Схема триггера на логических элементах – Триггер — Википедия

Внимание! Если ноль подать на два входа (R и S) синхронно, то переключатель из-за неопределённого состояния на вводах может перевернуться в любое непредсказуемое положение, при этом произойдёт повреждение данных.

Модификация схемы триггера

Чтобы смена состояний происходила на подъёме уровня сигнала у rs-триггера, необходимо на его выходах иметь:

• при установке – Q = 1, а Q¯ = 0;
• при сбросе – Q = 0, а Q¯ = 1.

Чтобы это организовать, поступающие сигналы защёлки инвертируют. В результате этого изменение состояния выполняется при поступлении положительных сигналов. При модификации добавляются в качестве инверторов 2 элемента И-НЕ.

Модификация схемы триггера

Как синхронизировать работу триггера

Подключение двухпортового элемента «И» в последовательную цепь схемы триггера с каждым из входов позволит менять его статус, независимо от состояний на R,- или S-входах. Новый порт С получится при объединении двух портов ячеек «И». В результате доработки статус на выходах Q и Q¯ будет меняться только тогда, когда на С будет приходить высокий потенциал. Предусмотрено подключение генераторов тактовых импульсов на этот новый вход.

Синхронизация триггера

Регистры на триггерах

Так как один переключатель является однобитовой ячейкой памяти, то, чтобы сохранить несколько бит, нужно увеличить количество единичных хранилищ. Цепочка из таких ячеек носит названия регистра. Регистр позволяет временно хранить цифровые данные двоичных разрядов. Количество разрядов зависит от количества однобитовых ячеек.

Схема 4-х разрядного регистра сдвига на триггерах

Использование элементарных электронных цифровых устройств – триггеров, позволяет составлять сложные схемы управления логическими устройствами. Одна элементарная защёлка памяти своим бистабильным состоянием помогает осуществлять самые сложные схемные решения.

Видео

amperof.ru

Триггеры. Принцип работы | HomeElectronics

Всем доброго времени суток! Сегодняшний мой пост посвящён цифровым микросхемам, которые имеют память. Подобно тому, как человек помнит события из своей жизни, так и эти микросхемы могут долго хранить заложенную в них информацию, а когда необходимо выдавать её.

Такими цифровыми микросхемами являются триггеры (англ. – Trigger или Flip-Flop). В отличие от простых логических микросхем, которые называют комбинационными (НЕ, И-НЕ, ИЛИ и другие) и их сигналы на выходе чётко соответствуют сигналам на входе, то триггеры относятся к последовательным или последовательностным микросхемам, уровень выходного напряжения которых, зависит от того в какой последовательности поступали сигналы на вход триггера. С помощью триггеров строят более сложные цифровые микросхемы.

Сигналы, поступившие на вход триггера, могут храниться только до тех пор, пока на него подается напряжение питания. После каждого включения триггера на его выходах появляются случайные логические уровни напряжения. Триггеры обладают очень высоким быстродействием, сравнимым с задержками при переключении простейших логических элементов, однако объём хранимой информации мал. Один триггер может хранить только один сигнал или бит.

Внутреннее устройство триггера

Не вдаваясь в глубину схемотехники триггера, скажу сразу, что простейший триггер представляет собой схему из двух логических элементов, взаимодействуя между собой с помощью положительной обратной связи, которая обеспечивает нахождения выходов триггера в одном их двух логических состояний неограниченное время.

Схема на рисунке выше представляет простейший триггер (или триггерная ячейка), который имеет два входа и два выхода. Входы триггера реагируют на низкий логический уровень: вход R – сброс (англ. Reset – сброс) и вход S – установка (англ. Set – установка), выходы: прямой Q (англ. Quit – выход) и инверсный –Q.

