Триггер — это устройство последовательного типа с двумя устойчивыми состояниями равновесия, предназначенное для записи и хранения информации. Под действием входных сигналов триггер может переключаться из одного устойчивого состояния в другое. При этом напряжение на его выходе скачкообразно изменяется.
Как правило, триггер имеет два выхода: прямой и инверсный. Число входов зависит от структуры и функций, выполняемых триггером. По способу записи информации триггеры делят на асинхронные и синхронизируемые (тактируемые). В асинхронных триггерах информация может записываться непрерывно и определяется информационными сигналами, действующими на входах в данный момент времени. Если информация заносится в триггер лишь в момент действия так называемого синхронизирующего сигнала, то такой триггер называют синхронизируемым или тактируемым. Помимо информационных входов тактируемые триггеры имеют тактовый вход синхронизации. В цифровой технике приняты следующие обозначения входов триггеров:
S — раздельный вход установки в единичное состояние (напряжение высокого уровня на прямом выходе Q);
R — раздельный вход установки в нулевое состояние (напряжение низкого уровня на прямом выходе Q);
D — информационный вход (на него подается информация, предназначенная для занесения в триггер);
C — вход синхронизации;
Т — счетный вход.
Наибольшее распространение в цифровых устройствах получили RS-триггер с двумя установочными входами, тактируемый D-триггер и счетный Т-триггер. Рассмотрим функциональные возможности каждого из них.
Асинхронный RS-триггер. В зависимости от логической структуры различают RS-триггеры с прямыми и инверсными входами. Их схемы и условные обозначения приведены на рисунке. Триггеры такого типа построены на 2-х логических элементах 2ИЛИ-НЕ — триггер с прямыми входами (а), 2И-НЕ — триггер с инверсными входами (б).
Рисунок 1
Выход каждого из элементов подключен к одному из выходов другого элемента. Здесь приведены таблицы истинности для каждого из этих триггеров
S
R
Qt
-Qt
Qt+1
-Qt+1
S
R
Qt
-Qt
Qt+1
-Qt+1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
1
0
1
0
0
1
1
0
1
0
0
1
0
1
0
0
0
1
0
1
0
0
0
1
*
*
1
1
0
1
*
*
1
1
0
1
0
1
0
1
1
0
0
1
0
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
0
1
0
0
1
0
1
0
0
0
1
0
*
*
1
1
1
0
*
*
1
1
1
0
0
1
В таблицах (Qt и -Qt обозначают уровни, которые были на выходах триггера до подачи на его входы так называемых активных уровней. Активным. называют логический уровень, действующий на входе логического элемента и однозначно определяющий логический уровень выходного сигнала (независима от логических уровней, действующих на остальных входах). Для элементов ИЛИ-НЕ за активный уровень принимают высокий уровень, а для элементов И-НЕ — низкий уровень. Уровни, подача которых на один из входов не приводит к изменению логического уровня на выходе элемента, называют пассивными. Уровни Qt+1 и -Qt+1 обозначают логические уровни на выходах Триггера после подачи информации на его входы.
Для триггера с прямыми входами Qt+1=1 при S=1 и R=0; Qt+1=0 при S=0 и R=1; Qt+1= Qt при S=0 и R=0. При R=S=1 состояние триггера будет неопределенным, потому что во время действия информационных сигналов Логические уровни на выходах триггера одинаковы (Qt+1=-Qt+1=0), а после окончания их действия триггер может равновероятно принять любое из устойчивых состояний. Потому такая комбинация является запрещенной (и может вывести триггер из строя).
Режим S=1, R=0 называют режимом записи 1 (потому что Qt+1=1); режим S=0 и R=1 — режимом записи 0. Режим S=0, R=О называется режимом хранения информации, потому что информация на выходе остается неизменной. Для триггера с инверсными входами режим записи логической 1 реализуется при -S=0, -R=1, режим записи логического 0 — при -S=1, -R=0. При -S=-R=1 обеспечивается хранение информации. Комбинация S=R=0 является запрещенной.
Следует, однако, отметить, что самостоятельно RS-триггеры в устройствах цифровой техники практически не используются из-за их низкой помехоустойчивости
Тактируемый D-триггер. Он имеет информационный выход и вход синхронизации. Одна из возможных структурных схем однотактного D-триггера и его условное обозначение показаны на рисунке.
Рисунок 2
Если уровень сигнала на входе C= 0, состояние триггера устойчиво и не зависит от уровня сигнала на информационном входе. При этом на входы RS-триггера с инверсными входами (элементы 3 и 4) поступают пассивные уровни (-S=-R=1). При подаче на вход синхронизации уровня С=1 информация на прямом выходе будет повторять информацию, подаваемую на вход D. Таким образом, при C=0 Qt+1=Qt, C=1 Qt+1=D). Таблица истинности тактируемого D-триггера имеет вид:
D
C
Qt+1
0
0
0
0
1
0
1
0
1
1
1
1
Здесь Qt означает логический уровень на прямом выходе до подачи импульса синхронизации, а Qt+1 — логический уровень на этом выходе после подачи импульса синхронизации.
На рисунке 3 изображены временные диаграммы тактируемого D-триггера. В таком триггере происходит задержка сигнала на выходе по отношению к сигналу, поданному на вход. на время паузы между синхросигналами. Для устойчивой работы триггера необходимо, чтобы в течение синхроимпульса информация на входе была неизменной.
Тактируемые D-триггеры могут быть с потенциальным и динамическим управлением. У первых из них информация записывается в течение времени, при котором уровень сигнала С=1. В триггерах с динамическим управлением информация записывается лишь в течение перепада напряжения на входе синхронизации. Динамические входы изображают на схемах треугольником. Если вершина треугольника обращена в сторону микросхемы, то триггер срабатывает по фронту входного импульса, если от нее — по срезу. Ещё в схемах вы встретите / и обозначения первое соответственно фронт второе спад. В таком триггере информация на входе может быть задержана на один такт по отношению к входной информации.
Рисунок 3
Счетный Т-триггер рисунок 4,а. Его называют также триггером со счетным входом. Он имеет один управляющий вход Т и два выхода Q и -Q. Информация на выходе такого триггера меняет свой знак на противоположный при каждом положительном (или при каждом отрицательном) перепаде напряжения на входе. Триггер такого типа может быть создан на базе тактируемого D-триггера, если его инверсный выход соединить с информационным входом (рис 4,б). Как видно из диаграммы на Рисунке 4,в, частота сигнала на выходе Т-триггера в два раза ниже частоты сигнала на входе, поэтому такой триггер можно использовать как делитель частоты и двоичный счетчик. В сериях выпускаемых микросхем есть также универсальные JK-триггеры. При соответствующем подключении входной логики JK-триггер может выполнить функции триггера любого другого типа.