Краткие теоретические сведения. Исследование работы триггеров

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3

Исследование работы триггеров

Цель работы: Ознакомиться с назначением и принципом действия различных триггеров.

Содержание работы: Исследование триггеров в статическом режиме.

Краткие теоретические сведения

Триггер - это логическая схема с положительной обратной связью, имеющая два устойчивых состояния, которые называются единичным и нулевым и обозначаются 1 и 0. Перевод триггера в единичное состояние производится путем воздействия на его вход и называется установкой (set) триггера. Устанавливающий сигнал и вход на который он воздействует обозначают S. Перевод триггера в нулевое состояние называют сбросом (reset), а соответствующий вход и сигнал обозначают R.

Схема простейшего триггера получается, если использовать два элемента ИЛИ – НЕ с взаимно-перекрестными связями. Такой триггер имеет два входа R и S, прямой и инверсный выходы и называется RS триггером. Его обозначение на функциональных схемах показано на рис.1.

Рис.1. RS триггер на элементах ИЛИ - НЕ

Пока на обоих управляющих входах R и S уровни сигналов не активны, в данном случае равны 0, триггер находится в одном из двух устойчивых состояний. Если значение сигналов на выходе Q равно 1, то, как видно из схемы, этот единичный сигнал, поступая по цепи обратной связи на вход элемента 2, вызывает появление на выходе сигнала с нулевым уровнем. В свою очередь нулевой уровень выхода , поступая на вход элемента 1, поддерживает Q в состоянии 1. Иначе говоря, при входных сигналах R и S, равных 0, появившаяся по любой причине на выходе Q единица по цепи обратной связи будет сама себя поддерживать сколь угодно долго. Когда на прямом выходе Q сигнал равен 1, говорят, что триггер находится в состоянии 1 или что он установлен.

В силу симметрии схемы она будет столь же устойчива в своем противоположном - нулевом состоянии, когда уровень на выходе Q равен 0, а уровень на инверсном выходе равен 1. В этом случае говорят, что триггер сброшен или погашен. Когда оба управляющих сигнала R и S неактивны, режим называют режимом хранения.

После окончания входного сигнала триггер способен сохранять свое новое состояние также сколь угодно долго. Говорят, что триггер запоминает входной сигнал.

Характерно, что оба элемента триггера переключаются не одновременно, а последовательно, друг за другом. Если построить временную диаграмму работы триггера, то из нее видно, что существуют моменты времени, когда на прямом Q и на инверсном выходах триггера уровни одинаковы. В то же время алгоритмы работы управляемых триггерами схем и соответственно сами эти схемы строят исходя из установившихся значений сигналов на выходах триггера, когда оба они взаимно инверсны. Поэтому управляемая триггером схема, получив на вход непредусмотренную комбинацию сигналов, сформирует на своем выходе нечто совершенно не предусмотренное алгоритмом ее работы. Поэтому надо принять меры, которые надо предпринять, чтобы возникающая при переключении триггера инверсная комбинация его выходов не приводила к сбою.

По временной диаграмме можно оценить время задержки распространения t_зд.р. триггера как отрезок времени, по прошествии которого на обоих выходах триггера устанавливаются правильные уровни: t_зд.р. =2t. Можно оценить и минимально допустимую длительность R - и S - сигналов, ниже которой обратная связь триггера еще не успеет замкнуться и в результате выходы триггера вернутся в исходное состояние. Это значение лежит в пределах (2..3) t. Для более точной оценки необходимо знать допуски на пороги срабатывания и длительности фронтов элементов. Для триггеров, выпускаемых в виде схем средней степени интеграции, значения t_зд.р. и минимальной длительности входных сигналов указывают в паспорте.

Если на RS - триггер подать одновременно оба единичных сигнала, то на обоих выходах Q и появятся нули. Если теперь одновременно снять единицы со входов R и S, то оба элемента начнут переключаться в единичное состояние, каждый стремясь при этом оставить другой элемент в нулевом состоянии. Какой элемент одержит в этом поединке победу, будет зависеть от их коэффициентов усиления, скоростей переходных процессов и ряда других неизвестных заранее факторов. Для разработчика схемы результирующее состояние триггера оказывается неопределенным. Поэтому комбинация R = S = 1 считается запрещенной, и в обычных условиях ее не используют. В некоторых справочниках эту комбинацию даже называют неустойчивой, хотя пока она держится на входах, схема вполне устойчива.

От схем без обратных связей RS - триггер отличается еще и тем, что его выходы одновременно являются и его входами. Действительно, если на линию связи, подключенную к выходу Q триггера, находящегося в нулевом состоянии, подействует короткая единичная помеха, она одновременно подействует и на вход второго элемента триггера, что может вызвать его переключение, а это приведет к переключению всего триггера, как от обычного входного сигнала. Свойство триггера запоминать помехи, превращая их из мимолетных в постоянно действующие, в большинстве применений крайне нежелательно. Поэтому если триггер работает на линию, в которой возможны помехи, то ее подключают через буферные элементы. Для повышения быстродействия эти элементы часто тоже соединяют по схеме триггера.

Рис. 2. RS - триггер на элементах ИЛИ-НЕ с обратными связями.

Поскольку на выходах буферного триггера Т2 постоянно присутствует или R- или S - сигнал, этот триггер уже не сможет запомнить помехи и после ее окончания сразу вернется в правильное состояние.

Некоторые схемы требуют инверсного управления, поэтому стала использоваться схема на основе элементов И - НЕ (рис.3).

Рис. 3. Условное обозначение (а) и функциональная схема (б) RS триггера на элементах И -НЕ.

Для того, чтобы исключить ложные срабатывания при воздействии сигналов до окончания переходных процессов, появились синхронные триггеры, которые переключаются в состояние, предписываемое управляющими входами, лишь по сигналу синхронизации, подаваемому на синхровход С триггера. Синхросигнал называется также синхроимпульсом, С-сигналом, С - импульсом, а синхровход - С-входом. При неактивном уровне С - сигнала синхронный триггер находится в режиме хранения и не реагирует ни на какие управляющие сигналы. Развитие идеи синхронного триггера привело к появлению разнообразных и довольно сложных триггерных устройств в которых кроме собственно RS - триггера присутствует логическая схема обработки входных сигналов, а часто еще и один - два вспомогательных триггера.