Как говорилось выше, входы триггера R и S реагируют на низкий логический уровень и сигналы на них должны поступать с некоторой разницей во времени. Опишем работу данной схемы. Когда на обоих входах триггера присутствует низкий логический уровень, то это никак не отразится на уровне напряжения на выходах. Когда на вход S поступит сигнал лог. 1, то на выходах Q будет лог. 0, а на –Q – лог. 1. Если теперь на вход R триггера поступит лог. 1, то выходные сигналы не изменятся. И наконец если изменить уровень сигнала на входе S с высокого на низкий уровень, то на выходе триггера Q будет лог. 1, а на –Q – лог. 0. Таким образом, для данной триггерной ячейки можно составить таблицу истинности.

Схемы с такой таблицей истинности называются RS триггерами. RS триггеры служат основой для многих динамических устройств: делители частоты, счётчики, регистры. Кроме вышеописанного RS триггера существует ещё несколько типов триггеров, которые отличаются методом управления, входными и выходными сигналами. Все современные триггеры объединены в серии цифровых микросхем:

• RS триггеры – самый простой и редко используемый триггер, имеет обозначение ТР;
• JK триггер – имеет сложное управление, обозначение ТВ;
• D триггер – самый распространённый и имеет сложность среднюю, обозначение ТМ;

RS триггеры

Рассмотрим принцип работы RS триггера возьмём микросхему К555ТР2.

Данная микросхема имеет 4 RS триггера, два из которых имеют по одному R входу и одному S входу, а два других – по одному R входу и по два S входа, объединенных по функции И. Все 4 RS триггера данной микросхемы имеют по одному прямому выходу. Принцип работы данных триггеров не отличатся от триггерной ячейки описанной выше. Импульс с низким уровнем на входе триггера R приводит состояние выхода к низкому уровню, а импульс с низким логическим уровнем на входе триггера S – состояние выхода в высоком логическом уровне. В случае появления одновременных сигналов на входах триггера переводит его выход в состояние лог. 1, а после окончания импульсов в одно из устойчивых состояний.

JK триггер

Микросхема типа К555ТВ9, является представителем семейства JK триггеров, который имеет следующий принцип работы.

Микросхема К555ТВ9 содержит два JK триггера. Триггеры данного типа сложнее по устройству и по управлению по сравнению с RS триггером. В дополнение к стандартным входам R и S, которые работают аналогично с RS триггером, в JK триггере имеются информационные входа J и K, а также вход синхронизации С.

Принцип работы JK триггера следующий. Вход R триггера служит для перевода прямого выхода в лог.1, а вход S триггера – в состояние лог.0. Вход С (англ. Clock – часы)служит для тактирования JK триггера, то есть все изменения выходов происходят только когда на входе С сигнал изменяется с высокого уровня на низкий. Информационные входа J (англ. Jump – прыжок) и К (англ. Kill – убить) работают следующим образом: если на J лог.1 и на К лог.0, то по импульсу со входа С на Q будет лог.1 и на –Q будет лог.0. Для изменения уровня сигнала на выходах на противоположные необходимо на J подать лог.0, а на К лог.1, тогда по импульсу на входе С состояние выходов измениться.

D триггер

D триггер является самым используемым, а по управлению он занимает промежуточное положение между RS триггером и JK триггером. Представителем D триггеров является микросхема К555ТМ2.

В составе данной микросхемы содержится два D триггера, которые имеют два входа сброса и установки R и C, информационный вход D (англ. Dalay – задержка) триггера и один тактируемый вход С триггера, а также два выхода: прямой Q и инверсный –Q. Как и все триггеры, у которых имеется тактируемый вход С, принцип работы D триггера основан на переключении уровней напряжений на выходе триггера только стробированием по входу С. Таким образом можно составить таблицу истинности D триггера.

D триггер является наиболее универсальным потому, что данным триггером можно заменить все остальные RS триггеры и JK триггеры. Для замены RS триггера необходимо просто не использовать входы D и C входы D триггера, а относительно JK триггера, то для большинства схем одной пары входов вполне достаточно. Ниже приведены схемы замены триггеров

Теория это хорошо, но без практического применения это просто слова.Здесь можно всё сделать своими руками.

www.electronicsblog.ru

мир электроники – Триггеры на логических элементах

 материалы в категории

Триггер на логических элементах

Собсна гря про триггеры (в том числе и триггеры на транзисторах) уже вкратце было рассказано в отдельной статье, здесь-же немного по-подробнее и о том как сделать триггер из “подручных” базовых элементов.

