Каждый, кто интересуется электроникой, должен знать о таком устройстве, как триггер, что это такое и для чего он нужен. Со времен первых ЭВМ и по сей день, вся вычислительная техника базируется на этих несложных электронных приборах. Благодаря использованию триггерных систем стало возможным реализовывать оперативные запоминающие устройства — быструю память для временного хранения данных, использующихся при вычислениях. Однако сфера их применения не ограничивается лишь этим. Триггерные схемы широко используются в разработке самой разнообразной цифровой электроники, в первую очередь там, где необходимы устройства памяти: счетчики, преобразователи кода, последовательные порты, цифровые фильтры и так далее.
Изучению данной темы стоит уделить должное внимание, так как эти знания являются базовыми для работы с цифровой техникой. Выпускники вузов, которым не знаком принцип работы триггера, не имеют шансов найти себе достойную работу по специальности. Поэтому тем, кто интересуется электроникой всерьез, необходимо обязательно разобраться, что такое триггер, как он работает, какие бывают разновидности и где он применяется.
Общие сведения и базовые понятия
Итак, триггер — это относительно простой электронный элемент, главным свойством которого является устойчивое сохранение своего состояния в течение длительного времени. Всего существует два возможных состояния: логический 0 (ноль) либо 1 (единица). Запись информации в триггер производится скачкообразным изменением его состояния под воздействием поступающих на входы специальных командных сигналов. Как правило, у любого триггера есть два выхода — прямой (отображающий текущее состояние элемента) и инверсный (принимающий противоположное прямому выходу значение).
Переходы между состояниями триггера происходят практически моментально, поэтому переходными задержками по времени на практике пренебрегают. Объем памяти одного триггерного элемента сравнительно невелик и, как правило, составляет 1 или несколько бит, что позволяет ему хранить отдельные небольшие кодовые комбинации, сигналы и так далее. Эти устройства являются базовыми элементами, из которых формируется оперативная память. В основе работы триггера лежит система, базирующаяся на двух и более логических элементах: И-НЕ либо ИЛИ-НЕ, которые включены по схеме с положительной обратной связью.
Триггерная схема может сохранять данные в памяти ровно до тех пор, пока присутствует питание.
При отключении питающего напряжения состояние элемента сбрасывается. Если затем снова включить ток, значение на выходе триггера может принять случайную величину — либо 0, либо 1. По этой причине при разработке цифровой схемы необходимо предусматривать момент приведения триггерных элементов в начальное состояние.
Триггер собранный на реле
Простейшими схемами являются RS триггеры. Буквы S и R означают английские слова set и reset — «установка» и «сброс» соответственно. Этими буквами обозначаются два входа устройства, один из которых (S) при поступлении сигнала приводит к изменению состояния триггера, а второй (R) — сбрасывает элемент в стартовое состояние. Анимация ниже иллюстрирует принцип работы триггерной схемы, собранной из нескольких электромагнитных реле.
В начальном состоянии система находится в положении 0 (логический ноль или «FALSE»), о чем свидетельствует негорящая лампочка на прямом выходе Q. Инверсный выход, обозначаемый с черточкой наверху, соответственно, показывает уровень логической единицы (1), поэтому лампа на нем горит.
При замыкании ключа S, что символизирует подачу на вход единичного сигнала, на реле подается положительное напряжение и происходит переход триггера в логическое состояние 1 или «TRUE», соответственно, лампочка на прямом выходе загорается, а на инверсном гаснет. Затем происходит сброс системы путем замыкания ключа R, триггер переходит в стартовое состояние. Однако до того момента, как будет нажата кнопка сброса, он продолжает сохранять то состояние, в которое его привело замыкание ключа S.
Принцип работы RS триггера
Система, представленная выше, при помощи электромагнитных реле иллюстрирует работу триггера на элементах ИЛИ-НЕ. Однако в современных схемах электромеханические приборы давным-давно не используются, сейчас они собираются из электронных логических элементов на транзисторах, заключенных внутри интегральных микросхем. К тому же для их реализации можно использовать различные базисы. Пример схемы RS триггера на элементах И-НЕ, охваченных положительной обратной связью.
Допустим, что на оба входа R и S подаются единицы. Если верхний элемент И-НЕ выдаст на прямой выход Q логический 0, благодаря положительной обратной связи он поступит на свободный вход нижнего элемента, вследствие чего тот выдаст на инверсном выходе единицу (1). В свою очередь, эта 1 по обратной связи поступает на вход верхнего элемента, тем самым подтверждая 0 на выходе Q. Если же на прямом выходе изначально находится 1, то инверсный, соответственно, выдаст 0, который подтвердит 1 на выходе Q.
При подаче на S-вход 0, согласно логической функции И-НЕ, на прямом выходе Q возникнет 1, а на инверсном — 0. Если при этом на вход S снова подать 1, состояние триггера не изменится, так как по таблице истинности И-НЕ при подаче на входы элемента комбинации 0 и 1 либо 0 и 0, на выходе всегда будет 1. Таким образом, триггерная схема сохраняет полученное значение неизменным. Сбросить значение Q обратно в 0 можно, только подав сигнал на сбрасывающий вход R. Практически работу RS триггера можно пронаблюдать, собрав такую схему на транзисторах.
Триггеры JK и D
Д триггер — неотъемлемая часть большинства микропроцессоров, так как входит в состав регистров сдвига и хранения. Они находятся в числе наиболее часто используемых схем. Название D триггеры происходит от основной характерной особенности — образования задержки (D — Delay). У него имеется два входа: D (информационный) и C (управляющий). Сигнал из D задает состояние схемы, но только если при этом на C есть разрешение на запись.
Если вход синхронизации C сообщает 0, это значит, что запоминание запрещено и выходной сигнал устройства никак не должен зависеть от информации, переданной на D. Запись данных начинается только тогда, когда на C подается 1. В этом случае состояние триггера полностью зависит от D, но если на управляющий вход снова подать 0, триггер запомнит последнее значение и перестанет реагировать на сигналы, пока синхронизация не разрешит запись.
JK триггер самый универсальный и сложный из всех. Принцип работы подобен RS, однако у него нет неопределенного состояния, которое вызывается одновременной подачей на входы двух единиц. Он имеет следующие входы:
- S — установочный;
- R — сбрасывающий;
- C — синхронизация;
- J и K.
Заключение по теме
Триггерные устройства являются ключевой составляющей современных электронно-вычислительных систем. Их принцип действия рассмотрен выше, а также разобраны примеры их реализации на реле и транзисторах.
Спасибо, очень позновательно!