Устройство и принцип работы RS-триггера
Одним из важнейших элементов цифровой техники является триггер (англ. Trigger — защёлка, спусковой крючок).
Сам триггер не является базовым элементом, так как он собирается из более простых логических схем. Семейство триггеров весьма обширно. Это триггеры: T, D, C, JK, но основой всех является самый простой RS-триггер.
Без RS триггеров невозможно было бы создание никаких вычислительных устройств от игровой приставки до суперкомпьютера. У триггера два входа S (set) — установка и R (reset) — сброс и два выхода Q-прямой и Q- инверсный. Инверсный выход имеет сверху чёрточку. Триггер бистабильная система, которая может находиться в одном из двух устойчивых состояний сколь угодно долго. На рисунке показан RS-триггер выполненный на элементах 2ИЛИ – НЕ.
Точно так же триггер может быть выполнен и на элементах 2И – НЕ.
Единственная разница это то, что триггер на элементах И – НЕ активируется, то есть переводится в другое состояние потенциалом логического нуля. Триггер, собранный на элементах ИЛИ – НЕ активируется логической единицей. Это определяется таблицей истинности логических элементов. При подаче положительного потенциала на вход S мы получим на выходе Q высокий потенциал, а на выходе Q низкий потенциал. Тем самым мы записали в триггер, как в ячейку памяти, единицу. Пока на вход R не будет подан высокий потенциал, состояние триггера не изменится.
На принципиальных схемах триггер изображается следующим образом.
Два входа R и S, два выхода прямой и инверсный и буква Т означающая триггер.
Хорошо отображает принцип работы RS-триггера несложная схема, собранная на двух элементах 2И – НЕ. Для этого используется микросхема 155ЛА3, которая содержит четыре таких элемента. Нумерация на схеме соответствует выводам микросхемы. Напряжение питания +5V подаётся на 14 вывод, а минус подаётся на 7 вывод микросхемы. После включения питания триггер установится в одно из двух устойчивых состояний.
Исходя из того, что сопротивление переходов транзисторов логических элементов не может быть абсолютно одинаковым, то триггер после включения питания, как правило, принимает одно и то же состояние.
Допустим, после подачи питания у нас горит верхний по схеме светодиод HL1. Можно сколько угодно нажимать кнопку SB1 ситуация не изменится, но достаточно на долю секунды замкнуть контакты кнопки SB2 как триггер поменяет своё состояние на противоположное. Горевший светодиод HL1 погаснет и загорится другой — HL2. Тем самым мы перевели триггер в другое устойчивое состояние.
На данной схеме всё достаточно условно, а на реальном триггере принято считать, что если на прямом выходе "Q" высокий уровень то триггер установлен, если уровень низкий то триггер сброшен.
Основной недостаток рассматриваемого триггера это, то, что он асинхронный. Другие более сложные схемы триггеров синхронизируются тактовыми импульсами общими для всей схемы и вырабатываемые тактовым генератором. Кроме того сложная входная логика позволяет держать триггер в установленном состоянии до тех пор пока не будет сформирован сигнал разрешения смены состояния триггера.
RS-триггер может быть и синхронным, но двух логических элементов для этого мало.
На рисунке изображена схема синхронного RS-триггера. Такой триггер может быть собран на микросхеме К155ЛА3, которая содержит как раз четыре элемента 2И – НЕ. В данной схеме переключение триггера из одного состояния в другое может быть осуществлено только в момент прихода синхроимпульса на вход "C".
На рассмотренной выше схеме переключение триггера осуществляется с помощью кнопок. Такой вариант используется достаточно часто и именно для кнопочного управления какой-либо аппаратурой. В электронике существует понятие «дребезг контактов» то есть, когда мы нажимаем кнопку, на вход устройства проникает целый пакет импульсов, который может привести к серьёзным нарушениям в работе. Использование RS-триггера позволяет избежать этого.
