Trigger är en digital komponent, en bistabil anordning som går in i ett tillstånd och kan förbli i detta tillstånd på obestämd tid även när externa signaler tas bort. Den är uppbyggd av logiska element på första nivån (AND-NE, OR-NE osv.) och hänvisar till logiska enheter på andra nivån.
I praktiken finns utlösare som mikrokretsar i ett separat paket eller som element i stora integrerade kretsar (LSI) eller programmerbara logiska matriser (PLM).
Innehåll
Klassificering och typer av utlösningstidpunkter
Utlösare delas in i två stora klasser
- Asynkron;
- Synkron (klockad).
Den grundläggande skillnaden mellan dem är att i den första kategorin av anordningar ändras nivån på utgångssignalen samtidigt som signalen vid ingången/ingångarna ändras. De synkrona utlösarna ändrar bara tillstånd när det finns en klockningssignal vid den ingång som är avsedd för detta ändamål. En särskild utgång, betecknad med bokstaven C (klocka), finns för detta ändamål. Synkrona element delas in i två klasser beroende på typ av styrning:
- dynamisk;
- statisk.
I den första typen ändras utgångsnivån beroende på konfigurationen av ingångssignalerna vid den tidpunkt då den stigande (ledande) eller fallande (fallande) kanten av klockpulsen inträffar (beroende på den särskilda typen av utlösare). Alla signaler kan matas in till ingångarna mellan de synliga flankerna (decays), men utlösningstillståndet ändras inte. Den andra ändrar inte nivån, men en signal på en eller noll vid Clock-ingången är ett tecken på klockning. Det finns också komplexa utlösningsanordningar, som klassificeras enligt följande:
- Antalet stabila tillstånd (3 och fler, jämfört med 2 för grundämnen);
- Antal nivåer (även fler än 3);
- Andra egenskaper.
Komplexa element är av begränsad nytta i specifika anordningar.
Typer av utlösare och hur de fungerar
Det finns flera grundläggande typer av utlösare. Innan skillnaderna förklaras är det värt att notera en gemensam nämnare: utgången för varje enhet sätts till ett godtyckligt tillstånd när strömmen sätts på. Om detta är avgörande för kretsens totala funktion måste förinställningskretsar finnas. I det enklaste fallet är detta en RC-krets som genererar signalen för inställning av det initiala tillståndet.
RS utlösare
Den vanligaste typen av asynkron bistabil anordning är RS-triggern. Det kallas för en utlösare med separat inställning av tillstånden 0 och 1. Det finns två ingångar för detta:
- S - inställd;
- R - återställs.
Den har en direkt utgång Q och kan också vara inverterad Q1. Den logiska nivån på denna utgång är alltid motsatt den för Q, vilket är användbart när du utformar kretsar.
Om en positiv nivå läggs på ingång S kommer utgången Q att sättas till logisk 1 (om det finns en omvänd utgång kommer den att gå till nivå 0). Signalen kan då ändras som önskat vid inställningsingången - utgångsnivån påverkas inte. Så länge som en visas på R-ingången. Detta ställer in utlösaren på status 0 (1 på den omvända pinnen). Att ändra signalen vid återställningsingången har ingen effekt på elementets fortsatta tillstånd.
Viktigt! Alternativet med logisk 1 på båda ingångarna är förbjudet. Utlösaren kommer att sättas till ett godtyckligt tillstånd. Denna situation måste undvikas när man utformar kretsar.
RS-Trigger kan byggas med vanligt förekommande I-NE-element med dubbla ingångar. Denna metod är möjlig att använda på konventionella integrerade kretsar och i programmerbara matriser.
En eller båda ingångarna kan vara inverterade. Detta innebär att utlösningen på dessa stift styrs av en låg snarare än en hög nivå.
Om RS-triggern är byggd med I-NE-element med dubbla ingångar kommer båda ingångarna att vara inverterade - styrda av logisk noll.
Det finns en skyddad version av RS-triggern. Den har ytterligare en C-inmatning. Växling sker om två villkor är uppfyllda:
- Förekomst av en hög nivå vid Set- eller Reset-ingången;
- Förekomst av en klocksignal.
Ett sådant element används när kopplingstiden måste fördröjas, till exempel vid slutet av transienter.
D-utlösare
D-triggern (transparent trigger, latch) tillhör kategorin synkrona enheter, som klockas på ingång C. Den har också en dataingång D (Data). När det gäller funktionalitet tillhör enheten kategorin triggers med en enda ingång.
Så länge som logisk ett finns vid klockingången upprepar signalen vid utgång Q signalen vid dataingången (transparensläge). Så snart strobe-nivån går till 0 förblir nivån vid utgång Q densamma som den var vid tidpunkten för nedgången (latched). På detta sätt är det möjligt att låsa inmatningsnivån till ingången när som helst. Det finns också D-triggers som är kanttriggade. De låser signalen vid den positiva kanten av strobe.
I praktiken kan två typer av bistabila enheter kombineras i ett chip. Till exempel en D- och en RS-utlösare. I detta fall prioriteras ingångarna Set/Reset. Om en logisk nolla finns på dem beter sig elementet som en normal D-trigger. Om minst en av ingångarna har en hög nivå sätts utgången till 0 eller 1 oavsett signalerna på ingångarna C och D.
D-triggerns öppenhet är inte alltid en användbar funktion. För att undvika detta används dubbla element (flip-flop-utlösare) som betecknas med bokstäverna TT. Den första utlösaren är en enkel latch som tillåter att ingångssignalen går till utgången. Den andra utlösaren fungerar som ett minneselement. Båda klockas av samma grind.
T-utlösare .
T-triggern är ett räkningsbart bistabilt element. Logiken bakom den är enkel, den ändrar tillstånd varje gång en ny logisk ettan läggs på dess ingång. Om en pulssignal läggs på dess ingång blir utgångsfrekvensen dubbelt så hög som ingångsfrekvensen. Signalen vid den inversa utgången kommer att vara ofasad i förhållande till den direkta utgången.
Så här fungerar en asynkron T-trigger. Det finns också en synkron variant. När en pulssignal läggs på klockingången och en logisk ettan finns på stift T, beter sig elementet på samma sätt som ett asynkront element - det delar den ingående frekvensen i hälften. Om T-stiftet är noll sätts Q-utgången till låg oavsett om det finns grindar eller inte.
JK-triggar .
Detta bistabila element tillhör den universella kategorin. Den kan styras separat av ingångar. Logiken för JK-utlösaren liknar logiken för RS-elementet. Ingången J (Job) används för att ställa in utgången till ett. En hög nivå på stift K (Keep) återställer utgången till noll. Den grundläggande skillnaden mot RS-triggern är att det inte är förbjudet att samtidigt få ettor på de två styringskanalerna. I detta fall ändrar elementets utgång sitt tillstånd till motsatsen.
Om Job- och Keep-utgångarna är anslutna blir JK-triggern en asynkron räknande T-trigger. När en meander appliceras på den kombinerade ingången kommer utgången att vara halva frekvensen. Precis som för RS-elementet finns det en klockad version av JK-triggern. I praktiken är det främst sådana element som används.
Praktisk tillämpning
På grund av deras förmåga att behålla information även när externa signaler tas bort kan triggers användas som minnesceller med en kapacitet på 1 bit. En matris kan konstrueras från enskilda element för att lagra binära tillstånd - detta är den princip som används för att konstruera statiska minnen med slumpmässig åtkomst (SRAM). En speciell egenskap hos detta minne är dess enkla kretsar som inte kräver några extra styrenheter. Därför används dessa SRAM i PLC:er och PM:er. Men den låga skrivtätheten hindrar användningen av sådana matriser i datorer och andra kraftfulla datorsystem.
Användningen av triggers som frekvensdelare har nämnts ovan. Bistabila element kan anslutas till kedjor för att få olika delningsfaktorer. Samma kedja kan också användas som pulsräknare. Detta görs genom att läsa av tillståndet för utgångarna från de mellanliggande elementen vid varje tidpunkt för att producera en binär kod som motsvarar antalet pulser som anländer till det första elementets ingång.
Beroende på vilken typ av utlösare som används kan räknarna vara synkrona eller asynkrona. Samma princip används för konverterare av sekventiell kod till parallell kod, men här används endast element som kan vara gated. Digitala fördröjningslinjer och andra binära element bygger också på triggers.
RS-utlösare används som nivålås (kontaktborttagningsdämpare). Om mekaniska brytare (tryckknappar, strömbrytare) används som logiska nivåkällor kommer en studseffekt att skapa flera signaler i stället för en när man trycker på dem. Detta kan motverkas med hjälp av RS-triggern.
Användningsområdet för bistabila enheter är brett. De olika uppgifter som kan lösas med dem beror till stor del på konstruktörens fantasi, särskilt när det gäller icke-standardiserade lösningar.
Relaterade artiklar:
