4.2.1. Асинхронные и синхронные триггеры.
Независимо от способа организации логических связей триггеры различаются по способу ввода информации и по этому признаку могут быть асинхронными и синхронными.
У асинхронных триггеров имеются только информационные (логические) входы. Асинхронные триггеры отличает свойство срабатывать непосредственно за изменением сигналов на входах, не считая времени задержки в элементах, образующих триггер.
У синхронных триггеров смены сигналов на входах еще недостаточно для срабатывания. Необходим дополнительный командный импульс, который подается на синхронизирующий, или, как его чаще называют, тактирующий, вход. Синхронизирующие (тактирующие) сигналы вырабатываются специальным генератором тактовых импульсов, которые и задают частоту смены информации в дискретные моменты времени — t l ,t 2 . t n -1 ,t n ,t n + l . В эти же моменты обновляется информация на выходах триггера, которая поступает на входы последующих устройств. Синхронизация обеспечивает привязку сигналов ко времени и объединяет в общем ритме работу многих узлов аппаратуры.
Основной недостаток асинхронных триггеров, ограничивающий их использование в быстродействующей аппаратуре,— незащищенность перед опасными состязаниями сигналов. Явление состязаний, или, как его еще называют, гонок, состоит в том, что сигналы, поступающие на разные информационные входы триггера, проходят по разным цепям, пройдя различное число элементов. Вследствие задержек распространения между сигналами возможны временные сдвиги, которые будут меняться с колебаниями температуры, и по мере старения, деталей. Состязания сигналов могут оказаться причиной ложных срабатываний триггера. Тактированием этот недостаток удается устранить.
Синхронные триггеры сравнительно с асинхронными обладают также более высокой помехоустойчивостью. Опрокидывание синхронных триггеров происходит только при участии тактовых импульсов, длительность которых гораздо меньше их периода. В остальное время на входные сигналы, равно как и помехи различного происхождения, триггер не реагирует. При асинхронном же управлении опрокидывание может произойти как от полезного сигнала на входе, так и от помехи. Асинхронный триггер по большей части используют в качестве ключей, прерывателей, делителей частоты, асинхронных счетчиков и т.п. В вычислительной и цифровой технике, связанной с обработкой и преобразованием информации, почти везде используются синхронные системы.
4.2.2. Способы управления триггерами.
В зависимости от того, какой параметр входных сигналов используют для записи информации, триггеры подразделяются на три категории: со статическим управлением записью (управляемые по уровню входного сигнала), с динамическим управлением (управляемые по фронту или срезу) и двухступенчатые триггеры.
Для асинхронных триггеров в качестве управляющих служат сигналы на информационных входах. Применительно к синхронным триггерам управляющим сигналом служит тактовый импульс, так как считается, что к его приходу смена сигналов на информационных входах уже завершилась.
Триггер со статическим управлением срабатывает в момент, когда входной сигнал достигает порогового уровня (рис. 4.4,а). Это простейший вид управления.
Рис. 4.4. Способы управления триггерами
Специфика синхронных триггеров со статическим управлением такова, что в продолжение времени действия тактового импульса смена сигналов на информационных входах вызывает новые срабатывания. Другими словами, синхронные триггеры со статическим управлением при активном состоянии тактового входа ведут себя подобно асинхронным. Во многих случаях это свойство является недостатком, так как может оказаться причиной нарушений в работе.
От этого свободны триггеры с динамическим и двухступенчатым управлением. Триггеры с динамическим управлением в зависимости от схемы исполнения реагируют на перепад напряжения от нуля к единице (активный фронт) либо от единицы к нулю (активный срез управляющего импульса) (рис. 4.4 б, в), т.е. сигналы, поступающие на динамический вход, воспринимаются только в те моменты времени, когда их состояние изменяется определенным образом. Триггеры, управляемые срезом входного сигнала, или, как их еще называют, триггеры с внутренней задержкой, широко применяются на практике. Возможность задержки момента опрокидывания триггера на время, равное длительности тактового импульса, эффективно используется при обработке информации, позволяя производить по фронту тактовых импульсов считывание информации, а по срезу — запись.
