Цифровое оборудование

Триггеры, два типа узлов

Триггеры

Одной из важнейших схем, применяемых в цифровой электронике, является триггер. Основное свойство триггера – способность  запоминать и хранить логическое значение, что обусловлено наличием в схеме обратной связи. Если взять два инвертора и соединить, как показано на рисунке, получится простейший триггер.

При включении питания, на некоторых участках этой схемы установится состояние логического нуля, на других – логической единицы. Это состояние будет сохраняться до тех пор, пока питание не будет выключено. Неудобство этой схемы в том, что ее состояние непредсказуемо и неуправляемо. Однако если по аналогичному принципу построить более сложную схему с управляющими входами, ее можно будет использовать в качестве запоминающего элемента, способного хранить один бит информации.

В момент прихода тактового импульса такая схема запоминает состояние входа данных, и будет выдавать его на выход до прихода следующего тактового импульса. Эта схема имеет интересную особенность. Запоминание данных происходит не тогда, когда тактовый импульс имеет какое-то определенное логическое значение, а тогда, когда логическое значение тактового импульса переходит от логического нуля к логической единице. Принято говорить, что такой триггер синхронизируется по перепаду или фронту сигнала.

Существует много разновидностей триггеров, имеющих различные виды управления. По способу записи информации различают синхронные (тактируемые) триггеры, и асинхронные (нетактируемые) триггеры. В нетактируемых триггерах переход в новое состояние вызывается непосредственно изменением входных информационных сигналов. Например R-S триггеры, в которых имеются входы сброса и установки, и наличие логической единицы на одном из входов принудительно, независимо ни от чего переводит триггер в нужное состояние.  В тактируемых триггерах имеется дополнительный вход управляющего сигнала и изменение состояния триггера происходит только при его наличии. Именно такой триггер мы только что и рассмотрели.  По способу восприятия тактовых сигналов различают триггеры, управляемые фронтом, и триггеры, управляемые уровнем. Рассмотренная схема триггера представляет собой тактируемый триггер, управляемый фронтом.

Два класса узлов.

Хотя все узлы цифровой техники строятся из базового набора логических элементов, эти узлы можно разделить на два основных класса, имеющих фундаментальные отличия. Это узлы комбинационного типа, и узлы с памятью. Узлы с памятью иногда называют также схемами последовательностного типа. Принципиальные отличия состоят в следующем. Состояния выходов комбинационных схем зависит только от текущего состояния входов. Предыстория значения не имеет. В схемах с памятью, текущее состояние выходов зависит не только от текущего состояния входов, но и от состояния входов в предшествующие моменты времени. Простейшим примером схемы с памятью и является триггер.