En trigger är en del av digital teknik, en bistabil enhet som växlar till ett av tillstånden och kan stanna i den på obestämd tid även när externa signaler tas bort. Den är byggd av logiska element från den första nivån (AND-NOT, OR-NOT, etc.) och tillhör de logiska enheterna på den andra nivån.
I praktiken produceras flip-flops i form av mikrokretsar i ett separat paket eller ingår som element i stora integrerade kretsar (LSI) eller programmerbara logiska arrayer (PLM).
Innehåll
Klassificering och typer av triggersynkronisering
Triggers delas in i två breda klasser:
- asynkron;
- synkron (klockad).
Den grundläggande skillnaden mellan dem är att för den första kategorin enheter ändras utsignalnivån samtidigt med förändringen i signalen vid ingången (ingångarna).För synkrona utlösare sker en tillståndsändring endast om det finns en synkroniseringssignal (klocka, stroboskop) vid ingången som tillhandahålls för detta. För detta tillhandahålls en speciell utgång, betecknad med bokstaven C (klocka). Beroende på typen av grind är synkrona element indelade i två klasser:
- dynamisk;
- statisk.
För den första typen ändras utgångsnivån beroende på konfigurationen av ingångssignalerna vid tidpunkten för framträdandet av fronten (framkanten) eller fallet av klockpulsen (beroende på den specifika typen av trigger). Mellan utseendet på synkroniseringsfronter (sluttningar) kan alla signaler appliceras på ingångarna, triggerns tillstånd kommer inte att ändras. I det andra alternativet är tecknet på klockning inte en förändring i nivå, utan närvaron av en eller noll vid klockingången. Det finns också komplexa triggerenheter klassificerade efter:
- antalet stabila tillstånd (3 eller fler, i motsats till 2 för huvudelementen);
- antalet nivåer (också fler än 3);
- andra egenskaper.
Komplexa element är av begränsad användning i specifika enheter.
Typer av triggers och hur de fungerar
Det finns flera grundläggande typer av triggers. Innan man förstår skillnaderna bör en gemensam egenskap noteras: när ström tillförs ställs utsignalen från vilken enhet som helst till ett godtyckligt tillstånd. Om detta är kritiskt för kretsens övergripande funktion, måste förinställningskretsar tillhandahållas. I det enklaste fallet är detta en RC-krets som genererar en signal för inställning av initialtillståndet.
RS flipflops
Den vanligaste typen av asynkron bistabil enhet är RS flip-flop. Det hänvisar till flipflops med separat inställning av tillstånd 0 och 1.Det finns två ingångar för detta:
- S - set (installation);
- R - återställ (återställ).
Det finns en direkt utgång Q, det kan även finnas en inverterad utgång Q1. Den logiska nivån på den är alltid motsatsen till nivån på Q - detta är användbart vid design av kretsar.
När en positiv nivå appliceras på ingången S, kommer utgången Q att sättas till en logisk enhet (om det finns en inverterad utgång kommer den att gå till nivå 0). Efter det, vid ingången av inställningen, kan signalen ändras som du vill - detta kommer inte att påverka utgångsnivån. Tills en 1 visas vid ingång R. Detta kommer att ställa in vippan till läge 0 (1 på den inverterade utgången). Att nu ändra signalen vid återställningsingången kommer inte att påverka elementets ytterligare tillstånd.
Viktig! Alternativet när det finns en logisk enhet vid båda ingångarna är förbjuden. Utlösaren kommer att ställas in på ett godtyckligt tillstånd. När man utformar system bör denna situation undvikas.
En RS flip-flop kan byggas på basis av ofta använda NAND-element med två ingångar. Denna metod implementeras både på konventionella mikrokretsar och inuti programmerbara matriser.
En eller båda ingångarna kan inverteras. Detta innebär att på dessa stift styrs avtryckaren av utseendet på inte en hög utan en låg nivå.
Om du bygger en RS-vippa på AND-NOT-element med två ingångar, kommer båda ingångarna att vara omvända - styrda av tillförseln av en logisk nolla.
Det finns en gated version av RS flip-flop. Den har en extra ingång C. Omkoppling sker när två villkor är uppfyllda:
- förekomsten av en hög nivå vid Set eller Reset-ingången;
- närvaron av en klocksignal.
Ett sådant element används i fall där omkopplingen måste fördröjas, till exempel vid tidpunkten för slutet av transienter.
D flipflops
D-trigger ("transparent trigger", "latch", latch) tillhör kategorin synkrona enheter, klockade av ingång C. Det finns också en dataingång D (Data). När det gäller funktionalitet tillhör enheten triggers med mottagande av information via en ingång.
