4.4.     Триггеры

Триггер – это устройство с двумя устойчивыми состояниями, одно из которых – логический нуль, другое – логическая единица. Эти состояния триггера при бесперебойном питании и при отсутствии существенных помех и наводок могут сохраняться сколь угодно долго. Под действием управляющих сигналов триггер способен переключаться из одного состояния в другое. Основное назначение триггера – хранение двоичной информации. Например, в персональных компьютерах на триггерах собрана кэш-память первого и второго уровней.

Триггер, в отличие от комбинационных схем, относится к новому виду цифровых устройств – цифровым автоматам. Цифровые автоматы, кроме комбинационных схем, содержат элементы памяти. Если выходные сигналы цифрового автомата зависят как от входных сигналов, так и от состояния запоминающего устройства, то такие автоматы называют автоматами Мили. Если выходные сигналы определяются только состояниями запоминающего устройства, то получим автомат Мура.

Различают несколько разновидностей триггеров: RS-триггер, D-триггер, JK-триггер. Реже используются DV-триггер и Т-триггер. Если для изменения состояния триггера используется синхронизирующий сигнал, то триггер называется синхронным (синхронизируемым). Если синхронизирующие сигналы не используются, то триггер называется асинхронным.

Например, в простейшем асинхронном RS- триггере использованы схемы ИЛИ-НЕ (стрелка Пирса) с перекрестными обратными связями (рис. 4.21). Здесь использованы следующие обозначения: R – вход установки триггера в 0; S – вход установки триггера в 1; Q – прямой выход триггера;  – вспомогательный (инверсный) выход триггера, сигнал на котором инвертирован относительно прямого выхода. Такие же обозначения используются для наименования сигналов на соответствующих контактах триггера.

Рассмотрим работу RS-триггера. Пусть в нулевой момент времени при нулевых сигналах на входах R и S на триггер подано напряжение питания. Однако на выходах триггера в этот момент времени оба выходных сигнала будут равны нулю:

Мгновенно эти сигналы увеличиться не могут, так как в реальных схемах всегда имеются паразитные емкости, а напряжение на конденсаторе скачкообразно измениться не может. Из свойств элемента ИЛИ-НЕ следует, что при нулевых сигналах на его входах напряжение на его выходе должно возрастать до значения логической единицы.

На практике из-за не идентичности двух элементов ИЛИ-НЕ на одном из выходов (Q или ) напряжение возрастает быстрее.

Подпись: R	S	Q
0
1
0
1	0
0
1
1	Хранение
0
1
Запрещено

Рис. 4.22
Пусть более быстро напряжение возрастает на выходе Q. Это напряжение поступает на второй логический элемент и начинает уменьшать напряжение на его выходе , устремляя его к нулю. В свою очередь, уменьшающееся напряжение на выходе , попадая на первый логический элемент, еще более ускоряет увеличение напряжения на выходе Q. Таким образом, благодаря положительной обратной связи быстро устанавливается единичное состояние триггера:

Q = 1;                          = 0.

Подавая на вход R логическую единицу при S = 0 и используя свойства схемы ИЛИ-НЕ, получим:

Q = 0;  = 1.

Так производится операция установки триггера в нулевое состояние.  Если после этого сигнал на входе R сделать равным 0, то новое состояние триггера сохраняется.

При подаче единицы на вход S и при R = 0 триггер устанавливается в единичное состояние:

Q = 1.

Если R = S = 1, то на обоих выходах, Q и , возникают нули, что противоречит определению выходов триггера. Такая комбинация управляющих сигналов запрещена (после этого работоспо
собность триггера не теряется). Таблица состояний RS-триггера приведена на рис. 4.22.

При хранении состояние триггера в данный момент времени определяется его состоянием в предыдущий момент времени:

где n – номер временного отсчета. Условное обозначение RS-триггера приведено на рис. 4.23.

Рассмотренный RS-триггер при наличии помех часто работает ненадежно. Например, короткие импульсные помехи, попадающие на R- или S-входы, могут изменить состояние триггера. Для повышения помехоустойчивости и для устранения «состязаний» используют синхронный RS-триггер, схема и условное обозначение которого приведены на рис. 4.24, а, б соответственно.

Состояние синхронного триггера может измениться только при установлении логической единицы на входе синхронизации С. В этом случае элементы И «открываются», и управляющие сигналы поступают на входы асинхронного триггера. Такая синхронизация называется статической.