Двоичный триггер


Двоичный триггер
Запрос «Триггер» перенаправляется сюда. Cм. также другие значения.

Триггер — простейшее последовательностное устройство, которое может длительно находиться в одном из нескольких возможных устойчивых состояний и переходить из одного в другое под воздействием входных сигналов. Триггер может быть описан конечным автоматом, который способен хранить 1 бит данных, а также выполнять с ним различные операции в зависимости от входных сигналов. Последовательностными называют[1] такие логические устройства, выходные сигналы которых определяются не только сигналами на входах, но и предысторией их работы, то есть состоянием элементов памяти. Триггер — один из базовых (основных) элементов цифровой техники.

Содержание

Классификация

Триггерные схемы классифицируют по следующим признакам:

  • способу приёма логических сигналов;
  • функциональным возможностям;
  • принципу построения;
  • числу устойчивых состояний (обычно устойчивых состояний два, реже - больше, см. троичный триггер, четверичный триггер[2], декатрон);
  • числу уровней — два уровня (высокий, низкий) в двухуровневых элементах, три уровня (положительный, ноль, отрицательный) в трёхуровневых элементах[3].

По способу работы с сигналами различают асинхронные, синхронные и смешанные триггерные схемы, статические и динамические.

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

Синхронные триггеры реагируют на информационные сигналы только при наличии соответствующего сигнала на так называемом входе синхронизации С (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 С.

Статические триггеры воспринимают информационные сигналы при подаче на вход С логической единицы (прямой вход) или логического нуля (инверсный вход).

Динамические триггеры воспринимают информационные сигналы при изменении (перепаде) сигнала на входе С 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 двух-ступенчатые (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 ТТ.

По структурному построению — однотактные (триггеры защёлки), двухтактные и триггеры с динамическим управлением. По способу реакции на помехи — прозрачные и непрозрачные. Непрозрачные, в свою очередь, делятся на проницаемые и непроницаемые. По функциональному назначению — RS, D, JK, T, RR, SS, EE, DV.

При изготовлении триггеров применяются преимущественно полупроводниковые приборы (обычно полевые транзисторы), в прошлом — электронные лампы. В настоящее время логические схемы, в том числе с использованием триггеров, создают в интегрированных средах разработки под различные программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС).

Используются в основном в вычислительной технике для организации компонентов вычислительных систем: процессоров, регистров, счётчиков, ОЗУ.

По функциональным возможностям триггеры разделяют на следующие классы:

  • с раздельной установкой состояния 0 и 1 (RS-триггеры). Если триггер является синхронным — добавляется вход синхронизации C.;
  • универсальные (JK-триггеры);
  • с приёмом информации по одному входу D (D-триггеры, или триггеры задержки);
  • со счётным входом Т (Т-триггеры).

Каждый тип триггера имеет собственную таблицу работы (таблицу истинности). Выходное состояние триггера обычно обозначают буквой Q. Индекс возле буквы означает состояние до подачи сигнала (t) или после подачи сигнала (t+1).

Если триггер синхронный, то существует также дополнительный вход синхронизации. Для того, чтобы такой триггер учёл информацию на синхронных входах, на входе синхронизации необходимо сформировать активный фронт (обычно положительный фронт).

Входы триггера

Входы триггеров обычно обозначают следующим образом:

  • S (от англ. Set, установить) — вход в RS-триггере;
  • R (от англ. Reset, сброс) — вход в RS-триггере;
  • J (от англ. Jump[4], прыжок) — вход в JK-триггере;
  • К (от англ. Kill, убить) — вход в JK-триггере;
  • Т (от англ. Toggles, переключить) — счётный вход в Т-триггере;
  • С (от англ. Clock, время) вход синхронизирующего сигнала. При тактировании по фронту он часто обозначается стрелкой: стрелка внутрь — тактирование по переднему фронту, наружу — по заднему.
  • D (от англ. Delay, задержка) — вход в D-триггере;
  • E или EN (от англ. Enable, разрешить) — дополнительный асинхронный управляющий вход для разрешения приёма информации (иногда используют букву V).

Входы J,К,Т,D всегда синхронные, т.е. тактируются по синхронизирующему сигналу на входе C. Разумеется, в каждом конкретном триггере имеются лишь некоторые из перечисленных входных линий. Входы S и R зачастую присутствуют не только в RS триггерах, но и в других типах триггеров, где предназначены, в основном, для асинхронного сброса устройства в 0 или установки в 1.

