RS-тригер є простим керуючий автомат, реалізований зазвичай у вигляді цифрової електронної схеми, що відноситься до класу послідовних схем. Як відомо, в цифровій схемотехніці до функціональних пристроїв послідовних типу відносяться регістри, лічильники, генератори чисел і керуючі автомати, включаючи тригери різних видів.
Місце тригерів в цифровій схемотехніці
На відміну від комбінаційних логічних схем, які змінюють стан в залежності від фактичних сигналів, поданих на їх входи в певний час, послідовних логічні мають деяку форму властивою їм вбудованої «пам`яті», так що вони можуть враховувати як попереднє, так і фактичний стан їх входів і виходів. Загальна структурна схема послідовних пристрою показана нижче.
RS-тригер як цифровий керуючий автомат включає власне пам`ять і комбінаційну схему управління на типових лігіческого елементах, що реалізує його вхідний логічний алгоритм. Якщо розглядати цю схему стосовно найпростішим схемами тригерів, то вони не мають структурно виділеної пам`яті у вигляді якоїсь спеціалізованої мікросхеми або схемного вузла. Пам`ять тригера існує на рівні функції, вона немов вбудована в алгоритм роботи його комбінаційної схеми управління. Проявом цієї «пам`яті» є так звана бистабильность тригера, виходи якого можуть знаходитися в одному з двох основних станів: логічної одиниці (далі - 1) або логічного нуля (далі - 0). Сталі значення своїх виходів тригер запам`ятовує ( «защелкивает» їх) і зберігає, поки не виникне чергова зміна його вхідних сигналів.
Класифікація
Якщо стандартні логічні елементи є будівельними блоками комбінаційних схем, бістабільні схеми, включаючи і RS-тригер, є основними компонентами побудови послідовних логічних пристроїв, таких, як регістри зберігання даних, регістри зсуву, пристрої пам`яті або лічильники. У будь-якому випадку розглядаються тригери (зрозуміло, як і всі послідовних схема) можуть бути виконані у вигляді наступних основних типів:
1. Асинхронний RS-тригер - схема, яка змінює стан відразу при зміні вхідних сигналів. Для розглянутого типу пристроїв ними є сигнали на інформаційних входах R (скидання) і S (установка). Згідно з усталеною практикою, відповідні входи називають так само, як і сигнали на них.
2. Синхронний RS-тригер, керований статично, робота якого синхронізована з рівнем певного тактового сигналу.
3. Тригер по п.2 з динамічним керуванням, робота якого синхронізована з моментами появи фронтів (або спадів) тактового сигналу.
Таким чином, якщо зміни стану виходів відбуваються тільки при наявності тактового сигналу, який подається на окремий тактовий вхід C, то тригер є синхронним. В іншому випадку схема вважається асинхронної. Щоб зберегти свій поточний стан, послідовних схема використовують зворотний зв`язок, т. Е. Передачу частини вихідного сигналу на її вхід.
RS-тригер на логічних елементах
Найпростіший спосіб його зробити - з`єднати разом пару двухвходових логічних елементів І-НЕ. При цьому зворотний зв`язок з виходу одного елемента подається на вхід іншого (див. Схему нижче).
Як правило, в даній схемі вхідні сигнали показують інверсними (з верхнім підкресленням), хоча в подальшому при аналізі роботи використовують позначення прямих (неінвертірованних) входів. Це сильно ускладнює розуміння логіки роботи тригера. Тому ми не будемо вводити інвертування входів на етапі розгляду роботи схеми на елементах І-НЕ, а врахуємо це в подальшому при її модифікації.
Скільки входів і виходів має RS-тригер? Зі схеми вище видно, що він містить S-вхід і R-вхід, які служать, відповідно, для установки і скидання схеми, а також прямий Q і інверсний Q виходи. Але даний найпростіший тригер відноситься до виду асинхронних, його умовне позначення показано нижче.
У синхронному пристрої є ще й вхід C для тактовихімпульсів.
Стан «Встановлено»
Розглянемо, як відбувається робота RS-тригера в цьому стані, що задається значеннями R = 0 і S = 1. Оскільки на вхід R елемента І-НЕ Y поданий рівень 0, то Q = 1 (логіка І-НЕ). З виходу Y сигнал Q також подано назад на елемент X (вхід "A"). Оскільки S = A = 1, то Q = 0.
Якщо встановлюється R = 1, а вхід S як і раніше дорівнює 1, то на входах Y маємо B = 0 і R = 1, а його вихід Q = 1, т. Е. Він не змінився. Отже, якщо S = 1, то RS-схема тригера «замикається» в стані «Встановлено» Q = 0 і Q = 1, а зміна сигналу R його не змінює.
Стан «скинуто»
У цьому другому стійкому стані Q = 0, а Q = 1, і задається воно входами R = 1 і S = 0. Оскільки у елемента Х вхід S = 0, то його вихід Q = 1 (логіка І-НЕ). Сигнал Q подається назад на елемент Y (вхід "В"), і так як R = B = 1, то Q = 0.
Якщо S стає дорівнює 1 при R = 1, то Q залишається дорівнює лог 0, т. Е. Він не змінюється. Отже, при R = 1 схема тригера знову «замикається» в стані «скинуто» Q = 0 і Q = 1, збереженому при будь-якому сигналі S.
Зводимо результати в таблицю
Ми можемо визначити стан сигналів Q і Q по наступній таблиці істинності:
| стан | S | R | Q | Q | опис |
| установка | 1 | 0 | 0 | 1 | Вихід Q = 1 |
| 1 | 1 | 0 | 1 | без змін | |
| Скидання | 0 | 1 | 1 | 0 | Вихід Q = 0 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | без змін | |
| неприпустиме | 0 | 0 | 1 | 1 | стан помилки |
Видно, що коли S = R = 1, то Q і Q можуть бути рівні як 1, так і 0 (але не одночасно!) В залежності від рівнів входів S або R перед виникненням даного стану виходів. Таким чином, за умови S = R = 1 не можна змінити стан виходів Q і Q. Воно може змінитися тільки при зміні рівня з 1 на 0 на одному з входів.
Значення S = R = 0 є небажаним або неприпустимим станом, і його слід уникати. Стан S = R = 0 викликає установку обох виходів Q і Q на рівні 1, в той час як стан Q завжди має бути назад Q. Результатом є те, що тригер втрачає контроль над Q і Q, і якщо два входи тепер перейдуть до стану 1, то схема стає нестійкою і перемикається в невизначений стан.
Діаграма перемикання RS-тригера
Сказане в попередньому розділі ілюструє наступна діаграма перемикання.
Як видно, при S = R = 0 виникає дисбаланс (невизначеність) стану виходів. Він може привести до перемикання одного з виходів швидше, ніж іншого, в результаті чого відбудеться перемикання тригера в той чи інший стан, яке може не збігатися з необхідним, і дані будуть пошкоджені. Це нестійкий стан зазвичай називають мета-стабільним.
Таким чином, подібний тригер-засувка може бути переведений в стан «Встановлено» шляхом подачі 0 на його S-введення (при наявності 1 на R-аут періоду) переведений в стан «скинуто» подачею 0 на R-введення (при наявності 1 на S-аут періоду). Тригер входить в невизначений стан (мета-стабільний), якщо на обидва його входу одночасно подається рівень 0.
Зміна стану виходів відбувається з невеликою затримкою щодо зміни сигналу на одному з входів без використання тактового сигналу. Отже, розглянута вище схема представляє асинхронний RS-тригер.