Благодаря своей простоте и недорогой стоимости RS-триггеры широко применяются в схемах индикации. Часто для повышения надёжности и устранения возможности случайного срабатывания RS-триггер собирается по так называемой двухступенчатой схеме. Вот схема.
Здесь можно видеть два совершенно одинаковых синхронных RS-триггера, только для второго триггера синхроимпульсы инвертируются. Первый триггер в связке называют M (master) — хозяин, а второй триггер называется S (slave) — раб.
Допустим на входе "С" высокий потенциал. М-триггер принимает информацию, но низкий потенциал на входе синхронизации S-триггера блокирует приём информации. После того как потенциал поменялся на противоположный информация из M-триггера записывается в S-триггер, но приём информации в M-триггер блокируется.
Такая двухступенчатая система намного надёжнее обычного RS-триггера. Она свободна от случайных срабатываний.
Для более наглядного изучения работы RS-триггера рекомендую провести эксперименты с RS-триггером.
Назначение синхронного RS-триггера.
Синхронный RS-триггер предназначен для предотвращения срабатывания RS — триггера от комбинаций с задержанными сигналами поступающими на вход.
Условное обозначения синхронного RS-триггера.
На рисунке “С” обозначает время (clock).
Синхронный RS-триггер — RS — триггер, имеющий два информационных и 1 синхронный (тактовый) входы.
Схема синхронного RS-триггера.
Как видно из рисунка, схема состоит из асинхронного RS-триггера и 2-х элементов И.
Работа синхронного RS-триггера.
При подаче на вход С “0” информация с S и R-входов на триггер не передается и состояние его не меняется
При С=1 сигналы с S и R- входов проходят на триггер и переключают его.
Если использовать RS-триггер с инверсными входами, то элементы И заменяются на элементы И-НЕ.
Двухступенчатый синхронный RS-триггер
Двухступенчатый синхронный RS-триггер — триггер, в состав которого входят 2 одноступенчатых синхронных RS-триггера и элемент ИЛИ-НЕ.
Назначение двухступенчатого синхронного RS-триггера.
Двухступенчатый синхронный RS-триггер предназначен для тактирования триггера фронтом импульса или перепадом потенциала.
Условное обозначение двухступенчатого синхронного RS-триггера.
Схема двухступенчатого синхронного RS-триггера.
Работа двухступенчатого синхронного RS-триггера.
Каждая ступень представляет собой синхронный RS — триггер. При наличии на шине C логической 1 триггер Т1 воспринимает информацию, поступившую по шинам S и R которая и определяет его состояние. В это время за счет инвертора на входе С триггера Т2 действует 0 и его состояние не меняется.
В момент, когда С=0 на выходе инвертора DD1 появляется логическая единица U 1 , которая разрешает перезапись в триггер Т2 информации из триггера Т1.
Таким образом, информация в триггере Т1 записывается по фронту синхроимпульса, а в триггере Т2 — по его срезу.
Для расширения возможности триггеров возможно объединение синхронных и асинхронных триггеров.
На представленной схеме входы 
, 
-входы асинхронного триггера, входы S, R, C -входы синхронного триггера.
Обозначение представленного триггера — ТР.
Например: 555 ТР-2.
3. УНиверсальные триггеры
Т-триггеры
Т-триггер -триггер, имеющий один информационный вход и изменяющий свое состояние всякий раз, когда на вход поступает управляемый сигнал.
Т-триггер по другому называют триггером со счетным входом.
Т — триггер предназначен для выполнения следующих основных функций:
счета поступающих сигналов
Получается Т — триггер путем введения соответствующей обратной связи в тактируемые (синхронные) RSC-триггеры.
На схемах Т — триггер обозначается следующим образом
Принцип действия Т – триггера основан на следующем: число его переключений равно числу поступающих на его вход импульсов.
Схема Т – триггера имеет следующий вид:
Рассмотрим работу Т — триггера.
Пусть Т — триггер находится в нулевом состоянии. Тогда на S входе действует логическая единица “1”, а на R входе — 0. При подаче синхронного импульса (т.е. при подаче “1” на вход С Т — триггера) триггер Т1 перейдет в единичное состояние, а триггер Т2 состояние не меняет. По окончании импульса на входе С триггера Т1 на входе С триггера Т2 появляется 1 и триггер Т2 переходит в единичное состояние. Теперь на S входе действует 0, а на R входе — 1.
Следовательно, под действием очередного импульса триггер Т1 и по срезу триггер Т2 перейдут в нулевое состояние.
Таким образом, под действием каждого импульса состояние триггера изменяется, т.е. Т-триггер должен переключаться каждым импульсом, поступающим на счетный вход триггера.
Рассмотренные Т — триггеры нашли широкое применение в счетчиках.
Кроме описанных схем применяются так же и асинхронные Т триггеры. Условно-графическое обозначение такого триггера имеет вид:
Асинхронные триггеры получают за счёт инвертирования одной последовательности импульсов поступающих на два разных входа. Сигнал инвертируется с помощью элемента ИЛИ-НЕ (НЕ), подключенного ко входу R.
Таким образом, RS триггеры это триггеры с раздельным запуском. Их недостаток наличие запрещённых комбинаций сигналов подаваемых на входы этих устройств. Этого недостатка лишены Т-, D-, JK- триггеры.
RS триггер получил название по названию своих входов. Вход S (Set — установить англ.) позволяет устанавливать выход триггера Q в единичное состояние (записывать единицу). Вход R (Reset — сбросить англ.) позволяет сбрасывать выход триггера Q (Quit — выход англ.) в нулевое состояние (записывать ноль).
В простейшем случае RS триггер это два логических элемента "2И-НЕ", соединенные последовательно друг с другом. Его принципиальная схема приведена на рисунке 1. Обратите внимание, что у триггера только один выход. Обозначим его Q. Тогда оставшийся вывод схемы будет инверсным выходом Q
Рисунок 1. Схема простейшего rs триггера на схемах "2И-НЕ". Входы R и S инверсные (активный уровень’0′)
Рассмотрим принцип работы RS триггера, выполненный по изображенной на рисунке 1 схеме подробнее. Пусть на входы R и S подаются единичные потенциалы. Если на выходе верхнего логического элемента "2И-НЕ" Q присутствует логический ноль, то на выходе нижнего логического элемента "2И-НЕ" появится логическая единица. Эта единица подтвердит логический ноль на выходе Q. Если на выходе верхнего логического элемента "2И-НЕ" Q первоначально присутствует логическая единица, то на выходе нижнего логического элемента "2И-НЕ" появится логический ноль. Этот ноль подтвердит логическую единицу на выходе Q. То есть при единичных входных уровнях схема RS триггера работает точно так же как и схема на инверторах.
Подадим на вход S нулевой потенциал. Согласно таблице истинности логического элемента "И-НЕ" на выходе Q появится единичный потенциал. Это приведёт к появлению на инверсном выходе триггера нулевого потенциала. Теперь, даже если снять нулевой потенциал с входа S, на выходе триггера останется единичный потенциал. То есть мы записали в триггер логическую единицу.
Точно так же можно записать в RS-триггер и логический ноль. Для этого следует воспользоваться входом R. Так как активный уровень на входах оказался нулевым, то эти входы — инверсные. Составим таблицу истинности RS триггера. Входы R и S в этой таблице будем использовать прямые, то есть и запись нуля, и запись единицы будут осуществляться единичными потенциалами (таблица 1).
Таблица 1. Таблица истинности RS триггера.
| R | S | Q(t) | Q(t+1) | Пояснения |
|---|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | 0 | Режим хранения информации R=S=0 |
| 0 | 0 | 1 | 1 | |
| 0 | 1 | 0 | 1 | Режим установки единицы S=1 |
| 0 | 1 | 1 | 1 | |
| 1 | 0 | 0 | 0 | Режим записи нуля R=1 |
| 1 | 0 | 1 | 0 | |
| 1 | 1 | 0 | * | R=S=1 запрещенная комбинация |
| 1 | 1 | 1 | * |
RS триггер можно построить и на логических элементах "ИЛИ". Его схема приведена на рисунке 2. Принцип работы RS триггера, собранный на логических элементах "ИЛИ" будет точно таким же, как и рассмотренный ранее. Единственное отличие в работе этой схемы по сравнению с предыдущей схемой RS триггера будет заключаться в том, что сброс и установка триггера будет производиться единичными логическими уровнями. Эти особенности связаны с принципами работы инверсной логики, которые рассматривались ранее.
Рисунок 2. Схема простейшего RS триггера на логических элементах ИЛИ-НЕ. Входы R и S прямые (активный уровень ‘1’)
Так как RS триггер при реализации его на логических элементах "И" и "ИЛИ" работает одинаково (его принцип работы от схемы не зависит), то и условно-графическое изображение на принципиальных схемах тоже одинаково. Условно-графическое изображение RS триггера приведено на рисунке 3.
Рисунок 3. Условно-графическое обозначение RS триггера
Синхронный RS триггер
Схема RS триггера позволяет запоминать состояние логической схемы, но так как в начальный момент времени может возникать переходный процесс (в цифровых схемах этот процесс называется "опасные гонки"), то запоминать состояния логической схемы нужно только в определённые моменты времени, когда все переходные процессы закончены.
Это означает, что большинство цифровых схем требуют сигнала синхронизации (тактового сигнала). Все переходные процессы в комбинационной логической схеме должны закончиться за время периода синхросигнала, подаваемого на входы триггеров. Триггеры, запоминающие входные сигналы только в момент времени, определяемый сигналом синхронизации, называются синхронными. Для того чтобы отличать от них рассмотренные ранее варианты (RS триггер и триггер Шмитта) эти триггеры получили название асинхронных.
Формировать синхронизирующие сигналы с различной частотой и скважностью при помощи генераторов и одновибраторов мы уже научились в предыдущих главах. Теперь научимся записывать в триггеры входные логические сигналы только при наличии разрешающего сигнала.
Для этого нам потребуется схема, пропускающая входные сигналы только при наличии синхронизирующего сигнала. Такую схему мы уже использовали при построении схем мультиплексоров и демультиплексоров. Это логический элемент "2И". Триггеры, записывающие сигналы только при наличии синхронизирующего сигнала называются синхронными. Принципиальная схема синхронного RS-триггера приведена на рисунке 4.
Рисунок 4. Схема синхронного RS триггера, построенного на элементах "И-НЕ"
В таблице 2 приведена таблица истинности синхронного RS триггера. Принцип работы RS триггера не изменился, добавилось дополнительное условие: синхронизация момента срабатывания схемы. В этой таблице символ ‘x’ означает, что значения логических уровней на данном входе не важны. Они не влияют на работу триггера.
Таблица 2. Таблица истинности синхронного RS триггера.
| С | R | S | Q(t) | Q(t+1) | Пояснения |
|---|---|---|---|---|---|
| 0 | x | x | 0 | 0 | Режим хранения информации |
| 0 | x | x | 1 | 1 | |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | Режим хранения информации |
| 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | |
| 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | Режим установки единицы S=1 |
| 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | |
| 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | Режим записи нуля R=1 |
| 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | |
| 1 | 1 | 1 | 0 | * | R=S=1 запрещенная комбинация |
| 1 | 1 | 1 | 1 | * |
Как мы уже показали выше, RS триггеры могут быть реализованы на различных логических элементах. При этом их логика работы не изменяется. В то же самое время триггеры часто выпускаются в виде готовых микросхем (или реализуются внутри БИС в виде готовых модулей), поэтому на принципиальных схемах синхронные RS триггеры обычно изображаются в виде условно-графических обозначений. Условно-графическое обозначение синхронного RS триггера приведено на рисунке 5.
Рисунок 5. Условно-графическое обозначение синхронного RS триггера
Дата последнего обновления файла 21.12.2008
Вместе со статьей "RS-триггер" читают: