Триггер
– простейшее последовательностное устройство, которое может длительно
находиться в одном из нескольких возможных устойчивых состояний и
переходить из одного в другое под воздействием входных сигналов.
Последовательностными называют такие логические устройства, выходные
сигналы которых определяются не только сигналами на входах, но и
предысторией их работы, то есть состоянием элементов памяти. Триггер —
один из базовых элементов цифровой техники.
Триггерные схемы классифицируют по следующим признакам:
- способу приёма логических сигналов;
- функциональным возможностям;
- принципу построения;
- числу устойчивых состояний (обычно устойчивых состояний два, реже - больше);
- числу
уровней — два уровня (высокий, низкий) в двухуровневых элементах, три
уровня (положительный, ноль, отрицательный) в трёхуровневых элементах.
По способу работы с сигналами различают асинхронные, синхронные и смешанные триггерные схемы, статические и динамические.
Асинхронный триггер изменяет своё состояние непосредственно в момент появления соответствующего информационного сигнала.
Синхронные
триггеры реагируют на информационные сигналы только при наличии
соответствующего сигнала на так называемом входе синхронизации С (от
англ. clock). Этот вход также обозначают терминами «строб», «такт».
Синхронные триггеры в свою очередь подразделяют на триггеры со
статическим (статические) и динамическим (динамические) управлением по
входу синхронизации С.
Статические триггеры воспринимают информационные сигналы
при подаче на вход С логической единицы (прямой вход) или логического
нуля (инверсный вход).
Динамические триггеры воспринимают информационные сигналы
при изменении (перепаде) сигнала на входе С от 0 к 1 (прямой
динамический С-вход) или от 1 к 0 (инверсный динамический С-вход).
Статические триггеры в свою очередь подразделяют на одноступенчатые (однотактные) и двух-ступенчатые (двухтактные).
В
одноступенчатом триггере имеется одна ступень запоминания информации, а
в двухступенчатом — две такие ступени. Вначале информация записывается
в первую ступень, а затем переписывается во вторую и появляется на
выходе. Двухступенчатый триггер обозначают ТТ.
По структурному построению — однотактные (триггеры
защёлки), двухтактные и триггеры с динамическим управлением. По способу
реакции на помехи — прозрачные и непрозрачные. Непрозрачные, в свою
очередь, делятся на проницаемые и непроницаемые. По функциональному
назначению — RS, D, JK, T, RR, SS, EE, DV.
При изготовлении триггеров применяются преимущественно
полупроводниковые приборы (обычно полевые транзисторы), в прошлом —
электронные лампы. В настоящее время логические схемы, в том числе с
использованием триггеров, создают в интегрированных средах разработки
под различные программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС)
Используются в основном в вычислительной технике для
организации компонентов вычислительных систем: процессоров, регистров,
счётчиков, ОЗУ.
По функциональным возможностям триггеры разделяют на следующие классы:
- с раздельной установкой состояния 0 и 1 (RS-триггеры). Если триггер является синхронным — добавляется вход синхронизации C.;
- универсальные (JK-триггеры);
- с приёмом информации по одному входу D (D-триггеры, или триггеры задержки);
- со счётным входом Т (Т-триггеры).
Каждый тип триггера имеет собственную таблицу работы
(таблицу истинности). Выходное состояние триггера обычно обозначают
буквой Q. Индекс возле буквы означает состояние до подачи сигнала (t)
или после подачи сигнала (t+1).
Если триггер синхронный, то существует также дополнительный
вход синхронизации. Для того, чтобы такой триггер учёл информацию на
синхронных входах, на входе синхронизации необходимо сформировать
активный фронт (обычно положительный фронт).
Регистр — последовательностное логическое
устройство, используемое для хранения n-разрядных двоичных чисел и
выполнения преобразований над ними.
Регистр представляет собой упорядоченную последовательность
триггеров, число которых соответствует числу разрядов в слове. С каждым
регистром обычно связано комбинационное цифровое устройство, с помощью
которого обеспечивается выполнение некоторых операций над словами.
Фактически любое цифровое устройство можно представить в виде
совокупности регистров, соединённых друг с другом при помощи
комбинационных цифровых устройств.
Основой построения регистров являются D-триггеры.
Типичными являются следующие операции:
- приём слова в регистр;
- передача слова из регистра;
- поразрядные логические операции;
- сдвиг слова влево или вправо на заданное число разрядов;
- преобразование последовательного кода слова в параллельный и обратно;
- установка регистра в начальное состояние (сброс).
Регистры классифицируются по следующим видам:
- накопительные (регистры памяти, хранения);
- сдвигающие.
В свою очередь сдвигающие регистры делятся:
- по способу ввода-вывода информации:
- параллельные - запись и считывание информации происходит одновременно на все входы и со всех выходов;
- последовательные
- запись и считывание информации происходит в первый триггер, а та
информация, которая была в этом триггере, перезаписывается в следующий
- то же самое происходит и с остальными триггерами;
- комбинированные;
- по направлению передачи информации:
- однонаправленные
- реверсивные.
- по основанию системы счисления;
- двоичные
- троичные
- десятичные
Дешифраторами называются комбинационные
устройства, преобразующие n-разрядный двоичный код в логический сигнал,
появляющийся на том выходе, десятичный номер которого соответствует
двоичному коду.
Дешифратор работает по следующему принципу: пусть дешифратор имеет N входов, на них подано двоичное слово xN-1xN-2...x0,
тогда на выходе будем иметь такой код разрядности меньшей или равной
2^N, что разряд, номер которого равен входному слову, принимает
значение единицы, все остальные разряды равны нулю. Очевидно, что
максимально возможная разрядность выходного слова равна 2^N. Такой
дешифратор называется полным. Если часть входных наборов не
используется, то число выходов меньше 2^N, и дешифратор является
неполным.
Часто дешифраторы дополняются входом разрешения работы E.
Если на этот вход поступает единица, то дешифратор функционирует, в
ином случае на выходе дешифратора вырабатывается логический ноль вне
зависимости от входных сигналов
Существуют дешифраторы с инверсными выходами, у такого дешифратора выбранный разряд показан нулем.
Функционирование дешифратора описывается системой конъюнкций:
Обратное преобразование осуществляет шифратор.
Счётчик
— устройство, на выходах которого получается двоичный
(двоично-десятичный) код, определяемый числом поступивших импульсов.
Счётчики могут строится на T-триггерах. Основной параметр счётчика —
модуль счёта — максимальное число единичных сигналов, которое может
быть сосчитано счётчиком. Счётчики обозначают через СТ (от англ.
counter).
Счётчики классифицируют:
- по модулю счёта:
- двоично-десятичные;
- двоичные;
- с произвольным постоянным модулем счёта;
- с переменным модулем счёта;
- по направлению счёта:
- суммирующие;
- вычитающие;
- реверсивные;
- по способу формирования внутренних связей:
- с последовательным переносом;
- параллельным переносом;
- комбинированным переносом;
- кольцевые;