RS-триггер, или SR-триггер

Одна из наглядных схем реализации асинхронного RS-триггера на базе двух элементов 2И-НЕ(NAND2)
S R Q(t) Q(t+1)
0 0 0 0
0 0 1 1
0 1 0 0
0 1 1 0
1 0 0 1
1 0 1 1
1 1 0 *
1 1 1 *

RS-триггер, или SR-триггер — триггер, который сохраняет своё предыдущее состояние при нулевых входах и меняет своё выходное состояние при подаче на один из его входов единицы. При подаче единицы на вход S (от англ. Set - установить) выходное состояние становится равным логической единице. А при подаче единицы на вход R (от англ. Reset - сбросить) выходное состояние становится равным логическому нулю. Если RS-триггер синхронный, то состояние его входов учитывается только в момент тактирования, например по переднему фронту импульса. Состояние, при котором на оба входа R и S одновременно поданы логические единицы, является запрещённым. Так, например, схема RS-триггера, изображённая на рисунке, при подаче на оба инверсных входа логического нуля перейдёт в состояние, когда на обоих выходах будут единицы, что не соответствует логике выхода триггера, поскольку инверсный выход \bar Q~ будет равен неинверсному Q~, т.е. \emptyset=1.

RS-триггер используется для создания сигнала с положительным и отрицательным фронтами, отдельно управляемыми посредством стробов, разнесённых во времени.

JK-триггер

Символ JK-триггера с дополнительными асинхронными входами S и R, аналогично представлению в среде разработки
J K Q(t) Q(t+1)
0 0 0 0
0 0 1 1
0 1 0 0
0 1 1 0
1 0 0 1
1 0 1 1
1 1 0 1
1 1 1 0

JK-триггер работает также как RS-триггер, с одним лишь исключением: при подаче логической единицы на оба входа J и K состояние выхода триггера изменяется на противоположное. Вход J (от англ. Jump - прыжок) аналогичен входу S у RS-триггера. Вход K (от англ. Kill - убить) аналогичен входу R у RS-триггера. При подаче единицы на вход J и нуля на вход K выходное состояние триггера становится равным логической единице. А при подаче единицы на вход K и нуля на вход J выходное состояние триггера становится равным логическому нулю. JK-триггер в отличие от RS-триггера не имеет запрещённых состояний на основных входах, однако это никак не помогает при нарушении правил разработки логических схем. На практике применяются только синхронные JK-триггеры, то есть состояния основных входов J и K учитываются только в момент тактирования, например по положительному фронту импульса на входе синхронизации.

На базе JK-триггера возможно построить D-триггер или Т-триггер. Как можно видеть в таблице истинности JK-триггера, он переходит в инверсное состояние каждый раз при одновременной подаче на входы J и K логической 1. Это свойство позволяет создать на базе JK-триггера Т-триггер, объединив входы J и К[5].


D-триггер

Символ D-триггера с дополнительными асинхронными входами S и R
D Q(t) Q(t+1)
0 0 0
0 1 0
1 0 1
1 1 1

D-триггер (D от англ. delay - задержка) - запоминает состояние входа и выдаёт его на выход. D-триггеры имеют, как минимум, два входа: информационный D и синхронизации С. Сохранение информации в D-триггерах происходит в момент прихода активного фронта на вход С. Так как информация на выходе остаётся неизменной до прихода очередного импульса синхронизации, D-триггер называют также триггером с запоминанием информации или триггером-защёлкой. Рассуждая чисто теоретически, D-триггер можно образовать из любых RS- или JK-триггеров, если на их входы одновременно подавать взаимно инверсные сигналы.

D-триггер в основном используется для реализации защёлки. Так, например, для снятия 32 бит информации с параллельной шины, берут 32 D-триггера и объединяют их входы синхронизации для управления записью информации в защёлку, а 32 D входа подсоединяют к шине.

T-триггер

Изображение T-триггера на схемах.
Работа схемы T-триггера (при T=1) на базе восьми 2И-НЕ логических вентилей. Слева — входы, справа — выходы. Синий цвет соответствует 0, красный — 1
T Q(t) Q(t+1)
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 0

Т-триггер по каждому такту изменяет своё логическое состояние на противоположное при единице на входе Т, и не изменяет выходное состояние при нуле на входе T. Т-триггер часто называют счётным триггером. Т-триггер может строиться как на JK, так и на D-триггерах. Как можно видеть в таблице истинности JK-триггера, он переходит в инверсное состояние каждый раз при одновременной подаче на входы J и K логической 1. Это свойство позволяет создать на базе JK-триггера Т-триггер, объединяя входы J и К. Наличие в D-триггере динамического С входа позволяет получить на его основе T-триггер. При этом вход D соединяется с инверсным выходом, а на вход С подаются счётные импульсы. В результате триггер при каждом счётном импульсе запоминает значение \bar Q, то есть будет переключаться в противоположное состояние.

Т-триггер часто применяют для понижения частоты в 2 раза, при этом на Т вход подают единицу, а на С — сигнал с частотой, которая будет поделена.

Триггерные схемы с несколькими устойчивыми состояниями

Триггер с числом устойчивых состояний N строится из N элементов (N-1)ИЛИ-НЕ или (N-1)И-НЕ путём соединения выхода каждого элемента (Q0, Q1, ..., Q(N-1)) с соответствующими входами всех других элементов.

Триггеры на элементах (N-1)ИЛИ-НЕ работают в прямом одноединичном коде (на выходе Q одного из элементов - "1", на выходах Q других элементов - "0").

Триггеры на элементах (N-1)И-НЕ работают в инверсном однонулевом коде (на выходе Q одного из элементов - "0", на выходах Q других элементов - "1").

При добавлении N транзисторов доступа эти триггеры могут работать как ячейки статической сверхоперативной памяти ([6].

История

Рис.1 Схемы из патента Икклза и Джордана 1918 г., один (фиг.1) нарисован как два инвертирующих каскада усилителя с положительной обратной связью, другой (фиг.2) как симметричная перекрёстносвязанная пара.
  • 1918 г. М.А.Бонч-Бруевич предложил схему переключающего устройства, имеющего два устойчивых рабочих состояния. Это устройство впоследствии было названо триггером.
  • 1918 г. У.Икклз и Ф.Джордан (США) независимо от Бонч-Бруевича изобрели электронное реле (flip-flop, флип-флоп, триггер).

См. также

Ссылки

Примечания

  1. de.ifmo.ru - «Последовательностные Схемы»
  2. http://potan.livejournal.com/81398.html Энергосбережение и системы счисления
  3. Троичная цифровая техника. Перспектива и современность. 28.10.05 Александр Кушнеров, Университет им. Бен-Гуриона, Беэр-Шева, Израиль.
  4. Именно Jump — прыжок, а не Jerk — рывок(англ.)
  5. www.gelezo.com - Триггеры
  6. http://trinary.ru/discussions/61 Бесконечные ряды одноединичных и однонулевых триггеров на элементах (n-1)ИЛИ-НЕ и (n-1)И-НЕ с любым числом устойчивых состояний с записью и чтением по выходным линиям Q0...Q(N-1).

Литература


Wikimedia Foundation. 2010.

Смотреть что такое "Двоичный триггер" в других словарях:

  • Триггер — У этого термина существуют и другие значения, см. Триггер (значения). Триггер (триггерная система)  класс электронных устройств, обладающих способностью длительно находиться в одном из двух устойчивых состояний и чередовать их под… …   Википедия

  • триггер —  Trigger  Триггер (двоичный, двухуровневый)   Электронная логическая схема на двух двухуровневых элементах с положительной обратной связью, имеющая два устойчивых состояния единичное и нулевое, которые обозначаются соответственно 1 и 0. Такое… …   Толковый англо-русский словарь по нанотехнологии. - М.

  • Троичный триггер — Возможно, эта статья содержит оригинальное исследование. Добавьте ссылки на источники, в противном случае она может быть выставлена на удаление. Дополнительные сведения могут быть на странице обсуждения. (11 мая 2011) …   Википедия

  • Бит — Эта статья о единице измерения информации; другие значения: бит (значения). Наименование Международное по МЭК обозначение (англ.)[1] Русское По ГОСТ обозначение[2] Значение бит bit бит 1 октет, байт o, В Б (байт) 1 Б = 8 бит Бит (англ …   Википедия

  • Мбит — Эта статья о единице измерения информации. Другие значения: бит (значения). Бит (англ. binary digit; также игра слов: англ. bit немного) (один двоичный разряд в двоичной системе исчисления) одна из самых известных единиц измерения информации. В… …   Википедия

  • Двоичная система счисления — Эта статья или раздел нуждается в переработке. Пожалуйста, улучшите статью в соответствии с правилами написания статей …   Википедия

  • SRAM (память) — У этого термина существуют и другие значения, см. SRAM. Типы компьютерной памяти Энергозависимая DRAM (в том числе DDR SDRAM) SRAM Перспективные T RAM Z RAM TTRAM Из истории Память на линиях задержки Запоминающая электронстатическая трубка… …   Википедия

  • Состояние — В Викисловаре есть статья «состояние» Состояние абстрактный термин, обозначающий множество стабильных значений переменных …   Википедия

  • Бинарный код — Двоичная система счисления это позиционная система счисления с основанием 2. В этой системе счисления натуральные числа записываются с помощью всего лишь двух символов (в роли которых обычно выступают цифры 0 и 1). Двоичная система используется в …   Википедия

  • Двоичная система — счисления это позиционная система счисления с основанием 2. В этой системе счисления натуральные числа записываются с помощью всего лишь двух символов (в роли которых обычно выступают цифры 0 и 1). Двоичная система используется в цифровых… …   Википедия


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»

We are using cookies for the best presentation of our site. Continuing to use this site, you agree with this.