Тригеры

Iš sudarytosios lentelės matyti, kad trigeris turi tris įėjimo signalus: išori­nių įėjimų S ir R bei vidinį įėjimo, arba grįžtamojo ryšio, signalą q. Charakteringoji lygtis leidžia pagal šiuos tris įėjimo signalus nustatyti trigerio išėjimo, arba kito būvio, signalą Q.

Šis trigerio būvis q yra stabilus, kai q = Q. Kai q ¹ Q, po laiko Dt  q reikšmė pakinta ir būna lygi Q.

Loginio kintamojo X = Q reikšmės rodo, kad trigerio išorinių įėjimo signalų rin­ki­nys SR = 11 yra draudžiamas, nes tuomet Q ir Q reikšmės sutampa. Šį draudžiamąjį SR rinkinį atitinkančios lentelės eilutės yra iš­skirtos.

Būvių kaitos diagrama

            Remiantis trigerio būvių reikšmių lentele, galima nubraižyti tų būvių kaitos diagramą. Beje, ją galima sudaryti ir pagal trigerio charakteringąją lygtį. Būvių diagra­mo­je šis trigerio būvis q = 0 žymimas skritulėlyje įrašyta a raide, o q = 1 – skri­­tulėlyje įrašyta b raide. Pakitus trigerio išori­niams įėji­mo signalams, trigerio būvis gali likti toks pats – būvių diagramoje tai atvaizduojama grįžtan­čia į tą patį skritulėlį rodykle. Jei pakitus išori­niams įėjimo signalams trigerio bū­vis kinta, būvių diagra­moje tai atvaizduo­jama nukreipta į kitą skritulėlį rodykle. Trigerio būvių kai­tos diagramoje strėlytė visuomet eina iš skritulėlio, kuriame įrašytas šis trigerio būvis, į skritulėlį, kuriame įrašytas kitas tri­ge­rio būvis.

                SR trigerio būvių kaitos diagrama, su­daryta pagal 1 lentelę, parodyta 13 pa­veiks­le.

            Ji tik patvirtina anksčiau pateiktas žinias apie SR trigerį: įėjimo signalų rinkinys SR = 00 yra pa­syvus, nekeičiantis tri­gerio būvio; SR = 10 nustato trigerio b būvį (q = 1), o SR = 01 – a būvį (q = 0).

Veikimo algoritmas

            Anksčiau minėjome, kad trigeriai ir schemos su tri­geriais vadi­nami  būvių automatais. Šių automatų veiki­mą galime aprašyti programiškai.

            SR trigerio veikimo algoritmas parodytas 15 paveiksle. Veikimo algoritmą blokinę schemą sudaro bū­vių bloke­liai, pažymėti raidėmis a (q = 0) ir b (q = 1), bei sprendimo priėmimo blokeliai. Išnagrinėję šį al­go­ritmą, galime įsitikinti, kad jis atitinka SR tri­gerio būvių kaitos lentelę ir diagramą.

Karno diagrama

            Remiantis trigerio charakteringąja lygtimi, jo būvių lentele arba dia­gra­ma, galima sudaryti trigerio Karno diagramą. Šios Karno diagramos argumentai, logi­niai kintamieji, yra trigerio vidiniai ir išoriniai įėjimo signalai q, S bei R; į dia­gra­­mą įrašo­ma loginė funkcija – kitas trigerio būvis Q.

            SR trigerio Karno diagrama parodyta 14 paveiksle.

            Karno diagrama labai gerai tinka tri­­­ge­­rio būvio stabilumui nustatyti: jei į dia­gramos langelį įrašyta trigerio kito būvio reikš­mė Q sutampa su šio trigerio būvio reikšme q, tai trigerio būvis yra stabilus, nes po laiko Dt q reikšmė išliks ta pati. Ir at­virkš­čiai, jei į diagramos langelį įrašyta tri­ge­rio kito būvio reikšmė Q skiriasi nuo šio trige­rio būvio reikšmės q, tai reiškia, kad trigerio būvis yra nesta­bilus, nes po laiko Dt q reikšmė pakis, sutaps su trigerio kito būvio reikšme Q. 14 paveiksle stabilūs trigerio būviai pabraukti.

            Pagal Karno diagramą galima užrašyti trigerio charakteringąją lygtį, tri­ge­rio kito būvio Q priklausomybę nuo vidinių ir išorinių įėjimo sig­nalų q, S ir R. Tuo tikslu diagramoje sudarome du vienetų kontūrus p1 ir p2 ir gauname, kad

            Q = p1 + p2 = SR + qR .

Įvykių diagrama

            Įvykių diagrama – tai modifikuota Karno diagrama, ku­rioje būvių kaitą vaizduoja strėlytės. Be to, į kva­dra­tėlius paprastai rašomi ne nuliai ir vienetai, bet juos atitinkantys būvių pavadinimai a ir b (16 pav.).

