Триггер — понятие и классификация
Содержание
Для выполнения логических операций применяют двоичную систему счисления. На ее основе функционируют автоматизированные блоки защиты сетей питания и суперкомпьютеры, выполняющие расчеты прогноза погоды. Триггер – это типовой компонент простых и сложных контрольных, управляющих, вычислительных систем. Устройства данной категории поддерживают определенное состояние (0 или 1), которое изменяется при соответствующей комбинации входных сигналов. С применением специального механизма сбрасывает «память» в исходное или неопределенное состояние.
Симметричный триггер, собранный по типовой схеме на биполярных транзисторах
В этой публикации, кроме разновидностей триггеров, рассмотрено аппаратное и программное обеспечение. Примеры типовых схемотехнических решений пригодятся для создания работоспособных конструкций собственными руками.
История
Функциональный триггер можно создать из обычного реле с электромеханическим приводом. Установив нужным образом контакты управляющей цепи, обеспечивают включение силовой группы после определенной комбинации входных сигналов. Отдельной клавишей выполняют сброс.
Схема RS триггера на одном реле
Электронные аналоги были собраны в начале прошлого века из ламповых приборов. Действующие схемы впервые опубликованы российскими и английскими учеными в 1918-20 гг. Позднее стали применять полупроводниковые транзисторы. В наши дни соответствующие устройства создают с применением микроэлектронных технологий.
Определения
С учетом чрезмерного разнообразия следует уточнить применяемую терминологию. В следующем перечне приведены корректные ответы на вопрос, что такое триггер (trigger):
- устройство для записи (хранения) данных, поддерживающее два равновесных состояния;
- базовая ячейка памяти;
- переключающий элемент с несколькими положениями сохранения устойчивости;
- логический компонент, способный переходить в состояние «1» или «0» с прямым и обратным (инверсным) выходом.
Классификация
Изделия этой категории разделены на две основные группы по принципу сигналов управления. В первой – формируется заданная последовательность выходных сигналов, если установлено состояние «1». После переходе в «0» генерация прекращается. Вторая – способна переключать выходное напряжение соответствующим образом. Как правило, «1» примерно соответствует уровню источника питания.
Также триггеры различают по следующим параметрам:
- синхронность рабочих циклов;
- статические (динамические) способы управления;
- сложность логических схем;
- одно,- или двухступенчатые.
Триггеры на логических элементах и на операционном усилителе
Для реализации статических триггеров хорошо подходит схема усилителя с двумя каскадами. Связь между ними организуют прямую либо с ограничительными резисторами в соответствующих цепях.
Триггер на логических элементах
Триггер (Trigger) Шмитта
Изделия этой категории могут быть созданы с применением разной элементной базы. В данном разделе рассмотрен триггер Шмитта на транзисторах. Он управляется изменением аналогового сигнала. В зависимости от уровня напряжения, выполняется переключение состояния памяти в соответствующее положение «0» или «1».
Триггер Шмидта на транзисторах с подключенной нагрузкой
Триггер что это такое
Общие принципы запоминающих элементов представлены выше. Триггером называется устройство, способное поддерживать 2 или больше устойчивых состояния, которые меняются под воздействием входных сигналов. Фактически речь о способе хранения минимального количества информации – 1 бит.
Любой триггерный автомат состоит из двух основных блоков. Первый – предназначен для сравнения или другого вида обработки входных сигналов. Второй – обеспечивает хранение данных и отображение состояния соответствующими выходными сигналами:
- «1» – высокий уровень, прямой, Q;
- «0» – низкое напряжение, обратный (инверторный), /Q.
Как правило, между функциональными блоками организована обратная связь. Входные сигналы также делят на группы:
- информационные – R, T, S;
- управляющие – V, C.
Типы триггеров
В следующих разделах представлены принципы функционирования стандартных устройств. Они могут работать автономно либо в различных комбинациях. Сочетания триггеров в электронике применяют для построения сложных логических схем.
Что такое trigger RS типа
Эти элементы делят на группы по способам управления. Для удобства здесь и далее пояснения сделаны с помощью логических компонентов. При необходимости можно собрать аналогичный триггер на реле или транзисторах.
