Ein Trigger ist ein digitales Bauteil, ein bistabiles Gerät, das in einen Zustand schaltet und diesen Zustand unbegrenzt beibehalten kann, auch wenn externe Signale entfernt werden. Es besteht aus logischen Elementen der ersten Ebene (UND-NE, ODER-NE usw.) und bezieht sich auf logische Geräte der zweiten Ebene.
In der Praxis sind Auslöser als Mikroschaltungen in einem separaten Gehäuse oder als Elemente in großen integrierten Schaltungen (LSI) oder programmierbaren Logikmatrizen (PLM) erhältlich.
Inhalt
Klassifizierung und Arten von Triggerzeitpunkten
Auslöser werden in zwei große Klassen unterteilt
- Asynchron;
- Synchron (getaktet).
Der grundlegende Unterschied zwischen ihnen besteht darin, dass sich bei der ersten Gerätekategorie der Pegel des Ausgangssignals gleichzeitig mit der Änderung des Signals am Eingang/an den Eingängen ändert. Die Synchrontrigger ändern ihren Zustand nur, wenn ein Taktsignal am dafür vorgesehenen Eingang anliegt. Zu diesem Zweck ist ein spezieller Ausgang vorgesehen, der mit dem Buchstaben C (clock) gekennzeichnet ist. Synchrone Elemente werden je nach Art der Ansteuerung in zwei Klassen unterteilt:
- dynamisch;
- statisch.
Beim ersten Typ ändert sich der Ausgangspegel in Abhängigkeit von der Konfiguration der Eingangssignale zu dem Zeitpunkt, an dem die steigende Flanke (Vorderflanke) oder die fallende Flanke des Taktsignals auftritt (je nach Triggerart). Zwischen den auftretenden Flanken (Abklingvorgängen) können beliebige Signale an die Eingänge gelegt werden, der Triggerzustand ändert sich nicht. Der zweite ändert den Pegel nicht, aber ein oder Nullsignal am Clock-Eingang ist ein Zeichen für die Taktung. Es gibt auch komplexe Auslöser, die nach verschiedenen Kriterien klassifiziert sind:
- Die Anzahl der stabilen Zustände (3 und mehr, im Gegensatz zu 2 bei den Grundelementen);
- Anzahl der Ebenen (auch mehr als 3);
- Sonstige Merkmale.
Komplexe Elemente sind in bestimmten Geräten nur von begrenztem Nutzen.
Arten von Auslösern und wie sie funktionieren
Es gibt verschiedene Grundtypen von Auslösern. Bevor die Unterschiede erläutert werden, sei auf eine Gemeinsamkeit hingewiesen: Der Ausgang eines jeden Geräts wird beim Einschalten in einen beliebigen Zustand versetzt. Wenn dies für den Gesamtbetrieb des Stromkreises entscheidend ist, müssen Voreinstellungskreise vorgesehen werden. Im einfachsten Fall handelt es sich um eine RC-Schaltung, die das Signal zur Einstellung des Ausgangszustands erzeugt.
RS-Auslöser
Der gebräuchlichste Typ eines asynchronen bistabilen Geräts ist der RS-Trigger. Es handelt sich um einen Trigger mit getrennter Einstellung der Zustände 0 und 1. Hierfür gibt es zwei Eingänge:
- S - eingestellt;
- R - Zurücksetzen.
Er hat einen direkten Ausgang Q und kann auch invertiert werden Q1. Der Logikpegel an diesem Ausgang ist immer entgegengesetzt zu dem von Q, was beim Entwurf von Schaltungen nützlich ist.
Durch Anlegen eines positiven Pegels an den Eingang S wird der Ausgang Q auf logisch 1 gesetzt (gibt es einen inversen Ausgang, so geht dieser auf Pegel 0). Das Signal kann dann am Einstelleingang beliebig verändert werden - der Ausgangspegel wird nicht beeinflusst. Solange eine auf dem R-Eingang erscheint. Dadurch wird der Trigger auf den Zustand 0 gesetzt (1 am inversen Pin). Eine Änderung des Signals am Reset-Eingang hat keinen Einfluss auf den weiteren Zustand des Elements.
Wichtig! Die Option mit einer logischen 1 an beiden Eingängen ist verboten. Der Auslöser wird auf einen beliebigen Zustand gesetzt. Diese Situation muss beim Entwurf von Schaltungen vermieden werden.
Der RS-Trigger kann mit handelsüblichen I-NE-Elementen mit zwei Eingängen aufgebaut werden. Diese Methode ist sowohl auf konventionellen ICs als auch in programmierbaren Matrizen anwendbar.
Ein oder beide Eingänge können invertiert werden. Dies bedeutet, dass der Trigger an diesen Stiften durch das Auftreten eines niedrigen und nicht eines hohen Pegels gesteuert wird.
Wenn der RS-Trigger mit zwei I-NE-Eingängen ausgestattet ist, werden beide Eingänge invertiert, d. h. durch die Zufuhr einer logischen Null gesteuert.
Es gibt eine Version des RS-Auslösers mit Sperrfunktion. Er hat einen zusätzlichen C-Eingang. Die Umschaltung erfolgt, wenn zwei Bedingungen erfüllt sind:
- Vorhandensein eines hohen Pegels am Set- oder Reset-Eingang;
- Vorhandensein eines Taktsignals.
Ein solches Element wird verwendet, wenn die Schaltzeit verzögert werden muss, z. B. beim Ende von Transienten.
D-Auslöser
Der D-Trigger (transparenter Trigger, Latch) gehört zur Kategorie der synchronen Geräte, die am Eingang C getaktet werden. Er verfügt auch über einen Dateneingang D (Data). Was die Funktionalität betrifft, so gehört das Gerät zur Kategorie der Auslöser mit einem einzigen Eingang.
Solange die logische Eins am Takteingang anliegt, wiederholt das Signal am Ausgang Q das Signal am Dateneingang (Transparenzmodus). Sobald der Strobe-Pegel auf 0 geht, bleibt der Pegel am Ausgang Q so, wie er zum Zeitpunkt des Abfalls war (verriegelt). Auf diese Weise ist es möglich, den Eingangspegel jederzeit am Eingang zu fixieren. Es gibt auch D-Trigger mit Flankentaktung. Sie verriegeln das Signal bei der positiven Flanke des Strobe.
In der Praxis können zwei Arten von bistabilen Bauelementen in einem Chip kombiniert werden. Zum Beispiel, ein D und ein RS Auslöser. In diesem Fall haben die Set/Reset-Eingänge Vorrang. Liegt an ihnen eine logische Null vor, verhält sich das Element wie ein normaler D-Trigger. Wenn mindestens ein Eingang einen hohen Pegel hat, wird der Ausgang auf 0 oder 1 gesetzt, unabhängig von den Signalen an den Eingängen C und D.
Die Transparenz des D-Triggers ist nicht immer eine nützliche Funktion. Um dies zu vermeiden, werden Doppelelemente (Flip-Flop-Trigger) verwendet, die mit den Buchstaben TT bezeichnet werden. Der erste Auslöser ist eine einfache Verriegelung, die es dem Eingangssignal ermöglicht, zum Ausgang zu fließen. Der zweite Auslöser dient als Speicherelement. Beide werden von demselben Gate getaktet.
Die T-Auslöser .
Der T-Trigger ist ein abzählbares bistabiles Element. Die Logik ist einfach: Sie ändert ihren Zustand jedes Mal, wenn der nächste logische Wert an ihrem Eingang anliegt. Wenn ein Impulssignal an den Eingang angelegt wird, ist die Ausgangsfrequenz doppelt so hoch wie die Eingangsfrequenz. Das Signal am inversen Ausgang ist gegenüber dem direkten Ausgang phasenverschoben.
So funktioniert ein asynchroner T-Trigger. Es gibt auch eine synchrone Variante. Wenn ein Impulssignal an den Takteingang angelegt wird und an Pin T eine logische Eins anliegt, verhält sich das Element wie ein asynchrones Element - es teilt die Eingangsfrequenz in der Hälfte. Wenn der T-Pin Null ist, wird der Q-Ausgang unabhängig vom Vorhandensein von Gates auf Low gesetzt.
JK Auslöser .
Dieses bistabile Element gehört zu der universellen Kategorie. Sie kann separat über Eingänge gesteuert werden. Die Logik des JK-Auslösers ist ähnlich wie die des RS-Elements. Der Eingang J (Job) wird verwendet, um den Ausgang auf eins zu setzen. Ein hoher Pegel an Pin K (Keep) setzt den Ausgang auf Null zurück. Der grundlegende Unterschied zum RS-Trigger besteht darin, dass das gleichzeitige Auftreten von Einsen an den beiden Steuereingängen nicht verboten ist. In diesem Fall ändert der Ausgang des Elements seinen Zustand in das Gegenteil.
Wenn die Job- und Keep-Ausgänge verbunden sind, wird der JK-Trigger zu einem asynchronen Zähl-T-Trigger. Wenn ein Mäander auf den kombinierten Eingang angewendet wird, beträgt die Ausgangsfrequenz die Hälfte der Frequenz. Wie beim RS-Element gibt es auch für den JK-Auslöser eine getaktete Version. In der Praxis werden vor allem Gatterelemente dieser Art verwendet.
Praktische Anwendung
Aufgrund ihrer Eigenschaft, Informationen auch dann zu behalten, wenn externe Signale entfernt werden, können Trigger als Speicherzellen mit einer Kapazität von 1 Bit verwendet werden. Eine Matrix kann aus einzelnen Elementen aufgebaut werden, um binäre Zustände zu speichern - nach diesem Prinzip werden statische Direktzugriffsspeicher (SRAM) konstruiert. Eine Besonderheit dieses Speichers ist seine einfache Schaltung, die keine zusätzlichen Steuerungen benötigt. Daher werden diese SRAMs in PLCs und PMs verwendet. Die geringe Schreibdichte behindert jedoch die Verwendung solcher Matrizen in PCs und anderen leistungsstarken Computersystemen.
Die Verwendung von Triggern als Frequenzteiler wurde bereits erwähnt. Bistabile Elemente können zu Ketten verbunden werden, um verschiedene Teilungsfaktoren zu erhalten. Die gleiche Kette kann auch als Impulszähler verwendet werden. Dazu wird der Zustand der Ausgänge der Zwischenelemente zu jedem Zeitpunkt gelesen, um einen Binärcode zu erzeugen, der der Anzahl der am Eingang des ersten Elements ankommenden Impulse entspricht.
Je nach Art der verwendeten Auslöser können die Zähler synchron oder asynchron sein. Das gleiche Prinzip wird bei Konvertern von sequentiellem Code in parallelen Code angewandt, aber hier werden nur Elemente verwendet, die mit einem Gatter versehen werden können. Auch digitale Verzögerungsleitungen und andere binäre Elemente sind auf Triggern aufgebaut.
RS-Trigger werden als Pegelverriegelung (Kontaktprellunterdrücker) eingesetzt. Wenn mechanische Schalter (Taster, Schalter) als Logikpegelquellen verwendet werden, werden durch den Bounce-Effekt bei Betätigung mehrere Signale anstelle eines einzigen gebildet. Dem kann durch den RS-Auslöser erfolgreich entgegengewirkt werden.
Der Anwendungsbereich von bistabilen Geräten ist breit gefächert. Das Spektrum der Aufgaben, die damit gelöst werden können, hängt weitgehend von der Phantasie des Konstrukteurs ab, insbesondere im Bereich der Nicht-Standardlösungen.
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