Возможности
Также важным отличием данных моделей является то, что в них устранена неопределенность, которая может возникнуть в случае, если входные сигналы будут поданы в определённой комбинации. Также существенным преимуществом является тот факт, что они могут выполнять функционал T-, D- и RS-триггеров. Комбинированный тип имеет дополнительные асинхронные входы, которые используются для предварительной установки приборов в определённое состояние. Примитивный JK можно получить из RS, у которого есть динамическое управление. Для этого необходимо его дополнить обратными связями с выходов на входы. Для получения Т-триггера необходимо на входы подать уровень напряжения, который установит логическую единицу.
В каких состояниях может быть главный герой статьи? Существует два принципа действий: асинхронный и синхронный. Во время первого происходит обмен данных независимо от входов. Синхронный JK-триггер действует одновременно, и из-за требований он является основным используемым элементом.
D-триггер с работой по уровню (защелка) и по фронту
D-триггер получил название от английского слова «delay» — задержка, которая реализуется подачей сигналов на вход синхронизации. В раннее рассмотренном RS-триггере было два входных сигнала, но для передачи двоичного кода достаточно одного входа с разными уровнями напряжения: высокий (1) и низкий (0). На два входа нельзя было подавать единицу одновременно, поэтому в D триггере эти входы объединены с помощью инвертора (рисунок 1 а), что исключает возможность возникновения запрещенного состояния.
Рисунок 1 – а) усовершенствованная схема RS-триггера б) графическое изображение D-триггера
Триггер D может работать по уровню сигнала, он еще называется защелка. В таком устройстве нужно ограничивать длительность синхронизирующего сигнала, потому что пока синхросигнал подается — переходной процесс со входа поступает на выход.
Схема зещелки собранная на логических элементах 2ИЛИ-НЕ (синий провод – логический ноль, красный – единица):
Временная диаграмма работы:
Триггер-защелка включается в работу только по синхросигналу. Когда на С логический ноль, то выход Q хранит прошлое записанное в него состояние, при этом уровень напряжения на входе D никак не может на него повлиять. Если подать «1» на вход синхронизации, то устройство будет работать в режиме «прозрачности» — выходной сигнал мгновенно повторяет сигнал входа. Но при отключении синхросигнала в памяти триггера останется последнее состояние входа и именно оно будет на Q. То есть получается «защелкнутый входной сигнал».
Исходя из описанного принципа работы, составим таблицу истинности:
Х означает, что состояние не имеет значения, иногда обозначают, как «тильда»
D-триггер, работающий по фронту, не требует контроля длительности синхронизирующего (тактового) сигнала, потому что фронт сигнала С проходит практически мгновенно (не может длиться продолжительное время). Триггер, который будет запоминать информацию лишь по фронту синхросигнала, можно построить из двух D-триггеров, тактовый сигнал на которые будет подаваться в противофазе:
Соответственно, схему на логических элементах можно сконструировать с помощью четырех ИЛИ-НЕ и одного инверсного блока:
На рисунке 2 (анимации) в правом верхнем углу для упрощения восприятия, на первом кадре написана цифра «1». Начиная рассматривать с этого кадра, будет проще проследить принцип работы (синий цвет – «0», красный – «1»).
Временная диаграмма Д-триггера, работающего по фронту
Рассмотрим принцип работы. Q’ – выход первого триггера, Q – второго. Так как тактовый сигнал на первый и второй вход подаются инверсировано, то когда один находится в режиме хранения, другой пропускает информацию со входа на выход. По диаграмме видно, что значение на выходе триггера Q изменится только по спадающему фронту синхронизирующего (тактового) сигнала С. То есть значение на Q будет соответствовать величине напряжения на входе D в момент изменения синхросигнала с 1 на 0.
Так как данное устройство состоит из двух более простых устройств, то условное его обозначение следующее:
Где ТТ означает наличие в строении двух простых триггеров, а «треугольник» около входа С – работу триггера по фронту сигнала.
Недостаточно прав для комментирования
Принцип работы RS триггера
Система, представленная выше, при помощи электромагнитных реле иллюстрирует работу триггера на элементах ИЛИ-НЕ. Однако в современных схемах электромеханические приборы давным-давно не используются, сейчас они собираются из электронных логических элементов на транзисторах, заключенных внутри интегральных микросхем. К тому же для их реализации можно использовать различные базисы. Пример схемы RS триггера на элементах И-НЕ, охваченных положительной обратной связью.
Допустим, что на оба входа R и S подаются единицы. Если верхний элемент И-НЕ выдаст на прямой выход Q логический 0, благодаря положительной обратной связи он поступит на свободный вход нижнего элемента, вследствие чего тот выдаст на инверсном выходе единицу (1). В свою очередь, эта 1 по обратной связи поступает на вход верхнего элемента, тем самым подтверждая 0 на выходе Q. Если же на прямом выходе изначально находится 1, то инверсный, соответственно, выдаст 0, который подтвердит 1 на выходе Q.
Транзисторная схема RS триггера
При подаче на S-вход 0, согласно логической функции И-НЕ, на прямом выходе Q возникнет 1, а на инверсном – 0. Если при этом на вход S снова подать 1, состояние триггера не изменится, так как по таблице истинности И-НЕ при подаче на входы элемента комбинации 0 и 1 либо 0 и 0, на выходе всегда будет 1. Таким образом, триггерная схема сохраняет полученное значение неизменным. Сбросить значение Q обратно в 0 можно, только подав сигнал на сбрасывающий вход R. Практически работу RS триггера можно пронаблюдать, собрав такую схему на транзисторах.
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-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-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»
Назначение, схема и принцип работы JK-триггер
Главная Избранные Случайная статья Познавательные Новые добавления Обратная связь FAQ
⇐ ПредыдущаяСтр 6 из 9Следующая ⇒
JK-триггер с дополнительными асинхронными инверсными входами S и R
| J | K | Q(t) | Q(t+1) |
JK-триггер работает так же как RS-триггер, с одним лишь исключением: при подаче логической единицы на оба входа J и K состояние выхода триггера изменяется на противоположное. Вход J (от англ. Jump
— прыжок) аналогичен входуS у RS-триггера. Вход K (от англ. Kill — убить) аналогичен входуR у RS-триггера. При подаче единицы на вход J и нуля на вход K выходное состояние триггера становится равным логической единице. А при подаче единицы на вход K и нуля на вход J выходное состояние триггера становится равным логическому нулю. JK-триггер в отличие от RS-триггера не имеет запрещённых состояний на основных входах, однако это никак не помогает при нарушении правил разработки логических схем. На практике применяются только синхронные JK-триггеры, то есть состояния основных входов J и Kучитываются только в момент тактирования, например по положительному фронтуимпульса на входе синхронизации. На базе JK-триггера возможно построить D-триггер или Т-триггер. Как можно видеть в таблице истинности JK-триггера, он переходит в инверсное состояние каждый раз при одновременной подаче на входы J и Kлогической 1. Это свойство позволяет создать на базе JK-триггера Т-триггер, объединив входы J и К.
Алгоритм функционирования JK-триггера можно представить формулой
Условное графическое обозначение JK-триггера со статическим входом С
Назначение, схема и принцип работы счетчиков импульсов.
Электронный счетчик импульсов предназначен для подсчета количества импульсов, поступающих с измерительных датчиков на счетные входы (или один счетный вход) счетчика импульсов и пересчета их в требуемые физические единицы измерения путем умножения на заданный множитель (например, в метры, литры, штуки, килограммы и т. д.); подсчета суммарной выработки за смену, сутки, неделю, месяц и т. д.; управления исполнительными механизмами одним или несколькими дискретными выходами (чаще всего, в счетчиках импульсов в качестве дискретного выхода используется реле или оптопара).
Как правило, в качестве датчика применяется механический прерыватель илииндуктивный датчик (бесконтактный датчик) или энкодер.
Электронные счетчики импульсов могут иметь высокую степень защиты IP (степень защиты оболочки) от пыли и воды (например, IP65).
Счетчик импульсов (некоторые модели) может иметь встроенную функцию тахометра илирасходомера.
Электронные счетчики импульсов сохраняют результат измерений при исчезновении напряжения питания в течение неограниченного периода времени в энергонезависимой памяти (EEPROM). После возврата напряжения питания счет импульсов продолжается, начиная с сохраненного значения; некоторые модели счетчиков импульсов индицируют факт пропадания напряжения питания во время работы.
