Een trigger is een element van digitale technologie, een bistabiel apparaat dat overschakelt naar een van de toestanden en er voor onbepaalde tijd in kan blijven, zelfs wanneer externe signalen worden verwijderd. Het is opgebouwd uit logische elementen van het eerste niveau (AND-NOT, OR-NOT, enz.) en behoort tot de logische componenten van het tweede niveau.
In de praktijk worden flipflops in de vorm van microschakelingen in een aparte verpakking geproduceerd of als elementen in grote geïntegreerde schakelingen (LSI) of programmeerbare logische arrays (PLM) opgenomen.
Inhoud
Classificatie en typen triggersynchronisatie
Triggers vallen in twee brede klassen:
- asynchroon;
- synchroon (geklokt).
Het fundamentele verschil tussen beide is dat voor de eerste categorie apparaten het uitgangssignaalniveau gelijktijdig verandert met de verandering in het signaal aan de ingang (ingangen).Bij synchrone triggers treedt alleen een toestandsverandering op als er op de daarvoor bestemde ingang een synchronisatiesignaal (klok, stroboscoop) aanwezig is. Hiervoor is een speciale uitgang voorzien, aangeduid met de letter C (klok). Afhankelijk van het type poort, zijn synchrone elementen verdeeld in twee klassen:
- dynamisch;
- statisch.
Voor het eerste type verandert het uitgangsniveau afhankelijk van de configuratie van de ingangssignalen op het moment van het verschijnen van de voorkant (leading edge) of de val van de klokpuls (afhankelijk van het specifieke type trigger). Tussen het verschijnen van synchroniserende fronten (slopes), kunnen eventuele signalen op de ingangen worden toegepast, de status van de trigger verandert niet. In de tweede optie is het teken van klokken geen verandering in niveau, maar de aanwezigheid van één of nul bij de klokingang. Er zijn ook complexe triggerapparaten die zijn geclassificeerd door:
- het aantal stabiele toestanden (3 of meer, in tegenstelling tot 2 voor de hoofdelementen);
- het aantal niveaus (ook meer dan 3);
- Andere kenmerken.
Complexe elementen zijn van beperkt nut in specifieke apparaten.
Soorten triggers en hoe ze werken
Er zijn verschillende basistypen triggers. Voordat we de verschillen begrijpen, moet een gemeenschappelijke eigenschap worden opgemerkt: wanneer stroom wordt ingeschakeld, wordt de uitvoer van elk apparaat in een willekeurige staat gezet. Als dit van cruciaal belang is voor de algehele werking van het circuit, moeten er voorinstelcircuits worden aangebracht. In het eenvoudigste geval is dit een RC-schakeling die een signaal genereert voor het instellen van de begintoestand.
RS teenslippers
Het meest voorkomende type asynchrone bistabiele apparaat is de RS-flip-flop. Het verwijst naar flip-flops met een aparte instelling van toestand 0 en 1.Hiervoor zijn twee ingangen:
- S - set (installatie);
- R - reset (reset).
Er is een directe uitgang Q, er kan ook een geïnverteerde uitgang Q1 zijn. Het logische niveau erop is altijd het tegenovergestelde van het niveau op Q - dit is handig bij het ontwerpen van circuits.
Wanneer een positief niveau wordt toegepast op de ingang S, wordt de uitgang Q ingesteld op een logische eenheid (als er een geïnverteerde uitgang is, gaat deze naar niveau 0). Daarna kan het signaal bij de ingang van de setup naar wens veranderen - dit heeft geen invloed op het uitgangsniveau. Totdat er een 1 verschijnt op de ingang R. Dit zal de flip-flop in de toestand 0 zetten (1 op de geïnverteerde uitgang). Het wijzigen van het signaal op de reset-ingang heeft geen invloed op de verdere toestand van het element.
Belangrijk! De optie wanneer er een logische eenheid op beide ingangen is, is verboden. De trigger wordt ingesteld op een willekeurige status. Bij het ontwerpen van schema's moet deze situatie worden vermeden.
Een RS-flip-flop kan worden gebouwd op basis van veelgebruikte NAND-elementen met twee ingangen. Deze methode wordt zowel op conventionele microschakelingen als in programmeerbare matrices geïmplementeerd.
Een of beide ingangen kunnen worden geïnverteerd. Dit betekent dat op deze pinnen de trigger wordt bestuurd door het verschijnen van niet een hoog, maar een laag niveau.
Als je een RS-flip-flop bouwt op AND-NOT-elementen met twee ingangen, dan zullen beide ingangen invers zijn - bestuurd door de levering van een logische nul.
Er is een gated versie van de RS-flip-flop. Het heeft een extra ingang C. Er wordt overgeschakeld als aan twee voorwaarden is voldaan:
- de aanwezigheid van een hoog niveau bij de Set- of Reset-ingang;
- de aanwezigheid van een kloksignaal.
Een dergelijk element wordt gebruikt in gevallen waarin het schakelen moet worden uitgesteld, bijvoorbeeld op het moment van het einde van transiënten.
D teenslippers
D-trigger ("transparante trigger", "latch", latch) behoort tot de categorie synchrone apparaten, geklokt door ingang C. Er is ook een data-ingang D (Data). Qua functionaliteit behoort het apparaat tot triggers met de ontvangst van informatie via één ingang.
Zolang een logische aan de klokingang aanwezig is, herhaalt het signaal aan de uitgang Q het signaal aan de dataingang (transparantiemodus). Zodra het stroboscoopniveau naar stand 0 gaat, blijft het niveau aan de uitgang Q hetzelfde als ten tijde van de rand (grendels). U kunt het ingangsniveau dus op elk moment op de ingang vastleggen. Er zijn ook D-flip-flops met klokken op de voorkant. Ze vergrendelen het signaal op de positieve rand van de flitser.
In de praktijk kunnen twee soorten bistabiele apparaten worden gecombineerd in één microschakeling. Bijvoorbeeld D en RS flip-flop. In dit geval hebben de Set/Reset-ingangen prioriteit. Als er een logische nul op staat, gedraagt het element zich als een normale D-flip-flop. Wanneer een hoog niveau optreedt op ten minste één ingang, wordt de uitgang op 0 of 1 gezet, ongeacht de signalen op ingangen C en D.
De transparantie van een D-flip-flop is niet altijd een handige functie. Om dit te voorkomen, worden dubbele elementen gebruikt (flip-flop, "klappende" trigger), deze worden aangeduid met de letters TT. De eerste trigger is een gewone grendel die het ingangssignaal doorgeeft aan de uitgang. De tweede trigger dient als geheugenelement. Beide apparaten zijn geklokt met één flitser.
T-slippers
De T-trigger behoort tot de klasse van telbare bistabiele elementen. De logica van zijn werk is eenvoudig - het verandert zijn status telkens wanneer de volgende logische eenheid aan zijn invoer komt.Als er een pulssignaal op de ingang wordt gezet, zal de uitgangsfrequentie twee keer zo hoog zijn als de ingang. Bij de geïnverteerde uitgang is het signaal uit fase met het directe.
Dit is hoe een asynchrone T-flip-flop werkt. Er is ook een synchrone optie. Wanneer een pulssignaal wordt toegepast op de klokingang en in aanwezigheid van een logische eenheid aan de uitgang T, gedraagt het element zich op dezelfde manier als een asynchrone - het deelt de ingangsfrequentie in tweeën. Als de T-pin logisch nul is, wordt de Q-uitgang laag ingesteld, ongeacht de aanwezigheid van flitsers.
JK teenslippers
Dit bistabiele element behoort tot de categorie van universele. Het kan afzonderlijk worden bestuurd door ingangen. De logica van de JK-flip-flop is vergelijkbaar met het werk van het RS-element. De J (Job) ingang wordt gebruikt om de uitgang op één in te stellen. Een hoog niveau op de K (Keep) pin zet de output terug naar nul. Het fundamentele verschil met de RS-trigger is dat het gelijktijdig verschijnen van enen op twee stuuringangen niet verboden is. In dit geval verandert de uitvoer van het element zijn toestand in het tegenovergestelde.
Als de Job- en Keep-uitgangen zijn aangesloten, verandert de JK-flip-flop in een asynchrone tellende T-flip-flop. Wanneer een blokgolf wordt toegepast op de gecombineerde invoer, zal de uitvoer de helft van de frequentie zijn. Net als het RS-element is er een geklokte versie van de JK-flip-flop. In de praktijk worden vooral van dit type gated elementen gebruikt.
Praktisch gebruik
De eigenschap van triggers om de opgenomen informatie te behouden, zelfs wanneer externe signalen worden verwijderd, maakt het mogelijk ze te gebruiken als geheugencellen met een capaciteit van 1 bit.Van afzonderlijke elementen kunt u een matrix bouwen voor het opslaan van binaire toestanden - volgens dit principe worden statische willekeurige toegangsgeheugens (SRAM) gebouwd. Een kenmerk van een dergelijk geheugen is een eenvoudige schakeling waarvoor geen extra controllers nodig zijn. Daarom worden dergelijke SRAM's gebruikt in controllers en PLA's. Maar de lage opnamedichtheid verhindert het gebruik van dergelijke matrices in pc's en andere krachtige computersystemen.
Het gebruik van flip-flops als frequentiedelers werd hierboven vermeld. Bistabiele elementen kunnen in kettingen worden verbonden en krijgen verschillende deelverhoudingen. Dezelfde string kan worden gebruikt als pulsteller. Om dit te doen, is het noodzakelijk om op elk moment de status van de uitgangen van de tussenliggende elementen te lezen - er wordt een binaire code verkregen die overeenkomt met het aantal pulsen dat naar de ingang van het eerste element is gekomen.
Afhankelijk van het type triggers dat wordt toegepast, kunnen tellers synchroon of asynchroon zijn. Serieel-naar-parallel-converters zijn op hetzelfde principe gebouwd, maar hier worden alleen gated-elementen gebruikt. Ook zijn digitale vertragingslijnen en andere elementen van binaire technologie gebouwd op triggers.
RS-flip-flops worden gebruikt als niveauklemmen (bounce-onderdrukkers). Als mechanische schakelaars (knoppen, schakelaars) worden gebruikt als bronnen voor logisch niveau, zal het bounce-effect, wanneer ingedrukt, veel signalen vormen in plaats van één. De RS-flip-flop bestrijdt dit met succes.
De reikwijdte van bistabiele apparaten is breed. Het scala aan taken dat met hun hulp wordt opgelost, hangt grotendeels af van de verbeeldingskracht van de ontwerper, vooral op het gebied van niet-standaard oplossingen.
Vergelijkbare artikelen:
