Хотя все узлы цифровой техники строятся из базового набора логических элементов, эти узлы можно разделить на два основных класса со следующими их принципиальными фундаментальными отличиями:
- узлы комбинационного типа: состояния выходов таких схем зависит только от текущего состояния входов;
- узлы с памятью (или схемы последовательностного типа): текущее состояние выходов зависит не только от текущего состояния входов, но и от состояния входов в предшествующие моменты времени..
Простейшим примером схемы с памятью является триггер. Это одна из важнейших схем в цифровой электронике.
Триггер (триггерная система) — класс электронных устройств, обладающих способностью длительно находиться в одном из двух устойчивых состояний и чередовать их под воздействием внешних сигналов. Каждое состояние триггера легко распознаётся по значению выходного напряжения: при переключении из одного состояния в другое напряжение на выходе скачкообразно изменяется.
Триггер – бистабильное устройство. Переключившись в одно из состояний, может перебывать в нем бесконечно долго даже при снятии внешних сигналов. Он строится из логических элементов первого уровня (И-НЕ, ИЛИ-НЕ и т. д.) и относится к логическим устройствам второго уровня.
Основное свойство триггера – способность запоминать и хранить логическое значение, что обусловлено наличием в схеме обратной связи.
Триггеры строятся на основе дискретных элементов, логических элементов, интегральных микросхем или входить в состав ИМС. На практике триггеры выпускаются в виде микросхем в отдельном корпусе или входят в качестве элементов в состав больших интегральных схем (БИС) или программируемых логических матриц (ПЛМ).
Разные виды триггеров имеют разные виды управления.
Классификация триггеров
Триггеры делят на два класса по способу записи информации:
- синхронные (тактируемые):
- Имеется дополнительный вход управляющего сигнала и изменение состояния триггера происходит только при его наличии;
- По виду стробирования разделяются на:
- динамические;
- статические.
- асинхронные (нетактируемые):
- Переход в новое состояние вызывается непосредственно изменением входных информационных сигналов.
Основной и наиболее общий классификационный признак — функциональный.
Классификация по функциональным возможностям позволяет систематизировать статические симметричные триггеры по способу организации логических связей между входами и выходами триггера в определенные дискретные моменты времени до и после появления входных сигналов.
Согласно такой классификации триггеры характеризуют числом логических входов и их функциональным назначением:
- 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).
По способу восприятия тактовых сигналов триггеры могут быть управляемы:
- фронтом,
- уровнем.
Некоторые сложные триггерные устройства классифицируют по:
- числу устойчивых состояний (3 и более);
- числу уровней (3 и более);
и другим специфическим характеристикам.
Практическое использование
В качестве ячеек памяти
Благодаря тому, что триггер способен хранить информацию даже после снятия внешних сигналов, он может применяться в качестве ячеек памяти емкостью 1 бит. Из единичных элементов строятся матрицы для запоминания двоичных состояний – этот принцип применим к созданию статических оперативных запоминающих устройств (SRAM).
Особенна такая память простой схемотехники, которая не требует дополнительных контроллеров:
- Это позволяет SRAM использовать в контроллерах и ПЛМ.
- Но невысокая плотность записи препятствует использованию таких матриц в ПК и других мощных вычислительных системах.
В качестве делителей частоты
Соединяя такие бистабильные элементы в цепочки, можно получать различные коэффициенты деления. Та же цепочка может быть применена и как счетчик импульсов.
В качестве фиксаторов уровня
RS-триггеры используются в качестве фиксаторов уровня. То есть, когда в качестве источников логического уровня использованы механические коммутаторы (кнопки, переключатели), то при нажатии (вследствие дребезга контактов) сформируется не один (как необходимо), а множество сигналов — тогда нужен RS-триггер, подавляющий дребезг.
Электронные триггеры Шмитта используются для восстановления двухуровневого цифрового сигнала после влияния на него помех и искажений в линиях связи, в фильтрах дребезга контактов, в качестве двухпозиционного регулятора в системах автоматического регулирования, в двухпозиционных стабилизаторах-регуляторах напряжения, в релаксационных автогенераторах. По ссылке можно узнать больше об этом специфическом виде триггеров.
На триггерах строятся цифровые линии задержки и другие элементы двоичной техники.
Область применения бистабильных устройств широка. Круг решаемых с их помощью задач во многом зависит от фантазии конструктора, особенно в сфере нетиповых решений.