Некоторые модели имеют интерфейс для подключения к сети или компьютеру (например, RS485, RS232, CAN), а также аналоговый выход ЦАП, который может быть использован как для передачи информации другим контрольно-измерительным приборам управления исполнительными механизмами (например, электроприводом).
Кроме того, счётчики импульсов классифицируют по направлению счета (режиму работы):
суммирующие счетчики импульсов;
вычитающие счетчики импульсов;
реверсивные счетчики импульсов.
Импульсы от энкодера с определением направления вращения
Реверсивные счетчики импульсов чаще всего используются при работе с 2-х канальнымиэнкодерами или с двумя индуктивными датчиками, при этом:
автоматически счетчиком импульсов определяется направление вращения энкодера;
происходит увеличение в 4 раза разрешающей способности энкодера, то есть 1 полный импульс c энкодера счетчик импульсов превращает в 4 инкремента (см. рис. поясняющий работу счетчика импульсов в реверсивном режиме).
⇐ Предыдущая6Следующая ⇒
Как работает D-триггер
Входы D-триггера разделяются на информационные (управляющие) и вспомогательные. Последние предназначены синхронизировать работу устройства. Первые устанавливают на входе определённую комбинацию двоичных чисел, которая будет учитываться при формировании выходного сигнала. Управляет логикой работы тактовый сигнал. Именно он определяет момент срабатывания триггера, а от его характеристик зависит состояние выходного сигнала.
D-триггер называют еще триггером задержки, поскольку он способен задерживать входной информационный сигнал на один такт. Время задержки определяется частотой импульсов синхронизации. Если информационный сигнал изменится, то выходной повторит его изменение, но лишь после того как тактовый сигнал примет значение, равное единице. Пока его значение будет оставаться нулевым, сигнал на выходе меняться не будет.
Работа любого D-триггера отражается в таблице истинности. Как видим, таблица истинности статического D-триггера достаточно простая. Она показывает, что нулевое значение управляющего сигнала обеспечивает хранение предыдущего значения сигнала на выходе на протяжении любого нужного периода времени. На практике речь идёт о том времени, когда к устройству подключено электропитание.
В представленной таблице истинности приведена информация о срабатывании D-триггера при значении C = 1. На практике применяется ещё один вариант, когда срабатывание происходит по переднему фронту импульса. То есть, выходное значение становится равным входному в тот момент, когда значение управляющего импульса меняется с нуля на 1. Логический элемент, в котором используется управление по уровню напряжения, называется статический D-триггер, а по фронту — динамический.
Когда применяется управление по фронту, срабатывание происходит при изменении управляющего значения. Может применяться два варианта — по переднему фронту или по заднему. При использовании первого варианта значение меняется с 0 на 1, второго — с 1 на 0.
Помимо таблицы, для описания работы логических элементов используются еще временные диаграммы.
Как реализованы функции JK-триггера
JK-тригер описание и схема которого были представлены выше, собран на основе четырех элементов И-НЕ. На вход каждого из них поступают двоичные значения, которые преобразуются по закону конъюнкции. Это электронное устройство имеет относительно несложную схему, работающую на основании простых логических операций. Использование входа C позволяет рассматривать ситуацию для значений, которые подаются на вход или получаются с выхода в последовательные моменты времени. Последние обозначаются латинской буквой «n». Таким образом, в момент t (n) на выходе будет значение Q(n), а в следующий — Q(n+1).
Далее рассмотрим принцип работы универсального JK-триггера для каждой из возможных ситуаций. Для удобства описания использования микросхем И-НЕ они будут пронумерованы. Микросхема слева вверху схемы обозначена D1. Та, что под ней — D2. Находящаяся справа вверху — D3, справа внизу — D4.
На J и K нулевые значения
В этом случае на первых двух микросхемах применение логического элемента И приведёт к получению нуля, но поскольку нужно брать дополнительное значение, будет образована единица на обеих микросхемах.
Так как выходное значение от Q и от отрицания Q будет подано на вход микросхем D3 и D4 (значение в момент времени n), то элемент И вместе с логической единицей просто передаст на выход это значение.
При этом необходимо учитывать, что значение отрицания Q будет подано на микросхему для формирования Q и наоборот. После этого на выходе микросхемы будет применено НЕ, которое сохранит прежнее значение. Таким образом, комбинация J = K = 0 приведёт к сохранению прежнего значения. Нужно помнить, что работа в соответствии с указанным алгоритмом возможна лишь в момент поступления отрицательного фронта сигнала на C. На протяжении остального времени ничего происходить не будет.