Итак:

Триггер – это устройство, обладающее двумя состояниями устойчивого равновесия. Триггер еще можно назвать устройством с обратными связями. На рисунке изображена схема триггера на логических элементах ИЛИ-НЕ.

Такая схема называется асинхронным RS-триггером. Первый (сверху) выход называется прямым, второй – инверсным. Если на оба входа (R и S) подать лог. нули, то состояние выходов определить невозможно. Триггер установится как ему заблагорассудится, т. е. в произвольное состояние. Допустим, на выходе Q присутствует лог. 1, тогда на выходе не Q (Q с инверсией) обязательно будет лог. 0. И наоборот. Чтобы установить триггер в нулевое состояние (когда на прямом выходе лог. 0, на инверсном – лог. 1) достаточно на вход R подать напряжение высокого уровня.
Если высокий уровень подать на вход S, то это переведет его в состояние 1, или как говорят, в единичное состояние (на прямом выходе лог. 1, на инверсном – лог. 0). И в том, и в другом случаях напряжение соответствующего уровня может быть очень коротким импульсом – на грани физического быстродействия микросхемы. То есть, триггер обладает двумя устойчивыми состояниями, причем эти состояния зависят от ранее воздействующих сигналов, что позволяет сделать следующий вывод –триггер является простейшим элементом памяти. Буквы R и S по-буржуйски set – установка, reset – сброс (предустановка). На рис. 2 RS-триггер показан в “микросхемном исполнении”.

RS-триггер можно соорудить и на элементах И-НЕ, как показано на рисунке 3. Такая конструкция встречается тоже довольно часто:

Принцип работы такой же, как у триггера на элементах ИЛИ-НЕ, за исключением инверсии управляющих сигналов, т. е. установка и сброс триггера производится не лог. 1, а лог. 0. Другими словами, входы такого триггера инверсные. В описанных триггерах изменение состояния происходит сразу после изменения состояния на входах R и S. Поэтому такие триггеры называются асинхронными.

Если схему асинхронного триггера немного дополнить, то получим вот такое:

В таком триггере вводится дополнительный вход С, называемый тактовым или синхронизирующим. Изменение состояний триггера происходит при подаче сигналов лог. 1 на входы R и S и последующим воздействием на вход С тактового (синхронизирующего) импульса. Если на тактовый вход импульс не воздействует, то состояние триггера не изменится. Другими словами, изменение состояния триггера происходит под действием синхроимпульса, поэтому такие триггеры называются синхронными.

D-триггер

D-триггер отличается от синхронного RS-триггера тем, что у него только один информационный вход D. D-триггер показан на рисунке:

Если на вход D подать логическую единицу, затем на вход С подать импульс, то на выходе Q (прямой выход) установится лог. 1. Если на вход D подать лог. 0, на С импульс, то на Q установится лог. 0. Т. е. D-триггер осуществляет задержку информации, поступающей на вход D. При чем эта информация хранится в D-триггере, пока не придет следующий бит (0 или 1) информации. По сути это ячейка памяти.

Если вход D замкнуть с инверсным выходом, то останется только один вход С. При подаче на вход С импульса триггер переключится, т. е. если на выходе был лог. 0, то станет лог. 1. При следующем импульсе триггер снова переключится, т. е. лог. 1 сменится лог. 0. Таким образом, триггер осуществляет деление частоты входных импульсов на 2 (ведь уровень сигнала на выходе меняется в два раза реже). В таком режиме D-триггер называют счетнымили Т-триггером. Этот режим (режим деления частоты) используется довольно широко.

Нетрудно заметить, что для RS-триггера (рис. 1) существует запрещенная комбинация, когда на оба входа поданы лог. 1, на его выходах также устанавливаются лог. 1 и триггер перестает выполнять свои функции (зависает). Поэтому придумали так называемый JK-триггер. У него три входа – J, K, C. Вход J вместо R, вход К вместо S, С так и остается – синхронизацией. Если на вход J подана лог. 1, на К – лог. 0 или наоборот, то он работает как синхронный RS-триггер, если на оба входа J и К поданы лог. 1, то он работает как счетный Т-триггер.

Триггер Шмитта на логических элементах

Триггер Шмитта – это специфический вид триггера, имеющего один вход и один выход. Такой триггер Еще называют нессиметричным. В триггере Шмитта переход из одного устойчивого состояния в другое осуществляется при определенных уровнях входного напряжения, называемых пороговыми уровнями. Триггер Шмитта изображен ниже.

Если на вход триггера Шмидта подавать нарастающее напряжение (нижний график), то при некотором уровне U_п1 в момент t₁ напряжение на выходе скачком переходит из состояния 0 в состояние 1. Если уменьшать напряжение на входе до некоторого напряжения U_п2 в момент t₂ напряжение на выходе скачком переходит из состояния 1 в состояние 0. Явление несовпадения уровней U_п1 и U_п2 называется гистерезисом. Соответственно, передаточная характеристика триггера Шмитта обладает гистерезисным характером. Триггер Шмитта, в отличие от других триггеров, не обладает памятью и используется для формирования прямоугольных импульсов из напряжения произвольной формы.

Примечание: основной материал взят с сайта naf-st.ru

radio-uchebnik.ru

Триггер Шмитта на цифровых логических элементах — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Простейшая реализация триггера Шмитта на двух цифровых логических элементах «НЕ» работающих как два последовательно включённых аналоговых инвертирующих усилителей приведена на рисунке.

Имеет неинвертирующий D{\displaystyle D} и инвертирующий D¯{\displaystyle {\overline {D}}} цифровые выходы.

Триггер работает следующим образом. Вначале пусть выход триггера D находится в состоянии «0», то есть на выходе низкий потенциал относительно «земли», предполагаем, что логика положительна и состоянию «1» соответствует высокий потенциал и напряжение входа вначале нулевое. При повышение входного напряжения его потенциал станет равным порогу переключения логического элемента, который здесь работает как одновходовый компаратор напряжения, при этом выходное напряжение первого по схеме логического элемента начнёт уменьшаться до порога переключения второго по схеме логического элемента. Это вызовет увеличение его выходного напряжения, что по цепи положительной обратной связи вызовет ещё большее увеличение потенциала входа первого логического элемента. В результате в схеме развивается лавинообразный регенеративный процесс завершающийся переходом выхода первого логического элемента в состояние логического «0», в второго — в состояние логической «1». Такое изменение состояния изменит потенциал входа первого элемента — то есть теперь порог переключения станет ниже исходного. Чтобы теперь перевести триггер в состояние логического нуля входное напряжение нужно снизить ниже нижнего порога. Переключение в состояние «0» аналогично описанному.

Для вычисления порогов приведённой схемы предположим, что выходное напряжения элемента «НЕ» в его состоянии логической «1» равно Eo1,{\displaystyle E_{o1},} а в состоянии логического «0» Eo0.{\displaystyle E_{o0}.} Также пусть порог переключения логического элемента по входу равен Es{\displaystyle E_{s}}. Входной ток логического элемента равен 0, что с хорошей точностью выполняется для логических элементов КМОП-серий.