RS-триггер асинхронный
Работоспособную схему можно собрать из двух типовых элементов «И-НЕ».
Схемотехника, таблица состояний, графики сигналов
RS-триггер синхронный
В этой схеме при подаче «1» на С устройство обеспечивает режим «прозрачности». Изменения на входах R и S с минимальной внутренней задержкой отображаются в промежуточных точках /R и /S. После установки управляющего сигнала «0» включается хранение данных.
Переключение состояний происходит только при наличии управляющего (тактового) сигнала
D-триггеры
Устройства этой категории отличаются временной задержкой рабочего цикла.
D-триггер синхронный
На графиках работы видно, что изменение выходного сигнала происходит только при наличии «1» на входе С. Данные сохраняются в неизменном состоянии до поступления следующего импульса синхронизации. В этом цикле обеспечивается беспрепятственная проводимость данных.
Эти устройства имеют отдельный вход для информационных сигналов
D-триггер двухступенчатый
Как и в предыдущем примере, здесь используется один канал поступления данных – D. На схеме показано, как создано более сложное устройство из двух одноступенчатых блоков.
Двухступенчатая «защелка» с управлением синхроимпульсом
T-триггеры
Эти устройства выполняют функции элементарных счетчиков.
Т-триггер асинхронный
Реализация счетчика на элементах «И-НЕ»
T-триггер синхронный
Такие устройства подходят для двукратного уменьшения частоты. На картинке показаны счетчики, собранные на базе триггеров RS и D типа.
Один выходной сигнал формируется на каждые два синхроимпульса
JK-триггер
Рабочие циклы этого устройства аналогичны рассмотренному выше триггеру типа RS. Главное отличие – изменение выходного сигнала на противоположное значение (инверсия) выходного сигнала после подачи «1» на K и J одновременно. Следует подчеркнуть отсутствие запрещенных комбинаций в информационных каналах.
Схема, собранная на элементах «И-НЕ»
Синхронные и асинхронные триггеры
Эти группы созданы по принципу зависимости состояний выхода от синхроимпульсов.
Асинхронные триггеры
Изделия данного типа изменяют состояние хранящейся информации после поступления соответствующих данных на вход. Незначительная задержка объясняется временем прохождения сигнала по цепи переключающих элементов схемы.
Синхронные триггеры с динамическим тактированием
В этой группе представлены изделия, управляемые синхроимпульсами. Переключение состояния выполняется по переднему или заднему фронту. При отсутствии активности на C данные сохраняются в неизменном состоянии, вне зависимости от поступления новой информации.
Троичные триггеры
Троичный триггер на транзисторах
Четверичные триггеры
По аналогии с предыдущим примером выполняют расчет более сложных схем.
Из двухтактных D-триггеров можно создать регистры сдвига с четырьмя и большим количеством разрядов
Триггеры с любым числом устойчивых состояний
Для улучшения количественных показателей при обработке информации применяют не только механическое увеличение числа логических элементов. Также используют различные комбинации управляющих сигналов.
Физические реализации триггеров
Базовый элемент создают из полупроводниковых приборов, используя современные технологические процессы для миниатюризации функциональных изделий.
Логический элемент на МОП транзисторах
Триггеры с тиристорами
Для повышения мощности подключаемой нагрузки можно собрать триггер с применением тиристоров. К управляющему электроду присоединяют вход S, к затвору – R. Для поддержания постоянного напряжения на аноде подойдет транзистор, включенный в соответствующую цепь.
Триггеры на релейно-контакторной базе
Несмотря на общие тенденции миниатюризации, вполне допустимо создать функциональный триггер из реле. Подобные решения, в частности, применяют для защиты цепей питания при включении мощных электроприводов.
Преимущества применения триггерных схем логики
Выяснив, что значит триггер, несложно использовать полученные знания для решения практических задач. С помощью логических элементов:
- автоматизируют работу систем освещения;
- обеспечивают безопасное подключение станков и других мощных нагрузок;
- предотвращают опасные режимы с использованием сигналов от внешних датчиков.
Для создания качественного устройства на основе триггеров рекомендуется в комплексе использовать представленную информацию. Следует учесть условия реальной эксплуатации, чтобы выбрать подходящие функциональные компоненты конструкции.