На J и K единичные значения
Если Q = 0, то отрицание Q будет равняться 1. Если на вход элемента D1 будет подано J = 1 и отрицание Q, тогда на выходе D1 сформируется ноль. С учетом того, что на входе D3 имеется логический 0, на выходе будет получена единица как результат функционирования элемента И-НЕ. Следовательно, в момент времени n + 1 сформируется инвертированное значение.
Для D2 и D4 значения находят аналогичным образом в соответствии с таблицей истинности JK-триггера.
J и K имеют противоположные значения
Если J = 1 и K = 0, то на вход D1 поступят сигналы J = 1 и отрицание Q. Результатом логического И станет отрицание Q. После инвертирования значение приобретает Q. На вход D3 поступят одновременно Q и отрицание Q. Поэтому результатом логического И всегда будет ноль. Этот результат не зависит от предыдущего значения отрицания Q.
В случае, когда J = 0, K = 1 аналогичным образом можно убедиться, что Q = 0.
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.
Осциллограф — понятие и конструкция прибора
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.
К сведению. Рабочие циклы описывают в табличной форме, которая наглядно показывает состояние памяти при разных комбинациях входных сигналов.
Устройство триггера
Триггер по своей схемотехнике очень похож на простейшее электронное устройство — мультивибратор. Но в отличие от него, он имеет два устойчивых положения. Эти состояния обеспечиваются изменениями входного сигнала при достижении им определённого значения. Переход из одного положения в другое называют перебросом. В результате на выходе логического элемента возникает скачок напряжения, форма которого зависит от скорости процессов, проходящих в радиоприборах.
Наибольшее применение получил триггер, работающий на транзисторах. Связанно это со способностью последних работать в ключевом режиме. Биполярный транзистор — это полупроводниковый прибор, имеющий три вывода. Эти электроды называются:
- эмиттер;
- база;
- коллектор.
В грубом приближении транзистор представляет собой два диода, объединённых электрической связью. Состоит он из двух p-n переходов. Название биполярный элемент получил из-за того, что одновременно в нём используются два типа носителей заряда. В триггерных схемах транзистор работает в режиме ключа, суть которого заключается в управлении силой тока коллектора путём изменения значения на базе. При этом коллекторный ток по своей величине превышает базовый.
При таком включении важны лишь токи, а напряжения особой роли не играют. Поэтому при возникновении определённого тока на базе транзистор открывается и пропускает через себя сигнал. Сигнал на коллекторе полупроводникового прибора будет обратным по входному знаку, то есть инвертированным. А значит, когда на базовом выходе будет присутствовать разность потенциалов, на коллекторном она будет равна нулю, и наоборот.
Триггер типа MS
Рассмотрим принцип построения двухступенчатого триггера, который называют также триггером типа MS (от англ. master, slave, что переводят обычно как «ведущий» и «ведомый»). Его упрощенная структурная схема приведена на рис. 3.60. В схеме имеются два одноступенчатых триггера (ведущий М и ведомый S) и два электронных ключа (Кл1 и Кл2).
рис. 3.60
Временная диаграмма сигнала синхронизации, поясняющая работу триггера, приведена на рис. 3.61.
рис. 3.61
Рассмотрим ряд временных интервалов указанной диаграммы:
t < ta — ведущий триггер отключен от информационных входов, ведомый триггер подключен к ведущему;
ta < t < tb — ведущий триггер отключен от информационных входов, ведомый триггер отключен от ведущего;
tb < t < tc — ведущий триггер подключен к информационным входам, ведомый триггер отключен от ведущего. В ведущий триггер записывается информация, поданная на входы;
tc < t < td — ведущий триггер отключен от информационных входов, ведомый триггер отключен от ведущего;
td < t — ведущий триггер отключен от информационных входов, ведомый триггер подключен к ведущему, информация из ведущего триггера переписывается в ведомый. Это происходит сразу после момента времени td и означает, что фактически двухступенчатый триггер срабатывает при изменении сигнала синхронизации от 1 к 0. При этом выходные сигналы определяются теми входными информационными сигналами, которые имели место непосредственно перед отрицательным фронтом сигнала синхронизации.
4.4. Триггеры
Триггер
– это устройство с двумя устойчивыми состояниями, одно из которых – логический нуль, другое – логическая единица. Эти состояния триггера при бесперебойном питании и при отсутствии существенных помех и наводок могут сохраняться сколь угодно долго. Под действием управляющих сигналов триггер способен переключаться из одного состояния в другое. Основноеназначение триггера – хранение двоичной информации. Например, в персональных компьютерах на триггерах собрана кэш-память первого и второго уровней.
Триггер, в отличие от комбинационных схем, относится к новому виду цифровых устройств – цифровым автоматам
. Цифровые автоматы, кроме комбинационных схем, содержат элементы памяти. Если выходные сигналы цифрового автомата зависят как от входных сигналов, так и от состояния запоминающего устройства, то такие автоматы называют автоматами Мили. Если выходные сигналы определяются только состояниями запоминающего устройства, то получим автомат Мура.
Различают несколько разновидностей триггеров: RS
-триггер,D -триггер,JK -триггер. Реже используютсяDV -триггер иТ -триггер. Если для изменения состояния триггера используется синхронизирующий сигнал, то триггер называетсясинхронным (синхронизируемым). Если синхронизирующие сигналы не используются, то триггер называетсяасинхронным .
Например, в простейшем асинхронном RS- триггере
использованы схемы ИЛИ-НЕ (стрелка Пирса) с перекрестными обратными связями (рис. 4.21). Здесь использованы следующие обозначения:R – вход установки триггера в 0;S – вход установки триггера в 1;Q – прямой выход триггера; – вспомогательный (инверсный) выход триггера, сигнал на котором инвертирован относительно прямого выхода. Такие же обозначения используются для наименованиясигналов на соответствующих контактах триггера.
Рассмотрим работу RS
-триггера. Пусть в нулевой момент времени при нулевых сигналах на входахR иS на триггер подано напряжение питания. Однако на выходах триггера в этот момент времени оба выходных сигнала будут равны нулю:
Мгновенно эти сигналы увеличиться не могут, так как в реальных схемах всегда имеются паразитные емкости, а напряжение на конденсаторе скачкообразно измениться не может. Из свойств элемента ИЛИ-НЕ следует, что при нулевых сигналах на его входах напряжение на его выходе должно возрастать до значения логической единицы.
На практике из-за не идентичности двух элементов ИЛИ-НЕ на одном из выходов (Q или ) напряжение возрастает быстрее.
Пусть более быстро напряжение возрастает на выходе Q. Это напряжение поступает на второй логический элемент и начинает уменьшать напряжение на его выходе , устремляя его к нулю. В свою очередь, уменьшающееся напряжение на выходе , попадая на первый логический элемент, еще более ускоряет увеличение напряжения на выходе Q. Таким образом, благодаря положительной обратной связи быстро устанавливается единичное состояние триггера:
Q =
1;= 0.
Подавая на вход R
логическую единицу приS = 0 и используя свойства схемы ИЛИ-НЕ, получим:
Q
= 0; = 1.
Так производится операция установки триггера в нулевое состояние. Если после этого сигнал на входе R
сделать равным 0, то новое состояние триггера сохраняется.
При подаче единицы на вход S
и приR = 0 триггер устанавливается в единичное состояние:
Q
= 1.
Если R =S = 1, то на обоих выходах,Q и , возникают нули, что противоречит определению выходов триггера. Такая комбинация управляющих сигналовзапрещена (после этого работоспо собность триггера не теряется). Таблица состоянийRS —триггера приведена на рис. 4.22.
При хранении состояние триггера в данный момент времени определяется его состоянием в предыдущий момент времени:
где n
– номер временного отсчета. Условное обозначениеRS -триггера приведено на рис. 4.23.
Рассмотренный RS-
триггер при наличии помех часто работает ненадежно. Например, короткие импульсные помехи, попадающие наR — илиS -входы, могут изменить состояние триггера. Для повышения помехоустойчивости и для устранения «состязаний» используютсинхронныйRS-триггер, схема и условное обозначение которого приведены на рис. 4.24,а,б соответственно.
Состояние синхронного триггера может измениться только при установлении логической единицы на входе синхронизации С. В этом случае элементы И «открываются», и управляющие сигналы поступают на входы асинхронного триггера. Такая синхронизация называется статической
.
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.