Модифікуємо схему тригера
Як ми бачили вище, базові елементи І-НЕ розглянутого RS-тригера працюють так, що при його установці Q = 1 і Q = 0, а при його скиданні Q = 0 і Q = 1, хоча логічніше було б в першому стані мати Q = 1, а в другому - Q = 0. при цьому ще й виходить, що зміна станів відбувається при падінні рівня сигналу з 1 до 0.
Таким чином, для правильної роботи схеми тригера його вхідні сигнали потрібно проинвертировать. Тоді перемикання його станів відбуватимуться при подачі позитивних вхідних сигналів. Для цього в схему потрібно додати ще дві І-НЕ елемента, приєднаних як інвертори до S- і R-входів, як показано на малюнку нижче. Тут на входах елементів І-НЕ вже представлені інверсні вхідні сигнали.
Так само, як і з використанням І-НЕ елементів, можна побудувати простий RS-тригер з використанням двох АБО-НЕ елементів, з`єднаних за такою ж схемою. Вона буде працювати аналогічним чином, як і розглянута вище схема І-НЕ. При цьому активним є високий рівень сигналів на входах, а неприпустиме стан виникає, коли на обидва входи подано рівень логічної "1", як це показано в таблиці істинності на малюнку нижче.
Як синхронізувати роботу тригера
Іноді бажано в послідовних логічних схемах мати бістабільний тригер, що змінює свій стан, коли дотримані певні умови, незалежно від стану S- або R-входів. Така схема може бути створена підключенням двухвходного елемента І послідовно з кожного входом тригера. Об`єднавши два входи елементів І, отримаємо новий вхід тригера. Додавання його означає, що виходи Q і Q змінюють стан, коли сигнал на ньому є високим, і, отже, він може бути використаний в якості тактового C-введення, як показано на малюнку нижче.
Коли сигнал на С-вході знаходиться на рівні 0, то виходи двох елементів І - також на рівні 0 (логіка елемента І), незалежно від стану двох входів S і R, а два виходи Q і Q «замкнути» в останньому сталому стані. Коли сигнал на С-вході змінюється на рівень 1, то схема відповідає як звичайний бістабільний тригер, стаючи прозорою для установки і скидання станів.
Цей додатковий C-вхід також може бути підключений до виходу генератора тактової частоти синхронізації, утворюючи тоді синхронний RS-тригер. Таким чином, дана схема працює як стандартна бістабільних триггерная «клямка», але виходи активуються лише тоді, коли рівень 1 подано на C-вхід, і відключаються при появі рівня логічного нуля.
Регістри на тригерах
RS-тригер здатний зберігати 1 біт цифрової інформації. Якщо необхідно зберігати декілька біт, наприклад, цифрове двоичное слово з декількох двійкових розрядів (в мікроконтролерах зазвичай 8 або 16), то тригери можуть з`єднуватися паралельно, утворюючи регістри. Це найпростіші пристрої для тимчасового зберігання набору двійкових цифрових розрядів, в яких кожен тригер зберігає значення одного розряду (0 або 1. т. Е. Один біт). Так, показаний нижче 4-розрядний регістр на RS-тригерах містить чотири окремих тригера.
Будь-яке бінарне число від (0000)2 до (1111)2 може бути збережено в цьому регістрі просто шляхом установки або скидання відповідного тригера. Давайте припустимо, що перший тригер встановлений (Q1 = 1), другий скинутий (Q2 = 0), третій також скинутий (Q3 = 0), а четвертий встановлений (Q4 = 1). Тоді двійковечисло, записане в регістр, буде (1001)2.
Крім паралельних регістрів, призначених для зберігання цифрових слів, на RS-тригерах робляться і так звані регістри зсуву, в яких розряди цифрового слова послідовно з приходом кожного тактового імпульсу зсуваються вліво або вправо на один розряд. Схема такого пристрою на синхронних тригерах показана нижче.
Подібні регістри знаходять застосування в схемах послідовних інтерфейсів, коли надходять з керуючого контролера цифрові слова побитно передаються в лінію зв`язку.