Så länge som en logisk sådan finns vid klockingången, upprepar signalen vid utgången Q signalen vid dataingången (transparensläge). Så snart strobenivån går till tillstånd 0, kommer nivån på utgången Q att förbli densamma som den var vid tidpunkten för flanken (låsningar). Så du kan när som helst fixa ingångsnivån vid ingången. Det finns även D-flip-flops med klockning på framsidan. De låser signalen på den positiva kanten av stroben.
I praktiken kan två typer av bistabila enheter kombineras i en mikrokrets. Till exempel D och RS flip-flop. I detta fall har Set/Reset-ingångarna prioritet. Om det finns en logisk nolla på dem, beter sig elementet som en vanlig D-flip-flop. När en hög nivå inträffar på minst en ingång sätts utgången till 0 eller 1, oavsett signalerna på ingångarna C och D.
Transparensen hos en D-flip-flop är inte alltid en användbar funktion. För att undvika det används dubbla element (flip-flop, "klappande" trigger), de betecknas med bokstäverna TT. Den första triggern är en vanlig spärr som skickar insignalen till utgången. Den andra utlösaren fungerar som ett minneselement. Båda enheterna klockas med en strobe.
T-flipflops
T-triggern tillhör klassen av räknebara bistabila element. Logiken i dess arbete är enkel - den ändrar sitt tillstånd varje gång när nästa logiska enhet kommer till sin ingång.Om en pulssignal appliceras på ingången kommer utfrekvensen att vara dubbelt så hög som ingången. Vid den inverterade utgången kommer signalen att vara ur fas med den direkta.
Så här fungerar en asynkron T-flip-flop. Det finns också ett synkront alternativ. När en pulssignal appliceras på klockingången och i närvaro av en logisk enhet vid utgången T, beter sig elementet på samma sätt som en asynkron - den delar ingångsfrekvensen på hälften. Om T-stiftet är logisk noll, så sätts Q-utgången låg, oavsett närvaron av strober.
JK flipflops
Detta bistabila element tillhör kategorin universella. Den kan styras separat med ingångar. Logiken i JK flip-flop liknar RS-elementets arbete. J (Job)-ingången används för att ställa in utgången till ett. En hög nivå på K (Keep)-stiftet nollställer utgången. Den fundamentala skillnaden från RS-triggern är att det inte är förbjudet att samtidigt uppträda ettor på två styringångar. I det här fallet ändrar utsignalen från elementet sitt tillstånd till det motsatta.
Om Job- och Keep-utgångarna är anslutna, förvandlas JK-vippan till en asynkron räknande T-vippa. När en fyrkantsvåg appliceras på den kombinerade ingången kommer utsignalen att vara halva frekvensen. Liksom RS-elementet finns det en klockad version av JK flip-flop. I praktiken är det främst gated element av denna typ som används.
Praktisk användning
Egenskapen hos triggers att behålla den registrerade informationen även när externa signaler tas bort gör att de kan användas som minnesceller med en kapacitet på 1 bit.Från enstaka element kan du bygga en matris för att lagra binära tillstånd - enligt denna princip byggs statiska direktminnen (SRAM). En egenskap hos ett sådant minne är en enkel krets som inte kräver ytterligare styrenheter. Därför används sådana SRAMs i kontroller och PLA:er. Men den låga inspelningstätheten förhindrar användningen av sådana matriser i datorer och andra kraftfulla datorsystem.
Användningen av flip-flops som frekvensdelare nämndes ovan. Bistabila element kan kopplas samman i kedjor och få olika delningsförhållanden. Samma sträng kan användas som pulsräknare. För att göra detta är det nödvändigt att läsa tillståndet för utgångarna från de mellanliggande elementen vid varje tidpunkt - en binär kod kommer att erhållas motsvarande antalet pulser som kom till ingången till det första elementet.
Beroende på vilken typ av utlösare som används kan räknare vara synkrona eller asynkrona. Seriell-till-parallellomvandlare är byggda på samma princip, men här används endast gated element. Digitala fördröjningslinjer och andra delar av binär teknologi är också byggda på triggers.
RS flip-flops används som nivåklämmor (studsdämpare). Om mekaniska omkopplare (knappar, omkopplare) används som logiska nivåkällor, kommer studseffekten att bilda många signaler istället för en när den trycks ned. RS flip-flop kämpar framgångsrikt mot detta.
Omfattningen av bistabila enheter är bred. Utbudet av uppgifter som löses med deras hjälp beror till stor del på designerns fantasi, särskilt inom området icke-standardiserade lösningar.
Liknande artiklar:
