Принцип работы и таблица истинности D-триггеров: синхронных и двухступенчатых - Все об электрике

Принцип работы и таблица истинности D-триггеров: синхронных и двухступенчатых

Содержание

Что такое Д триггер

Триггерами называют устройства, способные длительное время поддерживать определенное состояние на выходе. Как правило, они контролируют соответствующие уровни напряжения. Изменения происходят при определенной комбинации входных сигналов.

Простейшие устройства этой категории создают по схеме RS. Они запоминают состояние сигнала, поданного на один из входов. Чтобы устранить процесс сбоев, который вызывают паразитные колебания при переходе сигнала из ноля в единицу и обратно, применяют синхронизацию. Этим дополнительным сигналом устанавливают точное время (интервал) для возможных изменений.

В обозначении Д триггера отмечена главная особенность. Буквой «Д» (D лат.) маркируют вход, на который подают информационный сигнал. Другой («С») используют для синхронизации записи. Отсутствие активности на нем исключает изменение базового состояния. Такое решение, в отличие от RS, позволяет изменять состояние с применением только одного источника данных.

Таблица истинности

Осциллограф — понятие и конструкция прибора

Таблица переходов состояний (таблица истинности) поясняет работу RS-триггера на элементах «И-НЕ». На ней Q 0 – текущий статус ячейки до попадания активного сигнала на порт. Когда логическая единица отсутствует на входах R и S, «защёлка» сохраняет положение Q 0. Активный импульс R = 1 перекидывает защёлку в положение 0, импульс S = 1 – в положение 1. Звездочка в таблице указывает на положение при запрещенном сочетании приходящих сигналов.


Таблица истинности RS-триггера

Такой тип имеет раздельное назначение логических состояний нуля и единицы по информационным портам.

Физические реализации триггерных систем

синхронный D триггер
В подзаголовке говорится о «триггерных системах» из-за того, что сами по себе эти устройства мало чего стоят. Но если необходимо сделать временную задержку перед выполнением или во время процедуры – их весьма сложно заменить. Также тот факт, что D-триггер может запросто длительное время работать без дополнительной настройки, позволяет его сделать очень ценным элементом любых схем, где необходима временная задержка. Для радиолюбителей они стали настоящим спасением при конструировании автоматических роботизированных станков, ведь эти элементы позволяют сделать временную задержку, необходимую для того, чтобы в рабочую область подать материал или деталь.

Краткие теоретические сведения

Триггеры предназначены для запоминания двоичной информации. Использование триггеров позволяет реализовывать устройства оперативной памяти (то есть памяти, информация в которой хранится только на время вычислений).

Однако триггеры могут использоваться и для построения некоторых цифровых устройств с памятью, таких как счётчики, преобразователи последовательного кода в параллельный или цифровые линии задержки.

RS-триггер

Основным триггером, на котором базируются все остальные триггеры является RS-триггер. RS-триггер имеет два логических входа:

  • R – установка 0 (от слова reset);
  • S – установка 1 (от слова set).

RS-триггер имеет два выхода:

  • Q – прямой;
  • Q- обратный (инверсный).

Состояние триггера определяется состоянием прямого выхода. Простейший RS-триггер состоит из двух логических элементов, охваченных перекрёстной положительной обратной связью.

Рассмотрим работу триггера:

Пусть R=0, S=1. Нижний логический элемент выполняет логическую функцию ИЛИ-НЕ, т.е. 1 на любом его входе приводит к тому, что на его выходе будет логический ноль Q=0. На выходе Q будет 1 (Q=1), т.к. на оба входа верхнего элемента поданы нули (один ноль – со входа R, другой – с выхода ). Триггер находится в единичном состоянии. Если теперь убрать сигнал установки (R=0, S=0), на выходе ситуация не изменится, т.к. несмотря на то, что на нижний вход нижнего логического элемента будет поступать 0, на его верхний вход поступает 1 с выхода верхнего логического элемента.

Будет интересно➡ Что такое клетка Фарадея

Триггер будет находиться в единичном состоянии, пока на вход R не поступит сигнал сброса. Пусть теперь R=1, S=0. Тогда Q=0, а =1. Триггер переключился в “0”. Если после этого убрать сигнал сброса (R=0, S=0), то все равно триггер не изменит своего состояния. Для описания работы триггера используют таблицу состояний (переходов). Обозначим:

  • Q(t) – состояние триггера до поступления управляющих сигналов (изменения на входах R и S);
  • Q(t+1) – состояние триггера после изменения на входах R и S.

Таблица переходов RS триггера в базисе ИЛИ-НЕ

R S Q(t) Q(t+1) Пояснения
Режим хранения информации R=S=0
1 1
1 1 Режим установки единицы S=1
1 1 1
1 Режим установки нуля R=1
1 1
1 1 * R=S=1 запрещённая комбинация
1 1 1 *

RS-триггер можно построить и на элементах “И-НЕ” (рисунок 2.2).

Входы R и S инверсные (активный уровень “0”). Переход (переключение) этого триггера из одного состояния в другое происходит при установке на одном из входов “0”. Комбинация R=S=0 является запрещённой.

Таблица переходов RS триггера в базисе “2И-НЕ”

R S Q(t) Q(t+1) Пояснения
* R=S=0 запрещённая комбинация
1 *
1 Режим установки нуля R=0
1 1
1 1 Режим установки единицы S=0
1 1 1
1 1 Режим хранения информации R=S=1
1 1 1 1

Синхронный RS-триггер

Схема RS-триггера позволяет запоминать состояние логической схемы, но так как при изменении входных сигналов может возникать переходный процесс (в цифровых схемах этот процесс называется “опасные гонки”), то запоминать состояния логической схемы нужно только в определённые моменты времени, когда все переходные процессы закончены, и сигнал на выходе комбинационной схемы соответствует выполняемой ею функции. Это означает, что большинство цифровых схем требуют сигнала синхронизации (тактового сигнала).

Все переходные процессы в комбинационной логической схеме должны закончиться за время периода синхросигнала, подаваемого на входы триггеров. Триггеры, запоминающие входные сигналы только в момент времени, определяемый сигналом синхронизации, называются синхронными. Принципиальная схема синхронного RS триггера приведена.

Таблица переходов синхронного RS-триггера

R S C Q(t) Q(t+1) Пояснения
1 Режим хранения информации R = S = 0
1 1 1
1 1 1 Режим установки единицы S =1
1 1 1 1
1 1 Режим установки нуля R=1
1 1 1
1 1 1 * R = S = 1 запрещённая комбинация
1 1 1 1 *

В таблице 2.3. под сигналом С подразумевается синхроимпульс. Без синхроимпульса синхронный RS триггер сохраняет своё состояние.

Влияние нагрузки на работу триггера

Обычно нагрузка Rн подключается параллельно транзистору (рис.7) и существенно влияет на работу триггера.

Если транзистор закрыт, то нагрузка приводит к снижению потенциала его коллектора (а значит, и выходного напряжения), так как напряжение Ек делится между сопротивлениями Rк и Rн, и к уменьшению базового тока открытого транзистора. Транзистор может выйти из режима насыщения. Чтобы сохранить режим насыщения, надо уменьшать величину сопротивления резистора связи R1.

Когда транзистор открыт, нагрузка практически не влияет на его режим работы, так как сопротивление открытого транзистора мало.

Последовательностные функциональные узлы. Триггеры

Цифровое устройство называется последовательностным

[, с.91], если его выходные сигналы зависят не только от текущих значений входных сигналов, но и от последовательности значений входных сигналов, поступивших на входы в предшествующие моменты времени. Поэтому говорят, что такие функциональные узлы «обладают памятью».

Триггер — это логическая схема с положительной обратной связью, которая может находиться только в одном из двух устойчивых состояний, принимаемых за состояние логического нуля и логической единицы

.

В отличие от всех рассмотренных ранее комбинационных схем, работа которых определяется только входными сигналами, состояние триггера

в текущий момент зависит и от его состояния в предыдущий момент времени. Иными словами,
триггер
— это схема с запоминанием [].

RS-триггеры

Простейшая функциональная схема RS


триггера
в базисе ИЛИ-НЕ приведена на рис. 7.1,а. Здесь (от англ.
Reset
— сброс) — вход сброса триггера в состояние логического нуля,
S
(от англ.
Set
— устанавливать) — вход установки триггера в логическую единицу, — прямой выход триггера (состояние считается для триггера единичным, а противоположное, при , — нулевым), — инверсный выход триггера.

Читайте также:  Однофазные реле контроля напряжения, часть 7 — Меандр УЗМ-50Ц (2019 NEW). Работа над ошибками.

Рис. 7.1.
RS-триггер в базисе ИЛИ-НЕ: а — функциональная схема; б — УГО

Очевидно, при наличии двух входных сигналов, возможны 4 варианта работы схемы (табл. 7.1). Начнем анализ с состояний, когда на один из входов подается решающий для элемента ИЛИ-НЕ сигнал логической 1.

Первая такая комбинация: , . является для логического элемента ИЛИ-НЕ решающим сигналом, который переключит нижний элемент схемы на рис. 7.1,а в логический , поэтому . Комбинация и переключит верхний элемент ИЛИ-НЕ в 1: . Таким образом происходит установка триггера

— его переключение в единичное состояние.
Таблица 7.1. Таблица истинности RS-триггера в базисе ИЛИ-НЕ

Управляющие сигналы Состояние выходов Режим работы
0 0 Хранение ранее записанной информации
0 1 0 1 Сброс триггера
1 0 1 0 Установка триггера
1 1 0 0 Неустойчивое состояние

Вторая комбинация: , . Решающий для ИЛИ-НЕ сигнал переключит выход в нулевое состояние, а сочетание и обеспечит переключение инверсного выхода в состояние . Триггер
сброшен
— то есть пришел в устойчивое нулевое состояние.

Если на оба входа подать , то состояние триггера

будет определяться значениями и , поскольку логический 0 не является решающим для элемента ИЛИ-НЕ. Допустим, ранее
триггер
был установлен: то есть и . Тогда решающий сигнал будет через положительную обратную связь подан на нижний элемент ИЛИ-НЕ и состояние будет подтверждено. На входы верхнего элемента ИЛИ-НЕ будет подано сочетание сигналов и , поэтому состояние прямого выхода триггера будет подтверждено. Если же
триггер
был сброшен, то есть было и , тогда решающий сигнал бу дет через положительную обратную связь подан на верхний элемент ИЛИ-НЕ и состояние будет подтверждено. На входы нижнего элемента ИЛИ-НЕ будет подано сочетание сигналов и . Таким образом,
триггерхранит ранее записанную информацию
.

Рассмотрим последнюю, четвертую комбинацию входных сигналов: , . На входы обоих логических элементов ИЛИ-НЕ поданы решающие сигналы логической единицы, поэтому на выходах обоих элементов будут логические нули, то есть и . Если теперь одновременно подать , то за счет положительных обратных связей на оба логических элемента будут поданы 0, поэтому на выходах ИЛИ-НЕ установятся две решающие логические единицы, которые будут стремиться перевести выход другого ИЛИ-НЕ в логический 0. Кто победит в этом «поединке», зависит от того, в каком из элементов ИЛИ-НЕ переходный процесс закончится раньше. Допустим, в верхнем элементе процесс завершится раньше, тогда подается на вход нижнего элемента ИЛИ-НЕ и приводит к переключению . Таким образом, происходит сброс три ггера

. Если же процесс завершится раньше в нижнем элементе, тогда подается на вход верхнего элемента ИЛИ-НЕ и приводит к переключению . Происходит
установка триггера
. Для пользователя ситуация оказывается непредсказуемой, поскольку определяется разбросом параметров транзисторов, на базе которых выполнены логические элементы, входящие в триггер. В этой связи комбинация приводит к недопустимому неустойчивому состоянию триггера. Она может применяться только при
строгой очередности снятия сигналов
и .

Для рассматриваемой схемы характерно также и то, что оба элемента триггера

переключаются не одновременно, а последовательно друг за другом. Поэтому в ходе переходного процесса переключения
триггера
в противоположное состояние будут моменты времени, когда и на прямом, и на инверсном выходах будут одинаковые уровни. Это недопустимо по определению, поскольку
триггер
должен быть либо в
устойчивом
состоянии логического ( и ), либо в
устойчивом
состоянии логической ( и ). Поскольку решающим для элементов ИЛИ-НЕ является сигнал логической единицы, в УГО входные управляющие сигналы и являются прямыми.

Функциональная схема простейшего триггера в базисе И-НЕ показана на рис. 7.2.а. Поскольку для функции И-НЕ решающим является сигнал логического нуля, активный уровень входных сигналов будет нулевым (табл. 7.2), что отражается на УГО триггера (рис. 7.2,б) в виде инверсного изображения входов и .
Таблица 7.2. Таблица истинности RS-триггера в базисе И-НЕ

Управляющие сигналы Состояние выходов Режим работы
0 0 0 0 Неустойчивое состояние
0 1 1 0 Установка триггера
1 0 0 1 Сброс триггера
1 1 Хранение ранее записанной информации

Рис. 7.2.
RS-триггер в базисе И-НЕ: а — функциональная схема; б — УГО

Синхронный RS-триггер

Основное назначение триггера в цифровых схемах — хранить выработанные логическими схемами результаты. Для отсечения еще не установившихся, искаженных переходными процессами результатов между выходом какой-либо логической схемы и входами триггера ставят ключи в виде элементов И-НЕ. Действие этого сигнала аналогично разрешающему сигналу в схеме дешифратора (рис. 4.2 в «Функциональные узлы комбинаторной логики. Дешифраторы» ). На первый и второй логические элементы И-НЕ одновременно поступает синхросигнал (рис. 7.3,а). При неактивном уровне на выходах первого и второго логических элементов И-НЕ будет логическая . Она не является решающей для функции И-НЕ, поэтому триггер на третьем и четвертом элементах будет хранить записанную ранее информацию. Таким образом, триггер не реагирует на изменения входных сигналов при . Если же синхросигнал становится активным ( ), то схема пропускает все переключения входных сигналов и (табл. 7.3). Поскольку входные ключи производят инверсию входных сигналов и , активным их уровнем будет логическая (рис. 7.3,б).

Читайте также:  Копейка рубль бережет, или как сэкономить электроэнергию

Рис. 7.3.
Синхронный RS-триггер: а — функциональная схема; б — УГО
Таблица 7.3. Таблица истинности синхронного RS-триггера

Управляющие сигналы Состояние выходов Режим работы
0 0 0 Хранение ранее записанной информации
0 0 1
0 1 0
0 1 1
1 0 0 Хранение ранее записанной информации
1 0 1 0 1 Сброс триггера
1 1 0 1 0 Установка триггера
1 1 1 0 0 Неустойчивое состояние

Недостатком схемы остается наличие недопустимой комбинации на входе, при которой получается неустойчивое состояние схемы.

Устройство Д триггера

Триггер — понятие и классификация

Проще всего представить функциональность на основе элементарных логических элементов. Второе название триггеров данной категории –  «защелка», наглядно поясняет основные принципы работы.

Схема Д триггера

На рисунке, кроме основных, отмечены входы. Вне зависимости от сигналов синхронизации, с их помощью переводят изделие в нулевое или единичное состояние. Таким образом реализован принцип приоритетности, так как активация S и R блокирует входные вентили C.

Триггер RS типа

Одной из простейших в цифровой электронике является схема RS-триггера на транзисторах. Внешним воздействием на вход прибора можно установить его выход в нужное устойчивое состояние. Схема устройства представляет собой каскады, выполненные на транзисторах. Вход каждого из них подключается к выходу противоположного. Два состояния определяются присутствием на выходе напряжения, а переход между ними происходит с помощью управляющих сигналов.

Вам это будет интересно Однофазный автомат с16

Работает схема следующим образом. Если в начальный момент времени VT2 будет закрыт, тогда через сопротивление R3 и коллектор будет течь ток, поддерживающий VT1 в режиме насыщения. Одновременно первый транзистор начнёт шунтировать базу VT2 и резистор R4. Режим отсечки VT2 соответствует значению логической единицы на выходе Q = 1, открытое состояние VT1 нулю, Q = 0. Амплитуда сигнала на коллекторе закрытого ключа определяется выражением: Uз = U * R3 / (R2+R3).

Для инверсии сигнала необходимо на вход R или S подать импульс. При этом если S = 1, то и Q = 1, а если R=1, то на выходе будет ноль. При значениях R1 = R2 и R3 = R4 триггер называется симметричным. Особенностью работы устройства является способность удерживать установленное состояние между импульсами R и S, что и используется для создания на нём элементов памяти.

На схемах RS-триггер обозначается в виде прямоугольника с подписанными входами S и R, а также возможными состояниями выхода. Прямой подписывается символом Q, а инверсный – Q. Информация может поступать на входы непрерывным потоком или только при появлении синхроимпульса. В первом случае устройство называют асинхронным, а во втором – синхронным (трактируемым).

Работа устройства наглядно описывается с помощью таблицы истинности.

Таблица истинности
Она наглядно показывает всевозможные комбинации, которые могут возникнуть на выходе прибора. Такая таблица составляется отдельно для триггера с прямыми входами и инверсными. В первом случае действующий сигнал равен единице, а во втором — нулю.

Виды D триггера

RS триггер

Типовые решения с применением представленных логических элементов рассмотрены ниже. Допустимы другие комбинации для удвоения частоты и решения других задач.

D-триггер синхронный

Рассмотрим на упрощенном примере основы функционирования. Для этого уберем сервисные входы. Диаграммы демонстрируют изменение сигналов при разных комбинациях управления. В таблице показаны состояния для записи единиц и нулей, а также в режиме хранения.

D триггер: таблица истинности, схема, временные графики

Если подать на С единицу (ноль), изменение на D сопровождается появлением аналогичного сигнала на выходе Q. Следует обратить внимание на временные задержки. Пока синхронизация отсутствует, изделие не срабатывает, вне зависимости от состояния информационного входа.

В соответствующих режимах:

  • Запоминается предыдущее состояние на выходе;
  • Обеспечивается «прозрачность» – практически мгновенное повторение входных значений;
  • Фиксируется выходной сигнал («защелкивается»), когда сигнала С нет.

D-триггер двухступенчатый

В таких схемах объединяют последовательно два триггера. Первый – настраивают по увеличению входного сигнала. Второй – по спаду. Как видно на рисунке, состояние изменяется не одновременно с появлением новой информации, а с определенной временной задержкой, длительность которой равна одному полному рабочему циклу сигнала синхронизации.

Схема и временная диаграмма двухступенчатого триггера

Логические вентили(логические элементы).

Процессы, необходимые для функционирования любых технологических устройств ( в т. ч. и ПК) можно реализовать с помощью ограниченного набора логических элементов.

Буфер.

Буфер, представляет из себя усилитель тока, служащий для согласования различных логических вентилей, в особенности имеющих в своей основе разную элементную базу (ттл или КМОП).

Инвертор.

Элемент, служащий для инвертирования поступающих сигналов — логическая еденица превращается в ноль, и наоборот.

Логическая схема И.

И — элемент логического умножения. Еденица (высокий уровень напряжения) на выходе, появляется только в случае присутствия едениц, на обоих входах, одновременно.

Пример применения элемента И в реальном техническом устройстве: По тех. заданию, механический пресс должен срабатывать, только при одновременном нажатии двух кнопок, разнесенных на некоторое расстояние. Смысл тех. задания заключается в том, что бы обе руки оператора были заняты на момент хода пресса, что исключило бы возможность случайного травмирования конечности. Это может быть реализовано как раз, с помощью логического элемента И.

Логическая схема И — НЕ.

И-НЕ — наиболее часто используемый элемент. Он состоит из логических вентилей И и НЕ, подключенных последовательно.

Логическая схема ИЛИ.

ИЛИ — схема логического сложения. Логическая еденица на выходе, появляется в случае присутствия высокого уровня(еденицы) на любом из входов.

Логическая схема ИЛИ — НЕ.

ИЛИ — НЕ состоит из логических элементов ИЛИ и НЕ, подключеных последовательно. Соответственно, НЕ инвертирует значения на выходе ИЛИ.

Логическая схема исключающее ИЛИ.

Этот вентиль выдает на выходе логическую еденицу, если на одном из входов — еденица, а на другом, ноль. Если на входах присутствуют одинаковые значения — на выходе ноль.

Различие триггеров по функциональным возможностям

  • с раздельной установкой состояния 0 и 1 (RS-триггеры);
  • универсальные (JK-триггеры);
  • с приемом информации по одному входу D (D-триггеры, или триггеры задержки);
  • со счетным входом Т (Т-триггеры).

Триггер типа MS

Рассмотрим принцип построения двухступенчатого триггера, который называют также триггером типа MS (от англ. master, slave, что переводят обычно как «ведущий» и «ведомый»). Его упрощенная структурная схема приведена на рис. 3.60. В схеме имеются два одноступенчатых триггера (ведущий М и ведомый S) и два электронных ключа (Кл1 и Кл2). рис. 3.60
Временная диаграмма сигнала синхронизации, поясняющая работу триггера, приведена на рис. 3.61. рис. 3.61
Рассмотрим ряд временных интервалов указанной диаграммы:

t < ta — ведущий триггер отключен от информационных входов, ведомый триггер подключен к ведущему;

ta < t < tb — ведущий триггер отключен от информационных входов, ведомый триггер отключен от ведущего;

tb < t < tc — ведущий триггер подключен к информационным входам, ведомый триггер отключен от ведущего. В ведущий триггер записывается информация, поданная на входы;

tc < t < td — ведущий триггер отключен от информационных входов, ведомый триггер отключен от ведущего;

td < t — ведущий триггер отключен от информационных входов, ведомый триггер подключен к ведущему, информация из ведущего триггера переписывается в ведомый. Это происходит сразу после момента времени td и означает, что фактически двухступенчатый триггер срабатывает при изменении сигнала синхронизации от 1 к 0. При этом выходные сигналы определяются теми входными информационными сигналами, которые имели место непосредственно перед отрицательным фронтом сигнала синхронизации.

Принцип работы

Умная розетка с wi fi управлением

Во всех схемах имеет значение длительность рабочих реакций, которая определяет время записи (стирания). Определенное значение имеет помехоустойчивость. В следующих разделах рабочие процессы рассмотрены подробно.

Элементы с управлением по уровню

В этом варианте изменение состояния происходит только при высоком уровне синхронизирующего сигнала. При соответствующем положении устройство копирует изменения на входе с небольшой технологической задержкой. Если на С – ноль, реакция на выходе отсутствует.

Временная диаграмма для управления триггером по уровню

Элементы с управлением по фронту

В соответствии с названием, здесь реализована схема управления по фронту (переднему и заднему). С помощью временной диаграммы можно рассмотреть рабочие циклы внимательно.

Изменение состояния при разных информационных (управляющих) сигналах

Допустим, что для управления выбран передний фронт. При С=0 состояние триггера не изменяется, вне зависимости от информационных сигналов, – одновременно с прохождением переднего фронта записывается аналогичное уровню D. В данном примере – единица. Следующие изменения происходят по такому же алгоритму.

Чтобы расширить базовую функциональность, устройство дополняют представленными выше сервисными входами (R и S). С их помощью состояние устанавливают произвольным образом (1 или 0) в любой нужный момент. Разумеется, для выполнения таких действий понадобятся дополнительные элементы управления.

К сведению. В этом варианте не имеет значения длительность управляющего сигнала. Для функционирования схемы его можно подать с применением инвертора в противофазе на два триггера Д типа, соединенные последовательно. Такое решение будет сопровождаться изменением состояния по заднему фронту (спаду).

Триггер Шмитта с независимой регулировкой гистерезиса и уровней срабатывания

Для осуществления независимой регулировки параметров триггера Шмитта между транзисторами VT1 и VT2 включается буферный элемент (очень часто эмиттерный повторитель). В результате этого уменьшается влияние резистора R3 на делитель напряжения R4R6, а также повышается чувствительность схемы в целом.

Схема триггера Шмитта с буферным элементом
Схема триггера Шмитта с буферным элементом.

Принцип работы электронного триггера.

Слово триггер(trigger), по английски означает — спусковой крючок.
Функция триггера — мгновенное переключение из одного устойчивого состояние в другое, под
действием внешнего, управляющего фактора.
Существуют пневматические, механические и релейные схемы триггеров.
Но электронные схемы, по надежности и самое главное — быстродействию, безусловно,вне конкуренции.
Электронная схема триггера состоит из двух усилительных каскадов и по своей сути, является одной
из разновидностий мультивибратора.

Выход каждого из каскадов подключен к входу другого, но не через конденсаторы, как в
обычном симметричном мультивибраторе а через резисторы. Номиналы этих резисторов подобраны так, что каскад
с полностью открытым транзистором, уверенно запирает транзистор другого каскада.
Если подать на триггер питающее напряжение, то оба каскада начинают «бороться»
между собой, пытаясь закрыть друг-друга.

Как бы не были транзисторы близки по характеристикам, один из них(присвоим ему номер1) обязательно окажется
«сильнее» и закроет другой (для удобства обозначим его как номер 2)
Все происходит очень быстро, выглядит так, что транзистор 1 мгновенно оказывается открытым, а другой (2)
закрытым. В таком состоянии триггер может находиться очень долго. Можно назвать его — 1-м устойчивым
состоянием.

Если подать на вход закрытого каскада(2) имульс напряжения, достаточный, что бы его
открыть на короткое время, то открывшись он «запрет» каскад 1, пребывающий
до этого момента в открытом состоянии. Закрывшись, каскад 1 перестает запирать каскад 2,
и тот так и останется открытым. Таким образом, каскады поменяются местами, триггер окажется
во 2-м устойчивом состоянии.

В таком состоянии он может находиться очень долго, если не подать открывающий импульс, на закрытый
каскад 1. Каскад 1 открываясь, запрет каскад 2 и триггер вернется в первоначальное
состояние(1). Получается, что наш триггер имеет два устойчивых состояния и два управляющих
входа, подав на которые импульсы достаточной амплитуды, можно эти состояния менять.

В настоящее время применяются электронные триггеры, в основном — в интегральном исполнении(микросхемы)

Это наиболее универсальная разновидность триггера — «на все случаи жизни.»
Такой триггер имеет целых два тактовых входа -J и K, прямыми входами
являются PR и CLR. Так же, имеется счетный вход -CLOCK(CK) и два выхода,
как и у других прочих подобных устройств.

R — S триггеры.

На электронных схемах принято графическое обозначение триггеров и других
элементов логики, в виде условных прямоугольников с входами и выходами.

Синхронные и асинхронные триггеры: в чем разница?

динамический D триггер
Синхронные устройства имеют только логические (или по-другому – информационные) входы. Асинхронные механизмы срабатывают сразу, как только получили сигнал. Они не ждут, пока пройдёт временная задержка в тех элементах, которые образуют триггер. Асинхронный D-триггер не работает как устройство в обычном понимании. Благодаря этому он имеет один несомненный плюс: всегда, когда подаётся сигнал на вход, этот логический элемент сразу меняет значение выхода, а не ждёт определённой тактовой частоты. Для тех, кто умеет создавать близкие к идеальным схемы, триггеры будут весьма полезны.
Синхронные имеют не только информационные входы, у них также есть отдельный вход для подачи тактового сигнала. И именно к ним относится D-триггер. Он состоит из комбинационных схем (КС) и элементов памяти (ЭП). Из-за того что при наличии тактового сигнала вся работа ориентируется на один такт, триггеры и разделили на синхронные и асинхронные устройства. Но конструктивная разница на этом не исчерпывается. Так, именно благодаря тактовому сигналу, его воздействию, можно полностью исключать из внимания переходные процессы, что позволяет, в свою очередь, облегчить работу с электроникой. Именно поэтому синхронный D-триггер является более популярным и используемым на практике. Даже пример, который был приведён в начале статьи, подразумевал его использование.

D — триггеры.

Для использования триггеров в реальных счетных устройствах, необходимо иметь возможность дополнительного управления их состояниями — предустановки, обнуления, активации с помощью счетного тактового импульса. Что бы осуществить эту операцию в схему счетного триггера добавляется еще три входа. PRESET(PR) — восстанавливает на выходе триггера состояние 1, а СLEAR(CL) — состояние 0. С помощью тактового входа Т осуществляется общая синхронизация триггера, относительно других элементов схемы счетного устройства. Импульс поступающий на счетный вход D меняет состояние триггера, только при наличии 1 на тактовом входе.

Способы запуска триггера

В зависимости от функции, выполняемой триггером, применяют два способа его запуска — раздельный и общий (или счетный). При раздельном запуске запускающие импульсы одной полярности поступают на входы (базы или коллекторы) транзисторов от двух разных источников (т.е. от одного источника запускающие импульсы поступают на вход одного транзистора, а от другого — на вход другого) (рис.3). Импульсы с одного из входов устанавливают триггер в одно из двух состояний равновесия. Если к приходу такого импульса триггер уже находится в этом состоянии, то оно не изменяется. Импульсы, подаваемые на второй вход устанавливают триггер в противоположное состояние.

Для раздельного запуска триггера требуются сравнительно короткие импульсы. Часто в качестве входного сигнала запуска используются перепады напряжений. В этих случаях формирование необходимых запускающих импульсов производится с помощью подключаемых ко входам триггера укорачивающих RC — цепей. Чтобы предотвратить срабатывание триггера от импульсов обратной полярности, возникающих на выходах укорачивающих цепей применяются диоды Дн.

При счетном запуске управляющие импульсы поступаю от общего генератора на один общий вход триггера (рис.4). При этом каждый импульс изменяет состояние триггера на противоположное.

В исходном состоянии напряжение на коллекторе насыщенного транзистора T1 близко к нулю» диод Дн’ открыт, конденсатор Су’ разряжен. За счет высокого отрицательного потенциала закрытого транзистора T2 передаваемого через сопротивление Rб», диод Дн» закрыт, а конденсатор Су» заряжен до напряжения Ек (в полярности, указанной на рис. 4 ). Следовательно, положительный запускающий импульс напряжения поступит только через открытый диод Дн’ на базу насыщенного транзистора и вызовет опрокидывание триггера.

Если действие положительного входного импульса не завершится до окончания опрокидывания триггера, то напряжение, прикладываемое к диоду Дн», окажется равным сумме положительного входного напряжения и отрицательного напряжения на конденсаторе Су». Так как обычно амплитуда входного сигнала меньше Ек, то результирующее напряжение, приложенное к диоду Дн» будет отрицательным, и диод попрежнему будет закрыт. По окончании входного импульса конденсатор Су» разрядится через малое сопротивление открывшегося транзистора T2 и внутреннее сопротивление источника запускающих импульсов, а конденсатор Су’ зарядится до напряжения Ек. Диод Дн» откроется, а Дн’ закроется. Очередной запускающий импульс пройдет через диод Дн» и вызовет новое опрокидывание триггера.

Схема реализации d-триггера

В отличие от схем RS, данные устройства управляются с применением одного информационного входа. Это удобно, так как в двоичной системе один бит принимает только два значения (ноль или единицу). Кроме экономии проводников, такое решение помогает изменять задержку с применением регулировок частоты синхронизирующего сигнала.

Схема реализации триггера на транзисторах

Вместо рассмотренных выше ТТЛ элементов для создания аналогичного устройства можно применить типовые транзисторы, созданные с применением КМОП технологии. На картинке изображен d триггер, принцип работы которого представлен ниже:

  • при отсутствии сигнала на входе C транзистор VT1 находится в закрытом состоянии, не пропускает ток через полупроводниковый затвор;
  • в этом состоянии не имеет значения уровень сигнала на D;
  • если подать на С единицу, переход откроется;
  • инвертор D1 обеспечит передачу на выход Q сигнала;
  • два транзистора VT2 и VT3 образуют второй инвертор, который обеспечивает функционирование схемы в режиме типичного D триггера.

Таким образом, как и при работе с элементарными логическими компонентами, здесь данные состояния сохраняются только при нулевом уровне синхронизирующего сигнала. При увеличении его до уровня открытия полупроводникового перехода информация на входе и выходе будет повторяться с минимальной задержкой.

Для объективного анализа схемотехники надо изучить переходные процессы. Дело в том, что базовые для логических уравнений значения (ноль и единица) не всегда способны физически соответствовать идеальным значениям. Допустим, что управляющий сигнал поступает одновременно со сменой информационного. В этом случае триггер переходит в нестабильное состояние.

Ошибки проявляются в сбоях, когда последующие логические элементы ошибочно воспринимают амплитуду входных сигналов. Подобные ошибки могут блокировать полностью работу вычислительных устройств и другой техники.

Паразитные импульсные помехи образуют шумы в радиочастотном диапазоне. Состояние неопределенности увеличивает временные задержки при прохождении сигналов. Чтобы минимизировать вредное влияние и правильно делать конструкторские расчеты, производители триггеров указывают в сопроводительной документации минимальные допустимые параметры:

  • setup time – промежуток перед синхронизирующим импульсом;
  • hold time – длительность информационного сигнала.

Оценочный параметр MTBF показывает величину, обратно пропорциональную скорости отказов. Им определяют способность триггеров поддерживать стабильность рабочих процессов.

Устройство Д триггера

Скважность импульсов

Проще всего представить функциональность на основе элементарных логических элементов. Второе название триггеров данной категории – «защелка», наглядно поясняет основные принципы работы.


Схема Д триггера

На рисунке, кроме основных, отмечены входы. Вне зависимости от сигналов синхронизации, с их помощью переводят изделие в нулевое или единичное состояние. Таким образом реализован принцип приоритетности, так как активация S и R блокирует входные вентили C.

Условные обозначения Д триггеров на схеме

Стандарты:

  • Т – триггер;
  • D – информационный вход;
  • C (треугольник) – синхронизация;
  • S и R – входы для принудительного перевода состояния в ноль или единицу.

Условно графическое обозначение (УГО) двух последовательно подключенных триггеров

При работе с цифровыми схемами, кроме основных логических функций, надо учитывать базовые принципы радиотехники. Для поддержания хорошей работоспособности необходимо качественное электропитание. Особое внимание уделяют минимизации паразитных переходных процессов, защите от внешних неблагоприятных воздействий. Уменьшает количество сбоев эффективная защита от электромагнитных помех.

Виды D триггера

Умная розетка с wi fi управлением

Типовые решения с применением представленных логических элементов рассмотрены ниже. Допустимы другие комбинации для удвоения частоты и решения других задач.

D-триггер синхронный

Рассмотрим на упрощенном примере основы функционирования. Для этого уберем сервисные входы. Диаграммы демонстрируют изменение сигналов при разных комбинациях управления. В таблице показаны состояния для записи единиц и нулей, а также в режиме хранения.


D триггер: таблица истинности, схема, временные графики

Читайте также:  Характерные признаки для резонанса напряжения

Если подать на С единицу (ноль), изменение на D сопровождается появлением аналогичного сигнала на выходе Q. Следует обратить внимание на временные задержки. Пока синхронизация отсутствует, изделие не срабатывает, вне зависимости от состояния информационного входа.

В соответствующих режимах:

  • Запоминается предыдущее состояние на выходе;
  • Обеспечивается «прозрачность» – практически мгновенное повторение входных значений;
  • Фиксируется выходной сигнал («защелкивается»), когда сигнала С нет.

D-триггер двухступенчатый

В таких схемах объединяют последовательно два триггера. Первый – настраивают по увеличению входного сигнала. Второй – по спаду. Как видно на рисунке, состояние изменяется не одновременно с появлением новой информации, а с определенной временной задержкой, длительность которой равна одному полному рабочему циклу сигнала синхронизации.


Схема и временная диаграмма двухступенчатого триггера

Источники

  • https://amperof.ru/elektropribory/d-trigger-ustrojstvo-elementy.html
  • https://molotok34.ru/elektronika/d-trigger-princip-raboty.html
  • https://rentps3.ru/sovety/d-trigger.html
  • https://BurForum.ru/teoriya-i-opyt/rs-trigger-na-tranzistorah.html
  • https://math-nttt.ru/teoriya/tablica-istinnosti-d-triggera.html
  • https://pue8.ru/silovaya-elektronika/912-triggery-printsip-dejstviya-ustrojstvo-naznachenie.html
  • https://elektrikaetoprosto.ru/digit.html

[свернуть]

Related Posts