В зависимости от комбинации управляющих сигналов Х (рис. 4.3), вызывающих изменение состояния, триггеры подразделяются на несколько функциональных типов. Тип триггера определяется по его таблице состояний, которые указывают значение выходного сигналаQ n +1 после переключения триггера (в моментtn+1) в зависимости от значений управляющих сигналов Х и выходного сигналаQ n до переключения триггера (в момент времениtn). В микросхемотехнике наиболее часто используются триггерыRS-,JK-,D-типов и некоторые их разновидности. БуквамиRиS,JиK,T,Dи другими принято обозначать управляющие входы (Х) триггеров соответствующих типов.
Таблица состояний Таблица состояний Таблица состояний
RS-триггера JK-триггера D-триггера
Синхронные RS-триггеры
Синхронные RS-триггеры имеют дополнительный С-вход для подачи управляющих (тактовых, синхронизирующих) импульсов, под действием которых происходит изменение их состояния. Сигналы на информационные S- и R-входы выставляются до подачи синхроимпульса. Синхронные триггеры строят по одноступенчатой и двухступенчатой схемам.
Для построения одноступенчатого синхронного RS-триг- гера на входе его асинхронного аналога достаточно включить два логических элемента. Схема такого триггера с использованием элементов И-НЕ и его обозначение приведены на рис. 3.19.
Рис. 3.19. Одноступенчатый синхронный триггер на элементах И-НЕ (а) и его условное обозначение (б)
При С = 0 независимо от состояния информационных S- и R-входов на выходах логических элементов формируются сигналы S = R 1=при которых асинхронный триггер находится в режиме хранения (табл. 3.8). При С = 1 оба логических элемента открыты, и асинхронный триггер реагирует на все разрешенные комбинации сигналов, поступающих на S- и R-входы.
Двухступенчатые триггеры реализуются по схеме ведущий-ведомый. Занесение информации в триггер разделено во времени: вначале информация записывается в первую ступень, а затем переписывается во вторую. На рис. 3.20 приведен вариант схемы, наиболее доступный для понимания принципа работы двухступенчатого RS-триггера, а также условное обозначение двухступенчатого синхронного триггера.
Рис. 3.20. Двухступенчатый синхронный триггер с инвертором (а) и его условное графическое обозначение (б)
В схеме на рис. 3.20, а изображены два синхронных RS-триггера и инвертор. При С = 1 производится запись информации в триггер Г,, триггер Т2 находится в режиме хранения (заблокирован), так как на его С-вход через инвертор подается нулевой сигнал. При С = 0 блокируется триггер Тх, на С-вход триггера Т2 поступает единичный сигнал, и информация с выхода триггера Г, переписывается на выход триггера Т2.
Следует отметить, что в двухступенчатых триггерах: запись информации (появление ее на выходе) происходит по срезу (при изменении из 1 в 0) входного синхроимпульса, т.е. с задержкой на длительность синхроимпульса; отсутствует прямая связь между входом и выходом, так как всегда какая-то одна из его ступеней находится в режиме хранения. Поэтому эти триггеры устойчиво работают при наличии обратных связей, которые используются при построении рассматриваемых ниже Т- и JK-триггеров.
Что такое синхронный триггер
RS-триггер — это триггер с раздельной установкой состояний логического нуля и единицы (с раздельным запуском). Он имеет два информационных входа S и R. По входу S триггер устанавливается в состояние Q=l (/Q=0), а по входу R — в состояние Q = О (/Q = 1).
Асинхронные RS-триггеры. Они являются наиболее простыми триггерами. В качестве самостоятельного устройства применяются редко, но являются основой для построения более сложных триггеров. В зависимости от логической структуры различают RS-триггеры с прямыми и инверсными входами. Их схемы и условные обозначения приведены на рис. 2.37. Триггеры такого типа построены на двух логических элементах: 2 ИЛИ-НЕ — триггер с прямыми входами (рис. 2.37, а), 2 И-НЕ — триггер с инверсными входами (рис. 2.37, б). Выход каждого из логических элементов подключен к одному из входов другого элемента, что обеспечивает триггеру два устойчивых состояния.
Рис. 2.37. Асинхронные RS-триггеры: а — RS-триггер на логических элементах ИЛИ-НЕ и условное обозначение; б — RS-триггер на логических элементах И-НЕ и условное обозначение.
Состояния триггеров под воздействием определенной комбинации входных сигналов приведены в таблицах функционирования (состояний) (табл. 2.18).
| Входы | Выходы | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| S | R | Логика И-НЕ | Логика ИЛИ-НЕ | ||
| Qn+1 | /Qn+1 | Qn+1 | /Qn+1 | ||
| 0 | 0 | X | Qn | /Qn | |
| 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | Qn | /Qn | X | |
В таблицах Qn (/Qn) обозначены уровни, которые были на выходах триггера до подачи на его входы так называемых активных уровней. Активным называют логический уровень, действующий на входе логического элемента и однозначно определяющий логический уровень выходного сигнала (независимо от логических уровней, действующих на остальных входах). Для элементов ИЛИ-НЕ за активный уровень принимают высокий уровень — 1, а для элементов И-НЕ — низкий уровень — О. Уровни, подача которых на один из входов не приводит к изменению логического уровня на выходе элемента, называют пассивными. Уровни Qn+1(/Qn+1) обозначают логические уровни на выходах триггера после подачи информации на его входы. Для триггера с прямыми входами при подаче на вход комбинации сигналов S=1, R=0 на выходе получим Qn+1=1 (/Qn+1=0). Такой режим называют режимом записи логической единицы.
Если со входа S снять единичный сигнал, т. е. установить на входе S нулевой сигнал, то состояние триггера не изменится. Режим S=0, R=0 называют режимом хранения информации, так как информация на выходе остается неизменной.
При подаче входных сигналов S=0, R=1 произойдет переключение триггера, а на выходе будет Qт+1=0 (/Qn+1=1). Такой режим называют режимом записи логического нуля (режим сброса). При S=R=1 состояние триггера будет неопределенным, так как во время действия информационных сигналов логические уровни на выходах триггера одинаковы (Qn+1=/Qn+1=0), а после окончания их действия триггер может равновероятно принять любое из двух устойчивых состояний. Поэтому такая комбинация S=R=1 является запрещенной.
Для триггера с инверсными входами режим записи логической единицы реализуется при /S=0, /R=1, режим записи логического нуля — при /S=1, /R=0. При /S=/R=1 обеспечивается хранение информации. Комбинация входных сигналов /S = /R = 0 является запрещенной.
Микросхема ТР2 включает четыре асинхронных RS-триггера, причем два из них имеют по два входа установки /S. Управляющим сигналом является уровень логического нуля (низкий уровень), так как триггеры построены на логических элементах И-НЕ с обратными связями (т. е. входы инверсные статические). Установка триггера в состояние высокого или низкого уровня осуществляется кодом 01 или 10 на входах /S и /R со сменой кода информации. Если на входах /S1 = /S2 = /R = 0, то на выходе Q появится напряжение высокого уровня — 1. Однако это состояние не будет зафиксировано, «защелкнуто»; если входные уровни 0 убрать, на выходе Q появится неопределенное состояние. При подаче на входы /S1 = /S2 = R = 1 напряжение на выходе останется без изменения. Достаточно на одном из входов /S триггера установить низкий уровень напряжения — 0, а на входе /R высокий уровень напряжения — 1, и триггер установится в состояние высокого уровня Qn+1 = 1. Табл. 2.19 дает состояния одного из триггеров микросхемы TP2.
| Входы | Выход | |||
|---|---|---|---|---|
| /S1 | /S2 | /S | /R | Qn+1 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | Qn |
| 0 | 1 | 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | |||
| 0 | 0 | |||
| 1 | 1 | 1 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 0 | 1* |
| 1 | 0 | |||
| 0 | 0 | |||
Примечание: 1* — неустойчивое состояние, может не сохраняться после снятия «0» со входов /S и /R.
Временные диаграммы его работы, а также цоколевка представлены на рис. 2.38
Рис. 2.38. Условное обозначение, цоколевка и временные диаграммы работы микросхем типа ТР.
Основные параметры приведены в табл. 2.20б.
Синхронные RS-триггеры. Триггерные ячейки — это основа делителей частоты, счетчиков и регистров. В этих устройствах записанную ранее информацию по специальному сигналу, называемому тактовым, следует передать на выход и переписать в следующую ячейку. Для осуществления такого режима в RS-триггер необходимо ввести дополнительный вход С, который может быть статическим или динамическим, т. е. получим синхронный RS-триггер.
Схема синхронного RS-триггера на логических элементах И-НЕ со статическим управлением записью (вход С — статический) и его условное обозначение приведены на рис. 2.39, а.
Рис. 2.39. Синхронные RS-триггеры: а — синхронный RS-триггер на элементах И-НЕ и условное обозначение;
б — синхронный RS-триггер на элементах ИЛИ-НЕ и условное обозначение.
Элементы DD1.1 и DD1.2 образуют схему управления, а элементы DD1.3 и DD1.4 — асинхронный RS-триггер. Иногда такой триггер называют RST-триггером (если вход С считать тактовым входом Т).
Триггер имеет прямые статические входы, поэтому управляющим сигналом является уровень логической единицы.
Если на вход С подать сигнал логической единицы C=1, то работа триггера аналогична работе простейшего асинхронного RS-триггера. При C=0 входы S и R не оказывают влияние на состояние триггера. Комбинация сигналов S=R=C=1 является запрещенной. Табл. 2.21 отражает состояния такого триггера.
Синхронный RS-триггер, выполненный на элементах ИЛИ-НЕ, будет иметь инверсные статические входы (рис. 2.39,б). Его функционирование будет определяться таблицей состояний при /C=0 (табл. 2.22). Запрещенной комбинацией входных сигналов будет комбинация /S=/R=/C=0.
| Входы | Выходы | |||
|---|---|---|---|---|
| S | R | C | Qn+1 | /Qn+1 |
| 0 | 0 | 0 | Qn | /Qn |
| 1 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | X | |
| Входы | Выходы | |||
|---|---|---|---|---|
| /S | /R | /C | Qn+1 | /Qn+1 |
| 1 | 1 | 1 | Qn | /Qn |
| 0 | 1 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| 0 | 0 | 0 | X | |
Синхронный RS-триггер с динамическим управлением записью функционирует согласно сигналам, которые были на информационных входах S и R к моменту появления перепада на входе С. Схема такого триггера, его условное обозначение даны на рис. 2.40.
Рис. 2.40. Синхронный RS-триггер с динамическим управлением на логических элементах И-НЕ и условное обозначение.
Элементы DD1.1 . DD1.4 образуют схему управления, а DD1.5 и DD1.6 — асинхронный RS-триггер, выполняющий роль элемента памяти. У данного триггера входы /S и /R инверсные статические (управляющий сигнал — уровень логического нуля), вход С — прямой динамический. Новое состояние триггера устанавливается положительным перепадом напряжения (от уровня логического нуля до уровня логической единицы) на входе С в соответствии с сигналами на информационных входах /S и /R. Функционирование триггера при некоторых комбинациях входных сигналов можнопроследить с помощью таблицы состояний (табл. 2.23).
| Входы | Внутренние выходы | Выходы | ||||||
| /S | /R | C | A1 | A2 | A3 | A4 | Q | /Q |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 1 | X | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | X | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | _/ | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | _/ | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | X | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | _/ | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 |
Синхронный двухступенчатый RS-триггер (master-slave, что переводится «мастер-помощник») состоит из двух синхронных RS-триггеров и инвертора, рис. 2.41, а. Входы С обоих триггеров соединены между собой через инвертор DD1.1. Если C=1, то первый триггер функционирует согласно сигналам на его входах S и R. Второй триггер функционировать не-может, т. к, у него C=0. Если C=0, то первый триггер не функционирует, а для второго триггера C=1, и он изменяет свое состояние согласно сигналам на выходах первого триггера.
Рис. 2.41. Синхронный двухступенчатый RS-триггер: a — схема триггера на логических элементах И-НЕ;
б — условное обозначение и временные диаграммы тактового импульса.
На рис. 2.41, б показано, что двухступенчатым триггером управляет полный (фронтом и срезом) тактовый импульс С. Если каждый из триггеров имеет установку положительным перепадом, то входная RS-комбинация будет записана в первую ступень в момент прихода положительного перепада тактового импульса С. В этот момент во вторую ступень информация попасть не может. Когда придет отрицательный перепад тактового импульса С, на выходе инвертора DD1.1 он появится как положительный. Следовательно, положительный перепад импульса /С перепишет данные от выходов первого триггера в триггер второй ступени. Сигнал на выходе появится с задержкой, равной длительности тактового импульса.
Очень часто необходимо использовать триггер для деления частоты входной последовательности импульсов на два, т. е. производить переключение триггера в новое состояние каждым входным импульсом (фронтом или спадом). Такой триггер называют счетным, или T-триггером (от англ. Toggle). Он имеет один управляющий вход Т. В сериях выпускаемых микросхем T-триггеров нет. Но триггер такого типа может быть создан на базе синхронного RS-триггера с динамическим управлением, если прямой выход Q соединить с инверсным входом /S, а инверсный выход /Q соединить с инверсным входом /R. На вход синхронизации С подать входную последовательность импульсов (т. е. это будет T-вход). На рис. 2.42 показана схема такого триггера и временные диаграммы его работы.
Рис. 2.42. T-триггер, его обозначение и временные диаграммы.
Аналогичным образом Т-триггер может быть собран на синхронном двухступенчатом RS-триггере.
RS-триггер и его принцип работы
В любой электронный прибор заложена возможность управления встроенной функциональностью и ее взаимодействие со смежными системами.
Статья подробно раскроет тему, что такое RS-триггер. Будет дана информация о назначении этого элемента, разновидностях и принципах действия.
Назначение
Основным назначением RS-триггеров является запись и хранение полученной информации. RS-триггер может легко оперировать данными и использовать их для периодического изменения общего состояния принципиальной схемы. Например, элемент может использоваться для включения определенных функций в электронной схеме.
Принцип работы
Простой RS-триггер использует особый принцип работы, основанный на получении входных сигналов, которые в зависимости от поставленной задачи изменяют состояние выходов устройства. При входе сигнала на основной блок, на выходах происходит скачкообразное изменение напряжения, вследствие чего осуществляется управление поставленной задачей.
Логическое электронное устройство состоит из нескольких активных входных и выходных контактов. Рассмотрим эти контакты:
- Вход, использующийся для формирования выхода «Q». Его условное обозначение «R». На этом участке схемы происходит запись единицы.
- Вход, использующийся для сброса выхода «Q» обозначается буквой «S». На этом участке происходит запись нуля.
Далее рассмотрим, как работает простой RS-элемент.
Принцип работы простого RS-триггера невозможен без выходов. Они имеют такие обозначения:
- «Q» — является прямым выходом.
- «Q¯» — инверсный выход. В обозначение такого выхода добавлена черточка над буквой Q.
Самый первым был сделан триггер на транзисторах. Современные логические элементы сильно минимизированы, поэтому в основе всех таких устройств обязательно лежит микросхема. Такие устройства не подвержены воздействию помех, имеют низкий процент метастабильности, немного больше памяти и более широкие возможности для использования.
Транзисторные модели надежнее, но их основные недостатки: размер, наличие множества компонентов. Для увеличения памяти такие элементы подключаются параллельно в схему.
Разновидности
Набор функциональности и задач, которые выполняются современными логическим устройствами, требует их постоянной модификации. Далее будет дано описание существующих разновидностей RS-устройств.
Синхронный триггер
Синхронные триггеры относятся к сложным логическим устройствам. Синхронные RS-элементы отличаются от своих простых аналогов наличием синхронизирующего входного контакта «С», необходимого для улучшения логической работы.
Синхронный RS-триггер намного сложнее, так как схема принимает сигнал на контакт «С» в виде высокого напряжения. Сигнал синхронизируется, считывается входами «R»/«S» и только после этого создается переключение к выходам «Q». Принципиальная схема с входом «С» синхронного RS-триггера может дополняться обозначением «Clock», что означает «такт». Иными словами, синхронный элемент — это тактируемый точный RS триггер.
Синхронный триггер имеет очень важное назначение. Он нашел применение в цепях, где используется защита от электромагнитных помех.
Далее будет приведена таблица истинности простого синхронного RS-триггера. Графическое изображение диаграммы синхронизации сигналов приведена ниже.
Благодаря таблице можно проследить зависимость значений выхода от состояния входов.
Асинхронный триггер
Асинхронный RS-элемент можно отнести к самым простым логическим устройствам. Их главное отличие заключается в отсутствии сигнала синхронизации. Как работает асинхронный RS-триггер, можно понять по его схеме. Принцип работы следующий:
- Сигнал поступает к входу «S» (установить), устанавливается на нем и передается к выходу «Q». При этом на входе и выходе установлено высокое напряжение.
- В этот момент на выходе «Q¯» устанавливается логически низкое напряжение в виде 0.
На момент установки сигнала схема будет находиться во включенном состоянии, например, будет запущен электродвигатель.
После того как функция переключается на сброс, подается напряжение на логический вход «R». При этом с прямого входа «Q» снимается напряжение (0) и подается на инвертированный выход «Q¯». На нем устанавливается высокое напряжение, например, происходит выключение электродвигателя.
Подобное простое сочетание и переключение напряжения с входных сигналов, используется для обеспечения работы более сложных триггеров или схем автоматического управления. Синхронный тип элемента относится к нетактируемым устройствам.
Для прослеживания принципа работы используется таблица истинности асинхронного RS-триггера. Она показана ниже.
Для асинхронных триггеров существует ряд измененных схем работы. Можно реализовать RS-триггер на буквенных логических элементах «ИЛИ-НЕ» и «И-НЕ».
В схеме RS-триггера на логических элементах «И-НЕ» осуществляется работа за счет перехода 1 с входа к выходу (R 1 прямой на Q) или наоборот (S 0 инверсный к Q¯). Весь принцип управления этой цепи осуществляется за счет положительного входа и высокого напряжения.
Цепь ИЛИ-НЕ полностью идентична. Основное отличие заключается только в подаче 0 и низкого напряжения к входному контакту. Любое нарушение закономерности этих схем приводит общую цепь к уровню запрещенного состояния, чего можно достичь только при неправильном подключении или ошибки управления. Далее будут представлены УГО триггера на логических элементах И-НЕ и ИЛИ-НЕ.
RS-триггер с активными инверсными выходами сильно зависим от работоспособности и скачков напряжения. Его правильная эксплуатация осуществляется с использованием устройств защиты.
D-триггер
Синхронные и асинхронные элементы относятся к типу статических устройств. D-триггер — это динамическое устройство. Динамический элемент более простой. Отличается от ранее описанных отсутствием входных контактов «S» и «R». Вместо них присутствует вход «D».
Принцип работы зависит от фронта сигнала. Фронт осуществляет переход от логического числа 1 к числу 0 и наоборот. Переход 0-1 называется передним, 1-0 задним фронтом. Динамические триггеры часто оснащаются дополнительным входом «V» (подтверждение). Он необходим для задерживания сигнала, поступающего на D вход. Может быть реализован в качестве таймера. Для более стабильной работы D-триггера, часто устанавливается первичное устройство с входом «V», которое помогает сгладить время возникшей метастабильности, а так же защищает цепь от возникновения ошибки при переходе.
Динамические устройства используются в вычислительной технике и простой автоматике в качестве дополнения к синхронным триггерам (дополнительная ячейка). УГО схемы работы устройства представлено ниже.
JK-триггер
Это универсальный простой триггер. Этот элемент имеет рабочие входы «J» и «K». По принципу работы и построению схож с асинхронной моделью. Отличается только логической цепью работы. Логическая 1 на выходе поступает с входа «J». При этом логический 0 на выходе «K» осуществляется за счет появления на входе высокого напряжения, а значит логической 1. Иными словами, на обоих входных контактах может одновременно быть высокое напряжение в виде логической 1.
Одновременно две логические 1 не приводят общую цепь в запрещенное состояние. Если запрещенная комбинация приводит к общей нестабильности цепи, один из выходов просто меняет свое положение с 0 на 1 или наоборот. Для стабилизации запрещенного сочетания, если оно необходимо практически, используется дополнительный триггер синхронного типа. Такие модели устройств могут использоваться для одновременного включения 2 функций одного устройства.
Метастабильность
Работоспособность триггеров строится на точности перехода от логических параметров 1 и 0. Устройство способно работать в одном состоянии 0 или 1. При этом переход от логических величин осуществляется без задержки в заданное время. Переход зависит от смены напряжения на входах элемента.
Основная проблема устройств кроется в эффекте метастабильности. Это состояние, при котором сигнал попадает на контакт входа в момент перехода из одного состояния в другое. В такие моменты напряжение находится между переходами. Это может привести:
- К полному нарушению работоспособности.
- Несанкционированному включению/выключению цепи.
- Общему нестабильному состоянию.
- Выгоранию ячейки памяти.
Метастабильность можно представить, как шарик, установленный в верхней точке холма. В момент перехода из логического состояния, шарик (напряжение) переходит в одну из сторон согласно схеме. При метастабильности шарик (напряжение) замедляет переход. Этот эффект зависит от шумов цепи, высокого электромагнитного потока и скачков напряжения.
Данный эффект сильно зависим от временного интервала перехода. Также существует погрешность нахождения триггера в состоянии метастабильности. Для снижения данного эффекта инженеры вносят в схему 2 устройства, подключенных параллельно. Такая цепь позволяет снизить возможность появления метастабильности, уменьшить время нахождения цепи в этом состоянии. Так же 2 триггера в цепи значительно увеличивают время перехода, снижают зависимость от частотных и электромагнитных влияний.
Использование
Все выше описанные разновидности триггеров используются только в простейших электронных схемах контроля. Способность устройств к синхронизации и удерживанию сигнала используется в технике для взаимодействия с простейшими таймерами. Большая доля использования приходится для стабилизации работы механических кнопок и клавиш. Эти устройства испытывают эффект дребезга контактов. Например, при включении электрических двигателей. Дребезг контактов становится причиной появления сигналов с высокой частотой взаимодействия. Триггеры выравнивают и сглаживают этот эффект.
В персональных компьютерах простые триггеры не используются. Причина заключается в малом операционном объеме памяти. Устройство обладает только ячейкой емкостью 1 бит, что очень мало для сложной вычислительной техники.
Заключение
Триггер — очень нужный элемент в схеме автоматического управления. Такие логические устройства способны управлять функциональностью сложного электронного оборудования. Обладая маленькой памятью, они могут контролировать рабочее состояние аппаратуры, моменты включения и выключения, перераспределять логические задачи в приборах, работающих с высокочастотными сигналами, применяться в составе цифровых фильтров.
