Триггер

Триггер – элемент цифровой техники, предназначенный формировать на выходе информационный сигнал в соответствии с некой простейшей функцией. В зависимости от функции триггеры делят на ряд видов.

Значения слова триггер

Прежде, нежели окунаться в дебри цифровой техники, заметим: термин триггер используется в разных отраслях синонимом спускового механизма, переключателя. Геймеры называют словцом гашетку, программисты – тестовый скрипт, помогающий оценить наличие объекта в виртуальной реальности.

Геймерам заметим, игра Dead Trigger 2 (продолжение одноименного шутера) неудачная, если бы целиком не предназначалась владельцам мобильных устройств. Операционная система Андроид. Представьте примитивную смесь Quake и Counter Strike, чтобы скудно понять, с чем придется столкнуться главному герою. На ограниченной размерами карте бродит куча зомби, которых герой обязан перебить. Попаданиями в голову значительно ускорите процесс, хотя каждое в отдельности не фиксируется. Вылитый Counter Strike.

Понятно, термин триггер для геймеров звучит уныло. Максимум – вариант убить время.

Триггер цифровой техники

Под триггером цифровая техника понимают простейший автомат с двумя состояниями. Переход меж ними задается функцией, сообразно которой выделяют разновидности (RS, D, T, JK). В схемах триггер изображается чаще прямоугольной рамкой-телом, снабженной несколькими входами, парой выходов (вида боковых ножек), ставится буква из приведенных выше. Иногда устройство синхронное. Тогда ко входам добавляется буква С, ловящая тактовые импульсы. Прочие триггеры асинхронные.

Элемент типа RS

Элемент типа RS

В зависимости от реализуемой функции различают разновидности устройств:

  1. RS предназначаются управлять выходом при помощи двух входов. Первый послужит целям установки единицы, переводится Set. Триггер устанавливается в нулевое состояние путем активации входа R (Reset).
  2. D (data, delay) триггер запоминает значение собственного входа, выступает устройством задержки. Если вариант устройства синхронный, значение передается на выход следующим тактом.
  3. Т (toggle) триггер умеет вести счет в двоичной системе. Выход попеременно становится 0-1 с приходом каждой единицы на счетный вход. Иногда называют делителем частоты (на 2).

Покажется удивительным, на базе бедного набора функций удается собрать сложные конгломераты. В природе встречаются JK-триггеры, называемые универсальными. За счет специфической конструкции допускают подачу на оба входа логических единиц, подобное неспособны пережить RS-триггеры. JK-триггер реализует концепцию счетчика. В других ситуациях поведение подобное RS. Давайте рассмотрим подробнее элементы цифровой техники.

Общий признак триггеров

История создания

Первый триггер предложен в 1918 году Вильямом Экклзом, Франком Джорданом. Составлен двумя вакуумными трубками, дизайн использовался техникой, включая Британский компьютер Колосс (1943 год). Затем техническое решение плавно перекочевало в полупроводниковую технику, частенько называется мультивибраторами за специфическое поведение.

Согласно изысканиям исследователей, в нынешнем виде триггеры D, T, RS, JK обсуждались впервые в 1954 году, ограниченные рамками учебного курсов Монтгомери Фистера, Университет Лос-Анджелеса, затем упоминались книгой ученого мужа, затрагивающей конструирование компьютеров. Названия изобретены лектором, исключая JK. Последнее взято из работ Элдреда Нельсона, в собственных текстах дающего триггерам имена, попарно заимствуя из латинского алфавита: А-В, C-D. Один назывался JK. Фистер, избегая изменений, перенял наименование.

Асинхронные триггеры часто называют защелками, речь заводится в контексте устройств памяти. Прочие – тактируемые. Произвольный триггер может быть построен на паре переключателей, включая транзисторы.

Схемы первого триггера

Схемы ламповых триггеров

Выходы и состояния

Каждый триггер снабжен двумя выходами, один обозначается надчеркнутой буквой Q, кружком в области присоединения «ножки», является инверсным. Если на главном выходе 1, здесь будет нуль. Понятно из контекста, состояний триггера два. Инверсными считают входы. Логика меняется на противоположную. Единица на S входе приводит к установке выходом нуля.

Состав триггера

Каждый триггер представим сформированным простейшими элементами произвольной базовой логики набора микросхем. КМОП, ТТЛ, ТТЛШ, ЭСЛ. Состав каждой содержит базис, элементы И-НЕ (обозначаются символом &), ИЛИ-НЕ (обозначаются 1). Удается построить из кирпичиков необходимые триггеры. Гораздо чаще состав пополнен готовыми техническими решениями. Например, К555ТР2, представляет 4 RS-триггера, объединенных одним корпусом.

До ограждения огорода потрудитесь раздобыть хороший справочник по микросхемам посмотреть, что изобретено на данный момент. Добавим, серии меж собой различаются логическими уровнями, частотой синхронизации, некоторыми другими параметрами. Технологические свойства заложены названием:

  • ТТЛ – транзисторно-транзисторная логика.
  • ЭСЛ – эмиттерно-связанная логика.
  • КМОП – производное английской аббревиатуры CMOS (комплементарные металл-оксид-полупроводник).

Выдумано много вариантов, способов построения цифровой техники, большая часть российских серий микросхем познала небытие. Однако сегодня читаем: очередной центральный процессор фирмы Intel или AMD включает в состав такое-то количество транзисторов. Триггеры, прочие элементы внутри электронного мозга имеются. Лишенная простейших кирпичиков цифровая техника неосуществима.

Итак, триггер вольны представить в виде базисных функций (микросхем) И-НЕ, ИЛИ-НЕ и других. Почему так? Предмета дискретной математики доказывает: сколь угодно сложная функция реализуема сочетанием упомянутых простых. Созданы методики анализа, синтеза. Триггер представим такого рода операциями, логическое действие.

Набор базисных функций реализуется через схемотехнику транзисторными вентилями. В одних случаях удобно применять ТТЛ, в других — ЭСЛ. Синхронизацию вводят для упорядоченности. Без тактовых импульсов результат работы элементов, включая триггеры, зависел от быстродействия элементарных составляющих транзисторов. Поскольку число кирпичиков триггера уникально, скорость нельзя заранее предсказать. Задача слишком сложная.

По-другому сказать: триггеры считаются функциями, наиболее часто используемые техникой. Чтобы перестать изобретать велосипед, производят готовые микросхемы, умеющие делать фиксированную операцию. Считается, каждая серия микросхем обязана стать самодостаточной и удобной. Каждую функцию цифровой техники возможно реализовать двумя элементами, далеко не всегда выглядит рационально с точки зрения затрачиваемого времени. Чтобы печатные платы выходили не столь громоздкими, распространенные функции собирает конвейер завода.

Нужно понимать, деление триггеров считается условным, сложившимся, считающимся максимально удобным для проектировщиков цифровой аппаратуры. Природа родила немного: RS, D, T, JK.

RS-триггер

Триггер с управлением по входу. Подачей логической единицы на S-вход выход Q устанавливается в единицу. С R наоборот – получается нулевое состояние выхода. Запрещено на оба входа подавать единицы, результат получается непредсказуемым: нельзя заранее узнать, что получится в итоге. Схемотехнически RS-триггер может состоять из двух одинаковых транзисторов, нескольких пассивных элементов.

Построение RS-триггера на элементах ИЛИ-НЕ и И-НЕ

Построение RS-триггера на элементах ИЛИ-НЕ и И-НЕ

На рисунке дан пример построения RS-триггера элементами ИЛИ-НЕ и И-НЕ. Видите, во втором случае входы получились инверсными, помечены кружками. Легко проверить, таблица значений инвертировалась. За установку Q в единицу отвечает вход R. Логические единицы обоих входов обеспечивают сохранение информации. Триггер фиксирует состояние.

D-триггер

Хотя D-триггер обычно строится сразу на 4-х элементах базисной логики, работает намного проще. Информация входа D передается выходу. В случае синхронного варианта происходит на следующем такте. Как упоминалось выше, позволяет без проблем организовать линию задержки.

Выделяют D-триггеры с динамическим, потенциальным управлением. В первом случае занесение показаний на выход производится по фронту тактирующего импульса, во втором – по вершине. Динамические входы схем помечают треугольниками, позволяя разработчику правильно выстроить, инженеру – понять принцип действия. Причем треугольник может быть направлен в разные стороны:

  • Вершина, обращенная к микросхеме, означает: считывание информации производится по переднему фронту тактирующего импульса.
  • Вершина, обращенная от микросхемы, означает: считывание информации производится по заднему фронту (срезу) тактирующего импульса. Значение наверняка будет на один такт задержано в сравнении с предыдущим вариантом.

Очень часто триггеры характеризуются внутренней задержкой. Время, спустя которое, выход устанавливает нужное значение относительно рабочего фронта (спада). Одна из характеристик, показывающая, почему логика разного типа не работает совместно. Параметр касается всех типов триггеров, не только D.

Т-триггер

Т-триггер без проблем считает импульсы, приходящие на информационный вход. Обычно конструкция синхронная. В противном случае сложно предсказать результат: при некоторой частоте входных импульсов устройство будет не успевать переключиться. Техника станет выдавать сбои. Т-триггер часто используют в качестве делителя, из двух входных импульсов позволяет получить один выходной.

Т-триггер в готовом виде в серии микросхем обычно не включается. Вместо этого устройство создают на базе D-триггера (нужно замкнуть инверсный выход на информационный вход) или JK. Для создания многоразрядных счетчиков Т-триггеры соединяют последовательно друг за другом. Простыми методами получаются делители на 4, 8 и другие степени двойки.

JK-триггер

JK-триггер функционирует подобно RS. J становится входом установки единицы выходом Q; K – нуля. Если поданы сразу две единицы, элемент реализует счетный режим. Обычно присутствует вход синхронизации, по сигналу на котором берутся отсчеты. JK – единственный тип триггеров, буквенное обозначение входов которого лишено логического смысла. Заимствовано из работ ученого, выстраивавшего базисные элементы по латинскому алфавиту.