Trigeris ir digitālās tehnoloģijas elements, bistabila ierīce, kas pārslēdzas uz kādu no stāvokļiem un var palikt tajā bezgalīgi pat tad, ja tiek noņemti ārējie signāli. Tā ir veidota no pirmā līmeņa loģiskiem elementiem (UN-NOT, VAI-NOT u.c.) un pieder pie otrā līmeņa loģiskajām ierīcēm.
Praksē flip-flops tiek ražoti mikroshēmu veidā atsevišķā iepakojumā vai iekļauti kā elementi lielajās integrālajās shēmās (LSI) vai programmējamās loģikas masīvās (PLM).
Saturs
Trigeru sinhronizācijas klasifikācija un veidi
Trigerus iedala divās plašās klasēs:
- asinhrons;
- sinhrons (pulksteņa režīms).
Būtiskā atšķirība starp tām ir tāda, ka pirmās kategorijas ierīcēm izejas signāla līmenis mainās vienlaikus ar signāla izmaiņām ieejā (ieejās).Sinhronajiem trigeriem stāvokļa maiņa notiek tikai tad, ja tam paredzētajā ieejā ir sinhronizācijas (pulkstenis, stroboskops) signāls. Šim nolūkam tiek nodrošināta īpaša izvade, kas apzīmēta ar burtu C (pulkstenis). Atkarībā no vārtu veida sinhronos elementus iedala divās klasēs:
- dinamisks;
- statisks.
Pirmajam tipam izejas līmenis mainās atkarībā no ieejas signālu konfigurācijas priekšpuses (priekšējās malas) parādīšanās vai pulksteņa impulsa krituma laikā (atkarībā no konkrētā sprūda veida). Starp sinhronizējošo frontu (slīpumu) parādīšanos ieejām var tikt pielietoti jebkādi signāli, sprūda stāvoklis nemainīsies. Otrajā variantā pulksteņa zīme nav līmeņa maiņa, bet gan viena vai nulles klātbūtne pulksteņa ieejā. Ir arī sarežģītas palaišanas ierīces, kas klasificētas pēc:
- stabilu stāvokļu skaits (3 vai vairāk, atšķirībā no 2 galvenajiem elementiem);
- līmeņu skaits (arī vairāk nekā 3);
- citas īpašības.
Sarežģīti elementi ir ierobežoti izmantojami noteiktās ierīcēs.
Trigeru veidi un to darbības principi
Ir vairāki pamata trigeru veidi. Pirms atšķirību izpratnes ir jāatzīmē kopīgs īpašums: pieslēdzot strāvu, jebkuras ierīces izeja tiek iestatīta patvaļīgā stāvoklī. Ja tas ir būtiski ķēdes vispārējai darbībai, ir jānodrošina iepriekšējas iestatīšanas ķēdes. Vienkāršākajā gadījumā šī ir RC ķēde, kas ģenerē signālu sākotnējā stāvokļa iestatīšanai.
RS flip-flops
Visizplatītākais asinhronās bistabilās ierīces veids ir RS flip-flop. Tas attiecas uz flip-flops ar atsevišķu 0 un 1 stāvokļa iestatījumu.Šim nolūkam ir divas ievades:
- S - komplekts (uzstādīšana);
- R - atiestatīt (atiestatīt).
Ir tiešā izeja Q, var būt arī apgrieztā izeja Q1. Loģiskais līmenis tajā vienmēr ir pretējs Q līmenim - tas ir noderīgi, veidojot shēmas.
Kad ieejai S tiek piemērots pozitīvs līmenis, izeja Q tiks iestatīta uz loģisku vienību (ja ir apgriezta izeja, tā pāries uz 0 līmeni). Pēc tam iestatīšanas ieejā signāls var mainīties, kā vēlaties - tas neietekmēs izejas līmeni. Līdz ieejā R parādās 1. Tas iestatīs flip-flop stāvokli 0 (1 uz apgrieztās izejas). Tagad signāla maiņa atiestatīšanas ieejā neietekmēs elementa turpmāko stāvokli.
Svarīgs! Opcija, kad abās ieejās ir loģiskā vienība, ir aizliegta. Sprūda tiks iestatīta patvaļīgā stāvoklī. Izstrādājot shēmas, no šādas situācijas jāizvairās.
RS flip-flop var izveidot, pamatojoties uz plaši izmantotiem divu ieeju NAND elementiem. Šī metode tiek ieviesta gan parastajās mikroshēmās, gan programmējamās matricās.
Vienu vai abas ievades var apgriezt. Tas nozīmē, ka uz šīm tapām sprūdu kontrolē nevis augsta, bet gan zema līmeņa parādīšanās.
Ja jūs veidojat RS flip-flop uz divu ieeju UN-NOT elementiem, tad abas ieejas būs apgrieztas - to kontrolēs loģiskās nulles padeve.
Ir RS flip-flop versija ar vārtiem. Tam ir papildu ieeja C. Pārslēgšana notiek, ja ir izpildīti divi nosacījumi:
- augsta līmeņa klātbūtne iestatīšanas vai atiestatīšanas ieejā;
- pulksteņa signāla klātbūtne.
Šāds elements tiek izmantots gadījumos, kad pārslēgšana ir jāatliek, piemēram, pāreju beigu brīdī.
D flip-flops
D-trigers ("caurspīdīgs trigeris", "fiksators", fiksators) pieder sinhrono ierīču kategorijai, kuru takts frekvence tiek veikta ar ieeju C. Ir arī datu ievade D (Dati). Funkcionalitātes ziņā ierīce pieder trigeriem ar informācijas saņemšanu caur vienu ievadi.
Kamēr pulksteņa ieejā ir loģisks, signāls izejā Q atkārto signālu datu ievadē (caurspīdīguma režīms). Tiklīdz stroboskopa līmenis nonāk stāvoklī 0, līmenis izejā Q paliks tāds pats, kāds tas bija malas (fiksatoru) brīdī. Tātad jūs jebkurā laikā varat labot ievades līmeni ieejā. Ir arī D-flip-flops ar pulksteni priekšpusē. Tie nofiksē signālu stroboskopa pozitīvajā malā.
Praksē vienā mikroshēmā var apvienot divu veidu bistabilas ierīces. Piemēram, D un RS flip-flop. Šajā gadījumā ieejām Set/Reset ir prioritāte. Ja uz tiem ir loģiska nulle, tad elements uzvedas kā parasts D-flip-flop. Ja vismaz vienā ieejā ir augsts līmenis, izeja tiek iestatīta uz 0 vai 1 neatkarīgi no signāliem ieejās C un D.
D flip-flop caurspīdīgums ne vienmēr ir noderīga funkcija. Lai no tā izvairītos, tiek izmantoti dubultie elementi (flip-flop, “aplaudēšanas” trigeris), tos apzīmē ar burtiem TT. Pirmais trigeris ir parasts fiksators, kas nodod ievades signālu uz izeju. Otrais trigeris kalpo kā atmiņas elements. Abas ierīces ir pulksteņrādītājas ar vienu stroboskopu.
T-flip-flops
T-trigers pieder saskaitāmo bistabilu elementu klasei. Tās darba loģika ir vienkārša - tā maina savu stāvokli katru reizi, kad nākošā loģiskā vienība nonāk tās ievadē.Ja ieejai tiek ievadīts impulsa signāls, izejas frekvence būs divreiz lielāka par ieeju. Pie apgrieztās izejas signāls būs ārpus fāzes ar tiešo.
Šādi darbojas asinhronais T-flip-flop. Ir arī sinhronā iespēja. Kad pulksteņa ieejā tiek ievadīts impulsa signāls un loģiskās vienības klātbūtnē pie izejas T, elements uzvedas tāpat kā asinhrons - sadala ieejas frekvenci uz pusēm. Ja T tapa ir loģiskā nulle, tad Q izeja ir iestatīta zemā līmenī neatkarīgi no stroboskopu klātbūtnes.
JK flip-flops
Šis bistabilais elements pieder pie universālo elementu kategorijas. To var vadīt atsevišķi, izmantojot ieejas. JK flip-flop loģika ir līdzīga RS elementa darbībai. Ievade J (darbs) tiek izmantota, lai iestatītu izvadi uz vienu. Augsts līmenis uz K (Keep) tapas atiestata izvadi uz nulli. Būtiskā atšķirība no RS-trigera ir tāda, ka nav aizliegta vienlaicīga parādīšanās uz divām vadības ieejām. Šajā gadījumā elementa izvade maina savu stāvokli uz pretējo.
Ja ir savienotas izejas Job un Keep, tad JK-flip-flop pārvēršas par asinhronu skaitīšanas T-flip-flop. Ja kombinētajai ievadei tiek piemērots kvadrātveida vilnis, izeja būs puse no frekvences. Tāpat kā RS elements, ir arī JK flip-flop versija ar pulksteni. Praksē galvenokārt tiek izmantoti šāda veida elementi.
Praktiska lietošana
Trigeru īpašība saglabāt ierakstīto informāciju pat tad, ja ārējie signāli tiek noņemti, ļauj tos izmantot kā atmiņas šūnas ar 1 bita ietilpību.No atsevišķiem elementiem var izveidot matricu bināro stāvokļu glabāšanai - saskaņā ar šo principu tiek veidotas statiskās brīvpiekļuves atmiņas (SRAM). Šādas atmiņas iezīme ir vienkārša shēma, kurai nav nepieciešami papildu kontrolleri. Tāpēc šādas SRAM tiek izmantotas kontrolieros un PLA. Taču zemais ierakstīšanas blīvums neļauj izmantot šādas matricas personālajos datoros un citās jaudīgās skaitļošanas sistēmās.
Iepriekš tika minēts flip-flop kā frekvences dalītāju izmantošana. Bistabilus elementus var savienot ķēdēs un iegūt dažādas dalījuma attiecības. To pašu virkni var izmantot kā impulsu skaitītāju. Lai to izdarītu, katrā laika brīdī ir jānolasa starpelementu izeju stāvoklis - tiks iegūts binārais kods, kas atbilst impulsu skaitam, kas nonāca pirmā elementa ieejā.
Atkarībā no izmantoto trigeru veida skaitītāji var būt sinhroni vai asinhroni. Sērijas-paralēlie pārveidotāji ir veidoti pēc tāda paša principa, taču šeit tiek izmantoti tikai vārti elementi. Arī digitālās aizkaves līnijas un citi bināro tehnoloģiju elementi ir veidoti uz trigeriem.
RS flip-flops tiek izmantoti kā līmeņa skavas (atlēcienu slāpētāji). Ja kā loģiskā līmeņa avotus izmanto mehāniskos slēdžus (pogas, slēdžus), tad, nospiežot, atlēciena efekts veidos daudzus signālus, nevis vienu. RS flip-flop ar to veiksmīgi cīnās.
Bistabilo ierīču klāsts ir plašs. Ar viņu palīdzību atrisināto uzdevumu klāsts lielā mērā ir atkarīgs no dizainera iztēles, īpaši nestandarta risinājumu jomā.
Līdzīgi raksti:
