Исследование триггеров

1.

Исследование триггеров
Цель работы: Ознакомиться с работой основных типов триггеров RS, D, T.
1. Основные теоретические положения
Одно из наиболее распространённых импульсных устройств, относящихся к базовым
элементам цифровой техники – триггер. Триггером называют устройство, обладающее двумя
устойчивыми состояниями и способное скачком переходить из одного состояния в другое под
воздействием внешнего управляющего сигнала.
В современной электронике триггеры выполняются, как правило, в виде микросхем,
построенных на основе логических элементов. Триггеры можно классифицировать по
функциональному признаку и по способу управления. По функциональному признаку различают
триггеры RS, D, T, JK и других типов, по способу управления – асинхронные и синхронные
(тактируемые).
По виду входных сигналов триггеры можно разделить на статические и динамические.
Первые из них реагируют на уровни входных сигналов, а вторые – на перепады уровней
логических сигналов с “0” на “1” или с “1” на “0”.
1.1 RS – триггер
Данный триггер относится к асинхронным, так как переход его из одного состояния в
другое происходит только при поступлении сигналов на информационные (R, S) входы и не связан
с тактовыми сигналами.
Вход S называется установочным (от англ. Set – устанавливать), а вход R – входом сброса
(от англ. Reset – вновь устанавливать).
Для RS-триггера на элементах “ИЛИ-НЕ” (рис.1), при S = 1, R = 0 триггер оказывается в
первом устойчивом состоянии, т.е. устанавливается в состояние “1” (Q = 1, Q = 0) . А при R = 1, S
= 0 – во втором устойчивом состоянии, т.е. (Q = 0, Q = 1) . Комбинация S = 1, R = 1 для данного
типа триггера недопустима.
Табл.1
Рис.1
Состояние
S
R
Установка
Сброс
Хранение
Запрет
1
0
0
1
0
1
0
1
Q
Q
Аналогично работает RS-триггер на элементах “И-НЕ” (рис.2), с той разницей, что он
должен иметь инверсные входы, т.е. устанавливаться в состояние “1” при S = 0 и сбрасываться в
состояние “0” при R = 0. Запрещённая комбинация входных сигналов для этой схемы S = 0, R = 0.
Табл.2
Рис.2
Состояние
S
R
Установка
Сброс
Хранение
Запрет
1
0
1
0
0
1
1
0
Q
Q
1

2.

1.2 D – триггер
Для приёма информации по одному входу используются D – триггеры (от англ. Delay –
задержка). Иначе, данное устройство представляет собой однобитовую ячейку информации с
отдельным входом синхронизации [C] (рис.3). Вход [D] является информационным.
Рис.3
На синхронизирующем входе [C] (рис.3а) имеется дополнительное обозначение –
наклонная черта, что означает условие записи в триггер данных (с информационного входа D) по
переднему фронту импульсов синхронизации, поступающих на вход [C]. Следовательно, условие
записи информации в данный триггер, согласно примера временных диаграмм на рис.3b, будет
выполняться только в моменты времени t1, t4, t5, t8. Например, в t8 произойдёт запись лог.“1”, т.к.
этот момент времени сопровождается наличием высокого уровня (в интервале t7- t9) на
информационном входе [D], а в t1 произойдёт запись лог.“0”, т.к. этот момент времени
сопровождается наличием низкого уровня (в интервале t0- t3) на входе [D].
1.3 T – триггер
T – триггер (от англ. Tumble – опрокидываться), или счётный триггер, имеет один вход
синхронизации и переходит в противоположное состояние в результате воздействия на этот вход
каждого очередного сигнала. Название “счётный” связано с широким применением T – триггеров
в счётчиках импульсов. На рис.4-a,b приведены его условное обозначение и временные
диаграммы.
Рис.4
Схема преобразована в T-триггер введением обратной связи между инверсным выходом
Q и информационным входом [D]. Из временной диаграммы (рис.4b) видно, что на выходах
Q, Q сигнал изменяется на противоположный в начале каждого (т.е. по фронту) очередного
импульса на счётном входе [С].
Ещё одна особенность данной схемы делить частоту входных импульсов F/2, что видно из
временной диаграммы (рис.4b).
В цифровых интегральных микросхемах Т-триггеры выполняют на основе двух
последовательно соединённых RS-триггеров (MS-схема, master-slave), первый – ведущий, второй –
ведомый, или с использованием универсального JK-триггера.
1.4 JK – триггер
Универсальный JK – триггер имеет информационные входы [J, K] и синхронизирующий
вход [C] (рис.5a). Используя вход J как вход S, а K – как R, реализуют синхронный RS-триггер,
особенность которого состоит в том, что при комбинации S = R = ”1”,запрещённой для обычного
2

3.

RS-триггера, он переключается (изменяет своё состояние на противоположное) на каждый
синхронизирующий сигнал на входе [C].
Табл.3
Состояние
S
R
Установка
Сброс
Хранение
Инверсия
1
0
0
1
0
1
0
1
Q
Q
Рис.5
Так как при комбинации S = R = ”1”он переключается на каждый синхронизирующий
сигнал на входе [C], то соединив входы JK-триггера по схеме рис.5.b, можно получить T – триггер.
А добавлением инвертора на входе [K] (рис.5.с), схема преобразуется в D – триггер.
2. Практическое выполнение работы
Для практического выполнения задания, на универсальном стенде ОАВТ необходимо
установить плату N2 и карту-схему N2-A. Для подачи логических сигналов “0” и “1” на
исследуемые элементы, используются тумблер SA1 и кнопки SB1-SB3. Все элементы коммутации
имеют дополнительные формирователи одиночных импульсов для защиты от дребезга контактов.
2.1 Исследуйте работу RS-триггера на логических элементах “ИЛИ-НЕ”. На карточке ему
соответствует часть схемы с элементами D2.1, D2.2. Входные сигналы триггера по входу ”S”
поступают с кнопки SB3.2, по входу ”R” - с кн. SB2.2. В нормальном состоянии с кнопок SB3.2
(SB2.2) поступает сигнал, соответствующий уровню лог.“0”. При нажатии - сигнал уровня
лог.“1”. Уровни выходных сигналов по прямому выходу Q контролируются светодиодом N3,
по инверсному выходу Q , светодиодом N4. Данные исследования заносятся в табл.1.
2.2 Исследуйте работу RS-триггера на логических элементах “И-НЕ”. На карточке ему
соответствует часть схемы с элементами D1.1, D1.2. Входные сигналы триггера по входу ”S”
поступают с кнопки SB2.1, по входу ”R” - с кн. SB3.1. В нормальном состоянии с кнопок SB2.1
(SB3.1) поступает сигнал, соответствующий уровню лог.“1”. При нажатии - сигнал уровня
лог.“0”. Уровни выходных сигналов по прямому выходу Q контролируются светодиодом N3,
по инверсному выходу Q , светодиодом N4. Данные исследования заносятся в табл.2.
2.3 Исследуйте работу D-триггера. На карточке ему соответствует элемент D3.1. Сигналы на
информационный вход ”D” поступают с тумблера SA1, для которого уровень лог.“0”
соответствует нижнему положению переключателя. Разрешение записи данных в триггер
осуществляется кнопкой SB1. В нормальном состоянии с кнопки SB1 поступает сигнал,
соответствующий уровню лог.“1”. При нажатии - сигнал уровня лог.“0”. Уровни выходных
сигналов по прямому выходу Q контролируются светодиодом N2, по инверсному выходу Q ,
светодиодом N1.
3

4.

На рис.6 приведён пример подачи информационных и управляющих сигналов для
исследования данного триггера.
Рис.6
Дополните рис.6 и отобразите данные на прямом выходе Q триггера. Для помощи
приведены пояснения временных интервалов:
По входу данных ”D”:
t0-t3 - присутствует лог.”0” (тумблер SA1 в нижнем положении);
t3-t6 - присутствует лог.”1” (тумблер SA1 в верхнем положении);
По входу управления (разрешения записи) ”C”:
t0-t1 - присутствует лог.”1” (кнопка SB1 отжата);
t1-t2 - присутствует лог.”0” (кнопка SB1 нажата);
t1 - момент нажатия кнопки SB1;
t2 - момент отпускания кнопки SB1. При этом происходит смена логических уровней с “0”на
“1”, что является условием записи информации со входа ”D” в триггер.
2.4 Исследуйте работу T-триггера. На карточке ему соответствует элемент D3.2. Для
правильной работы схемы необходимо соединить на плате N2 стенда инверсный выход Q со
входом данных ”D”, с помощью технологической перемычки [Y1-X2]. Разрешение записи
данных в триггер, как и в предыдущем пункте, осуществляется кнопкой SB1. Уровни
выходных сигналов по прямому выходу Q контролируются светодиодом N1.
На рис.7 приведён пример подачи информационных и управляющих сигналов для
исследования данного триггера.
Рис.7
Дополните рис.7 и отобразите данные на прямом выходе Q триггера. Для помощи
приведены пояснения временных интервалов:
По входу управления (разрешения записи) ”C”:
t0-t1 - присутствует лог.”1” (кнопка SB1 отжата);
t1-t2 - присутствует лог.”0” (кнопка SB1 нажата);
t1 - момент нажатия кнопки SB1;
t2 - момент отпускания кнопки SB1. При этом происходит смена логических уровней с “0”на
“1”, что является условием записи информации со входа ”D” в триггер.
3. Указания к отчёту.
3.1 Результаты экспериментального исследования RS-триггеров заносятся в таблицы 1-2 и
анализируются, в соответствии с теоретическим материалом пункта 1.1.
4

5.

3.2 Результаты экспериментального исследования D и T-триггеров отображаются на
временных диаграммах (рис.6-7) и анализируются, в соответствии с теоретическим материалом
пунктов 1.2 – 1.3.
3.3 Общие выводы по работе.
Приложение – 1: карта-схема N2-A
5