Интегральные микросхемы триггеров

Определение триггера и триггер на транзисторах рассмотрены в разделе 2.3.6. Среди электронных ключевых устройств триггеры занимают особое место. Они имеют два устойчивых (стабильных) состояния и потому называются бистабильными устройствами. Переход из одного состояния в другое происходит при подаче запускающего импульса произвольной формы, и новое состояние сохраняется сколь угодно долго. Обычно же электронные ключи — моностабильные, так как имеют только одно устойчивое состояние, а в другом (неустойчивом) состоянии они могут быть только до тех пор, пока на входе есть управляющее напряжение.

Свойство бистабильности триггеров используется для запоминания двоичных цифровых сигналов в памяти вычислительных машин. Кроме того, триггеры применяются просто как ключевые каскады для включения и отключения каких-либо устройств, а также как переключатели каналов (коммутаторы).

Переключение триггера происходит очень быстро — скачком. В результате формируются импульсы строго прямоугольной формы с длительностью, равной интервалу времени между запускающими импульсами. Поэтому триггеры часто используют в качестве формирователей или генераторов прямоугольных импульсов. Триггеры, как и импульсные генераторы различных типов, интенсивно развивались в радиотехнических системах и особенно в импульсных радиолокационных системах. Сейчас они находят широкое применение в радиоэлектронной аппаратуре, измерительной и вычислительной технике, системах передачи информации, технологических установках и бытовой технике.

Симметричные RS-триггеры на логических элементах

Схема RS-триггера на двух логических элементах ИЛИ—НЕ с прямыми входами приведена на рис. 3.6, а.

Рис. 3.6. Схемы, эпюры напряжений и УГО асинхронных триггеров: а— RS-триггера с прямыми входами на логических элементах ИЛИ-НЕ; б— RS-триггера с инверсными входами на логических элементах И-НЕ

Термин «с прямыми входами» означает, что при подаче на входы R или S данного триггера положительного единичного импульса он будет вести себя так, как симметричный RS-триггер на транзисторах.

Триггер имеет два входа S и R (от англ. set — установить и reset — сброс) и два выхода — прямой Q и инверсный Р.

При подаче единичного напряжения на вход S триггер перейдет в состояние Q = 1, Р = 0. При подаче импульса на вход R он перейдет в состояние Q = 0, Р = 1. Если далее подать импульс на вход S, то триггер вернется в состояние Q = 1, Р = 0.

Следуя таблице истинности логических элементов ИЛИ—НЕ, можно представить состояния RS-триггера в виде табл. 3.4.

Т а б л и ц а 3.4. Состояния и переходы RS-триггера

Сигналы на входах	Сигналы на выходах	Действие
S	R	Q	Р
				Переключение
				Сохранение
				Переключение
				Сохранение
				Не определенные

Переходы триггера из одного состояния в другое поясняются эпю­рами напряжений данного триггера. Так как симметричный RS-триг­гер имеет два устойчивых состояния, то значения на выхо­дах Q и P обязательно будут противоположными, т.е. в терминах булевой (бинарной) алгебры состояние P является отрицанием состояния Q. Рассмотрим работу триггера более детально с использованием представленных эпюр напряжений.

При подаче на вход S положительного импульса триггер переходит в состояние Q = 1 и P = 0 и может находиться в этом состоянии неограниченно долго. Если снова подать на вход S положительный импульс, то состояние триггера не изменится, так как при появлении на любом его входе 1 на выходе верхнего логического элемента ИЛИ—НЕ будет 0, а значение 1 уже поддерживается на выходе Q нижнего логического элемента. Только при подаче на вход R положительного импульса, соответствующего 1, сработает нижний логический элемент и на выходе Q появится 0, а при условии, что на входе S будет 0, на выходе Р появится 1, т.е. триггер переключится в новое устойчивое состояние.

Если на оба входа триггера подается нулевой входной сигнал, то на его выходах сохраняется то положение, которое установилось последним. Такой режим называется режимом хранения информации, и он может сохраняться триггером сколь угодно долго. Это свойство триггеров используется для создания оперативной памяти вычислительных машин и хранения цифровых данных в двоичной системе счисления.

Если же на оба входа триггера подается единичный сигнал, то на обоих его выходах будет нулевое значение до тех пор, пока не закончится действие одного из сигналов. Окончательные значения сигналов на выходах триггера будут определяться сигналом, который закончится позже.

Так как каждый логический элемент имеет определенное время срабатывания, для надежного перехода триггера из одного состояния в другое необходимо время, равное удвоенному времени срабатывания одного логического элемента. Это время и определяет скорость и допустимую частоту переключения триггера на логических элементах.

Схема RS-триггера с инверсными входами на логических элементах И—НЕ приведена на рис. 3.6, б. Как видно на рисунке, схема соединений элементов И—НЕ аналогична схеме соединений в триггере с прямыми входами на элементах ИЛИ—НЕ, однако выполняемые здесь функции другие. Чтобы этот триггер работал как обычный RS-триггер, необходимо поставить на входы инверторы.

Существуют различные конструкции и схемные реализации триггеров, зависящее от их назначения и используемой элементной базы. Существует также целый класс последовательностных цифровых устройств, в которых триггеры являются элементами памяти.

Интегральные триггеры, выполняемые, как правило, в виде мик­росхемы с несколькими триггерными ячейками, состоят из самого триггера и вспомогательных логических элементов управления его входами (схемы входной логики). В зависимости от структуры схемы входной логики различают триггеры с разными функ­циональными возможностями, т.е. разные типы триггеров: RSС, D, Е, Т, JK и др.

По способу управления триггеры подразделяют на асинхронные (RS) и синхронные (тактируемые, RSС). Переключение (или опрокидыва­ние) асинхронных триггеров происходит непосредственно с поступ­лением входного сигнала на их информационный вход. Переключение синхронных триггеров, имеющих дополнительный вход С для подачи тактового импульса, происходит только при одновременном поступлении входного и тактового импульсов на информационные входы.

Существуют однотактные (обозначаемые Т) и двухтактные, или двухступенчатые (обозначаемые ТТ), триггеры. Однотактные триггеры переключаются по переднему фронту тактового импульса, а двухтактные — по его срезу.

На базе тактируемого JK-триггера можно реализовать Т-триггер, D-триггер задержки и DV-триггер с блокировкой, т.е. этот триггер является универсальным.