НОУ ІНТУІТ, Лекція, Основні функціональні елементи ЕОМ, частина 1
Тригер – електронна схема, що має два стійкі стани. Перехід з одного стійкого стану в інший відбувається стрибкоподібно під впливом сигналів, що управляють. При цьому також стрибкоподібно змінюється рівень напруги на виході тригера [7].
Тригери є основою для побудови регістрів, лічильників та інших елементів, що мають функцію зберігання.
Головною частиною будь-якого тригера є осередок, що запам'ятовує (ЗЯ). Схема осередку, що запам'ятовує, на елементах "І-НЕ" представлена на рис. 1.5.
Вхідний сигнал S ( Set ) служить встановлення ЗЯ в стан " 1 " ( Q=1 , Q =0 ). Сигнал R (Reset) встановлює ЗЯ у стан "0" (Q=0, Q=1). Активними значеннями є сигнали низького рівня.
Нехай входи ЗЯ подані сигнали: S =0 , R =1 . Тоді за будь-якому вихідному стані ЗЯ на виході елемента 1 встановиться високий рівень напруги. Так як на входи елемента 2 надходять значення Q і R, то на його виході буде сигнал низького рівня. Таким чином, ЗЯ перейде у стан "1".
Аналогічно при S = 1, R = 0 запам'ятовуюча осередок перейде в стан Q = 0, Q = 1, тобто в "0".
Якщо S =1 , R =1 , стан ЗЯ визначатиметься її попереднім станом. Якщо ЗЯ перебувала у стані "1", то сигнал Q =0, надходячи на вхід елемента 1, підтвердить стан його виходу Q=1. На входи елемента 2 надійдуть сигнали високого рівня. Тому його вихід перебуватиме у стані Q = 0, тобто не зміниться. Якщо ЗЯ знаходилася в стані "0", то сигнал Q=0, надходячи на вхід елемента 2, підтвердить стан його виходу Q=1. У свою чергу вихід елемента 1 також залишиться без зміни. Таким чином, ця комбінаціявхідних сигналів відповідає режиму зберігання.
Якщо входи S і R подані сигнали низького рівня ( S = R = 0 ), сигнал на виходах елементів 1 і 2 буде високим ( Q = Q = 1 ). При перекладі ЗЯ режим зберігання ( S = R = 1 ), виходи елементів 1 і 2 можуть встановитися в довільний стан. Тому комбінація сигналів S = R = 0 на входах, що управляють, не використовується.
Робота тригерной схеми визначається не таблицею істинності, як комбінаційної логічної схеми, а таблицею переходів. Таблиця переходів показує зміну стану тригера у разі зміни стану вхідних сигналів залежно від його поточного стану. Таблиця переходів осередку, що запам'ятовує, показаної на рис. 1.5 представлена в табл. 1.3.
| 0 | 0 | х | Заборонена комбінація |
| 0 | 1 | 1 | Встановлення в "1" |
| 1 | 0 | 0 | Встановлення в "0" |
| 1 | 1 | Q(t) | Зберігання |
Аналогічна пам'ятка може бути побудована на елементах "АБО-НЕ".
Такі запам'ятовують комірки можна як найпростіші асинхронні тригери , основі яких будуються синхронні тригерні схеми.
Тригери можна класифікувати за різними ознаками, наприклад, як це показано на рис. 1.6.
Тригер називається синхронним, якщо його таблиця переходів хоча б по одному управляючому входу реалізується під впливом синхронізуючого сигналу.
Розглянемо організацію синхронного одноступеневого тригера (рис. 1.7).
Основу синхронного одноступінчастого тригера становить розглянута вище запам'ятовуюча комірка (елементи 1, 2). Комбінаційна схемаперетворює керуючі сигнали тригера , а також, для деяких типів тригерів , сигнали Q і Q з виходів ЗЯ сигнали S і R на входах осередку. Синхросигнал C дозволяє передачу на входи елементів 1 і таких значень 2 сигналів S і R , які встановлюють ЗЯ в той або інший стан. Неактивне значення синхросигналу забезпечує на входах пам'яті клітинки стан керуючих сигналів S = R = 1 , що відповідає для неї режиму зберігання.
Схема синхронного одноступеневого RS-тригера наведено на рис. 1.8. Його таблиця переходів представлена у табл. 1.4.
| 0 | 0 | Q(t) | Зберігання |
| 0 | 1 | 1 | Встановлення в "1" |
| 1 | 0 | 0 | Встановлення в "0" |
| 1 | 1 | х | Заборонена комбінація |
Ще раз підкреслимо, що дана таблиця переходів реалізовуватиметься лише за активному рівні синхросигналу C (для цієї організації це C = 1 ). При C = 0 виходи елементів 3 і 4 (див. рис. 1.8) будуть у стані "1", що відповідає режиму зберігання осередку, що запам'ятовує, реалізованої на елементах 1 і 2 .
Таблиці переходів JK - і D - тригерів наведені у таблицях 1.5 та 1.6 відповідно.
| 0 | 0 | Q(t) | Зберігання |
| 0 | 1 | 0 | Встановлення в "0" |
| 1 | 0 | 1 | Встановлення в "1" |
| 1 | 1 | Q(t) | Інвертування попереднього стану |
| 0 | 0 | Встановлення в "0" |
| 1 | 1 | Встановлення в "1" |
Поданий на рис. 1.8 тригер має статичну синхронізацію, при якій управляючі сигнали активізують входи S і R клітинки, що запам'ятовує, під час високого рівня сигналу на вході синхронізації. Його умовно-графічне позначення наведено на рис. 1.9, а. Умовно-графічні позначення тригерів, які використовують інші типи синхронізації, наведено на рис. 1.9,б,в,г (з прикладу RS-тригера ).
На рис. 1.9 б представлено УГО тригера зі статичною синхронізацією у разі, якщо активний рівень синхросигналу низький. Умовно-графічні позначення тригерів із динамічною синхронізацією показані на рис. 1.9, в та 1.9,г. У першому випадку зміна стану тригера під впливом керуючих сигналів відбувається тільки в момент перемикання синхронізуючого сигналу з низького рівня на високий, а в другому - при перемиканні з високого на низький рівень. При постійному значенні рівня синхросигналу стан виходу тригера з динамічною синхронізацією не змінюється за будь-яких змін керуючих сигналів на його входах.
Ідеалізована (без урахування затримок) часова діаграма роботи RS-тригерів з різними типами синхронізації наведена на рис. 1.10.
Як зазначалося вище, синхронний тригер , крім управляючих входів, які впливають його стан під час подачі сигналу синхронізації, може мати входи, які впливають його стан безпосередньо. Зазвичай вони використовуються для встановлення тригера в той чи інший початковий стан перед подачею синхросигналів послідовності. Схема синхронного RS-тригера з асинхронними входами установки в "0" і "1" наведена на рис. 1.11, яке умовно-графічне позначення – на рис. 1.12.
Сигнали, що надходять асинхроннимвходам S і R , подаються безпосередньо на входи запам'ятовуючого осередку, утвореного елементами 1 і 2 , минаючи ланцюг, керований синхросигналом (елементи 1 і 2 ), і викликають перемикання осередку, що запам'ятовує згідно табл. 1.3.
Тригери деяких типів використовують значення вихідного сигналу для формування керуючих сигналів на входах клітинки, що запам'ятовує (див. рис. 1.7). Це може призвести до непередбачуваної послідовності його перемикань. При побудові окремих схем на основі тригерів , наприклад, регістрів зсуву необхідно, щоб значення вихідних сигналів тригера не змінювалися на той час, поки проводиться їх запис і значення його вихідних сигналів в інший тригер , але сам цей тригер повинен сприймати значення з виходу деякої іншої тригерної схеми. Ці, і навіть інші ситуації вимагають особливих підходів до організації тригера , основним у тому числі створення двоступеневих тригерів .
Двоступінчастий RS-тригер (рис. 1.13 та рис. 1.14) будується на основі двох одноступінчастих тригерів з прямою статичною синхронізацією. Інформація в першу ступінь тригера (елемент 1) заноситься під час високого рівня синхросигналу. Після того як синхросигнал на вході приймає низьке значення елемент 1 переходить в режим зберігання, а значення високого сигналу на виході інвертора 3 забезпечує запис стану тригера 1 тригер 2 . Ідеалізована часова діаграма роботи двоступінчастого RS-тригера наведена на рис. 1.15.