего триггера следующие:
¾ Запрещенная комбинация входных сигналов S=R=1, то есть активный входной уровень 1;
¾ Установка триггера в состояние Q=1 осуществляется сигналом S=1 (при R=0);
¾ Установка триггера в состояние Q=0 осуществляется сигналом R=1 (при S =0);
¾ Режим хранения при неактивных входах S=R=0.
Условное изображение этого триггера (рис 6.2б) отличается от предыдущего прямыми входами. Полное название данного триггера – простейший асинхронный (нетактируемый) однотактный RS –триггер с прямым управлением.
Динамические параметры этого триггера также обусловлены влиянием положительной обратной связи. Крутизна фронтов, время задержки при переключении, максимальная скорость переключения описываются теми же формулами. И область применения та же: как самостоятельное устройство применяется редко, но на его основе строятся сложные триггеры.