В состоянии выхода логический «0» или «1» потенциал входа Ei{\displaystyle E_{i}} первого логического элемента находится как потенциал, снимаемый со средней точки резистивного делителя Ri, Rf{\displaystyle R_{i},\ R_{f}} в котором Ri{\displaystyle R_{i}} подключен к Ui,{\displaystyle U_{i},} а Rf{\displaystyle R_{f}} — к Eo0{\displaystyle E_{o0}} или к Eo1{\displaystyle E_{o1}} в зависимости от состояния триггера:

Ei0=Eo0+(Ui−Eo0)RfRi+Rf{\displaystyle E_{i0}=E_{o0}+(U_{i}-E_{o0}){\frac {R_{f}}{R_{i}+R_{f}}}} при состоянии выхода триггера логический «0» и

Ei1=Eo1+(Ui−Eo1)RfRi+Rf{\displaystyle E_{i1}=E_{o1}+(U_{i}-E_{o1}){\frac {R_{f}}{R_{i}+R_{f}}}} при состоянии выхода триггера логическая «1».

Переключение триггера происходит при равенстве потенциала входа первого логического элемента его порогу переключения Es{\displaystyle E_{s}}, то есть при Ei=Es{\displaystyle E_{i}=E_{s}}. Значения порогов находятся из решения этих уравнений относительно Ui0{\displaystyle U_{i0}} (верхний порог) и Ui1{\displaystyle U_{i1}} (нижний порог):

Es=Eo0+(Ui0−Eo0)RfRi+Rf,{\displaystyle E_{s}=E_{o0}+(U_{i0}-E_{o0}){\frac {R_{f}}{R_{i}+R_{f}}},}

Es=Eo1+(Ui1−Eo1)RfRi+Rf.{\displaystyle E_{s}=E_{o1}+(U_{i1}-E_{o1}){\frac {R_{f}}{R_{i}+R_{f}}}.}

Решения этих уравнений относительно Ui0{\displaystyle U_{i0}} и Ui1{\displaystyle U_{i1}}:

Ui0=Eo0+(Es−Eo0)Ri+RfRf,{\displaystyle U_{i0}=E_{o0}+(E_{s}-E_{o0}){\frac {R_{i}+R_{f}}{R_{f}}},}

Ui1=Eo1+(Es−Eo1)Ri+RfRf.{\displaystyle U_{i1}=E_{o1}+(E_{s}-E_{o1}){\frac {R_{i}+R_{f}}{R_{f}}}.}

Разность порогов, или ширина петли гистерезиса:

Ui0−Ui1=(Eo1−Eo0)RiRf.{\displaystyle U_{i0}-U_{i1}=(E_{o1}-E_{o0}){\frac {R_{i}}{R_{f}}}.}

Пример.

Современные логические элементы КМОП-серий питают обычно от источника +5 В, а порог переключения элементов приблизительно равен половине напряжения питания — около 2,5 В. Для КПОП-логики Eo0≃0 V; Eo1≃5 V{\displaystyle E_{o0}\simeq 0\ V;\ E_{o1}\simeq 5\ V} При равенстве Ri=Rf{\displaystyle {R_{i}}={R_{f}}} верхний порог Ui0≃5 V{\displaystyle U_{i0}\simeq 5\ V} а нижний Ui1≃0 V{\displaystyle U_{i1}\simeq 0\ V}.

Время развития регенеративного процесса при переключении триггера ограничивается в основном временем перезаряда входной ёмкости Ci{\displaystyle C_{i}} первого элемента через резистивный делитель обратной связи и приближённо равно τ=re⋅Ci{\displaystyle \tau =r_{e}\cdot C_{i}}, где re{\displaystyle r_{e}} — импеданс резистивного делителя, re=RiRf/(Ri+Rf){\displaystyle r_{e}=R_{i}R_{f}/(R_{i}+R_{f})}.

Скорость нарастания выходного сигнала или длительность фронта импульса не зависит от скорости нарастания входного сигнала и для данной технической реализации является величиной постоянной и зависит от быстродействия логических вентилей.

Использование цифрового логического элемента в качестве аналогового компаратора ухудшает точность, стабильность и воспроизводимость порогов переключения, так как собственный порог переключения логических элементов подвержен дрейфу от температуры и дрейфу от нестабильности источника питания.

ru.wikipedia.org