Kai išoriniai signalai S ir R pakinta taip, kad kitas trigerio būvis Q išlieka toks, koks buvęs, įvykių diagramoje tai vaizduoja horizontali rodyk­lė, nukreipta iš sta­bi­laus į stabilų būvį: iš a į a  arba iš  b  į  b.

Įvykius, kai išoriniai signalai keičia kitą trigerio būvį Q, vaizduoja laužta ro­dyk­lė, nukreipta horizontaliai iš sta­bi­laus būvio į nestabilų ir vertikaliai iš nesta­bi­laus būvio į naują stabilųjį.

Tokius du įvykius paaiškin­si­me pa­vyz­džiais.

1. Pradinis trigerio būvis aprašomas rinkiniu qSR = 110. Tegul pirmasis įvykis trigeryje yra įėjimo signalų pokytis iš SR = 10 į SR = 00. Per laiką Dt įvyksiantį pokytį 16 paveiksle vaizduoja horizontali rodyklė 1, nukreipta iš kvadratėlio 110 į kvadratėlį 100, tai yra iš stabilaus b į stabilų b.

2. Pradinis trigerio būvis qSR = 100. Antrasis įvykis – įėjimo sig­nalų pokytis SR = 00 ® 01. Perėjimas į naują būvį qSR = 101 vaizduojamas laužta rodykle 2, nukreipta horizontaliai iš stabilaus b į nestabilų a ir vertikaliai iš nesta­bi­laus a į stabilų b.

Atkreipkite dėmesį, kad kiekvienas įvykis visuomet baigiasi stabiliu būviu.

Įvykių diagrama vaizdžiai parodo įėjimo signalų rinkinio SR = 11 draudžia­mu­mą. Tarkime, kad pradi­nį trigerio būvį qSR = 011 nustatė draudžiamas įėji­mo signalų rinkinys SR = 11, po kurio į išori­nius trige­rio įėji­mus buvo paduotas pasyvus rinkinys SR = 00 (17 pav.). Tuomet iš kva­dra­tėlio 011 į kvadra­tėlį, į kurį nukreipia pasyvusis įėjimo signalų rinki­nys, galimi du keliai: pirmasis, kurį rodo rodyklė 1, per kvadratėlį 010 (nestabilų b) į kvadra­tėlį 110 (stabilų b) ir iš jo į galutinį būvį 100 (stabilų b); antrasis, kurį vaizduoja rodyklė 2, per kvadratėlį 001 (stabilų a) į kvadratėlį 000 (galutinį stabilų būvį a). Taigi, padavus draudžiamą įėjimo signalų rinkinį SR = 11 ir pasyvų įėjimo signalų rinkinį SR = 00, galimi du skirtingi trigerio galutiniai būviai: qSR = 001 (stabilus a) arba qSR = 000 (stabilus b). Į kokį būvį pereis trigeris, priklausys nuo to, kuriame trigerio įėjime – S ar R – vienetas šiek tiek anks­čiau taps nuliu (įvykių diagramoje tai atitinka arba kelią per kvadratėlį 010, arba kelią per kvadratėlį 001). Tokia situacija vadinama signalų lenktynėmis (angl. – race condi­tion). Signalai lenktyniauja tuomet, kai iš karto kei­čia­si abiejų įėjimų loginiai lygiai. Jei signalų lenktynės gali baigtis skirtingais trige­rio būviais, tai jos vadi­namos kritinėmis lenktynėmis (critical race).

SR trigeryje visos kitos signalų lenktynės, išskyrus SR = 11 kitimą į 00, yra nekri­ti­­nės: net jei įvykiai trigeryje vyktų skirtingais keliais, jie baigtųsi tais pačiais stabiliais trigerio bū­viais.

            Iš įvykių diagramos aptarimo išplaukia, kad, uždraudus įėji­mo signalų rin­ki­nį SR = 11 (arba tik SR kitimą iš 11 į 00), SR trigeris būtų visiškai apibrėžtų būvių įtaisas.

Laiko diagramos

            Trigerio veikimą galima aprašyti jo išėjimo signalų laiko diagramomis, su­da­rytomis pagal išorinių įėjimo signalų laiko diagramas.

Remdamiesi vėlinančiojo trigerio modeliu (12 pav.), sudarysime SR trige­rio išėjimo signalų q ir X laiko diagramas, kurios laiko atžvilgiu atitiktų konkrečias išorinių įėjimo signalų S ir R laiko diagra­mas.

Sudary­tose išėjimo signalų laiko dia­gramose (18 pav.) įvertinta tai, kad įėji­mo signalai SR trigerio schemoje vė­luo­ja lai­ku, lygiu vieno arba dviejų loginių elemen­tų vė­li­nimo lai­kams. Rodyklytės lai­ko dia­gramo­se sieja q arba X lygių pokyčius su jų priežas­ti­mi – S arba R signalų frontu. Skaičiais nuo 1 iki 11 sunumeruoti įvykiai trigerio schemoje – išori­nių įėjimo signalų poky­čiai.

 Sudarant q ir X signalų laiko dia­gra­mas, reikia prisiminti, kad tik įvykiai – įėji­mo signalų pokyčiai – gali tapti išėjimo signalo loginio lygio kitimo priežastimi; kita vertus, ne kiekvienas įvykis keičia trigerio būvį.

ĮVAIRŪS  TRIGERIAI

            Bazinius trigerius sudaro tik du loginiai elementai, susieti kryžminiais grįž­ta­­mai­siais ryšiais. Tai paprasčiausi trigeriai, paprasčiausios atminties ląstelės. Sudė­tin­gesni trigeriai sudaromi iš bazinio trigerio ir trigerį valdančios schemos. Valdan­čioji schema dažnai būna daug sudėtingesnė už bazinį trigerį.

Trigerių klasifikavimas

            Trigeriai klasifikuojami pagal įvairius požymius.

            Pagal keičiančius trigerio būvį įėjimo signalus trigeriai skirstomi į tris grupes:

            1. Elementarius potencialinius, arba lygiais vartomus (angl. – level trig­gered), trigerius. Jų būvius keičia (varto) žemi ir aukšti įtampos lygiai informaci­niuo­se įėjimuose, jei tai atlikti leidžia signalai trigerių valdymo įėjimuose. Valdy­mo įėjimų ir valdan­čių­jų sig­na­­lų šios gru­pės trigeriuose gali ir nebūti.

2. Impulsinius (pulse triggered), arba MS tipo, trigerius (šį pavadinimą išsi­aiš­­kinsime šiek tiek vėliau). Į informacinius įėji­mu­­s paduoti signalai nekeičia šios grupės trigerių būvio, kol nepasibaigia impul­sas trigerio valdymo įėjime. Dėl to jie dar vadi­na­mi trigeriais su atidėtuoju išėjimo signalu (postponed output).

3. Dinaminius, arba frontais valdomus (edge triggered), trigerius. Jų būvį infor­macinių įėjimų signalai keičia tik ir tik impulso val­dy­mo įėjime fronto (prieki­nio arba galinio – nelygu koks trigeris) metu.

Dar skiriami asinchroniniai ir sin­chro­ni­niai trigeriai. Asinchroninių trigerių būviai gali kisti bet kada ir juos lemia vien tik informacinių įėjimų sig­na­lai. Asin­chro­niniai būna tik elementarūs po­ten­cia­li­niai trigeriai. Sinchroniniai trigeriai be informacinių įėjimų dar turi valdymo (angl. – control) įėjimą C. Kartais jis vadi­na­mas sinchronizavimo (clock –  CK), kartais – leidimo (enable – E), įėjimu. Sinchro­ni­nių trigerių būvį taip pat keičia informacinių įėjimų signalai, bet tik tada, kai valdymo įėjime yra leidžiantis tai daryti signalas.

Pagal trigerio struk­tū­rą skiriami SR, D, JK ir T trigeriai.

SR trigeriai turi du informacinius įėjimus: S ir R. Aktyvūs šių įėjimų sig­na­lų rinkiniai SR = 10 ir SR = 01 nustato ir numeta trigerį; rinkinys 00 yra pasyvusis ir trigerio būvio nekeičia; rinkinys 11 – draudžiamas.

D trigeris – tai SR trigeris, turintis vieną informacinį įėjimą D = S. D trige­rių įėji­mas R sudaromas kaip įėjimo D = S inversija. Todėl ir signalai D = 1 bei       D = 0 yra aktyvūs ir atkartojami pagrindiniame trigerio iš­ėji­me. D trigeryje iš­spręs­ta draudžiamojo įėjimo signalų rinkinio SR = 11 problema: toks rinkinys tiesiog negalimas. Į šį trigerį taip pat neįmanoma paduoti pasyvaus rinkinio SR = 00.

JK trigeriai – tai trigeriai, kuriuose sudarytas kryžminis grįžtamasis ryšys tarp išėji­mų ir įėjimų. Dviejų informacinių įėjimų J ir K paskirtis tokia pati, kaip ir įėjimų S bei R.

T trigeriai – tai JK trigeriai, turintys vieną įėjimą J = K = T.

Konkretus trigeris gali turėti kelių grupių požymius. Ne visi trigerių tipai tai­komi prakti­koje, vieni labai plačiai paplitę, o kiti egzistuoja veikiau teo­riškai nei praktiškai.

Devintajame skyriuje minėjome, kad projektuoti sinchronines schemas yra pa­prasčiau nei asinchronines. Sinchroninėse schemose paprastai naudojami tik sinchroniniai trigeriai. Todėl toliau išsamiai aptarsime tik šiuos trige­rius. Šitaip sumažinsime nagrinėjamų trigerių variantų skai­čių. Išsi­aiš­kinę sinchro­ninių trigerių veikimą, suprasite, kaip veikia ir analogiški asinchroniniai trige­riai, nes asin­chro­ninis trigeris yra paprastesnis sin­chro­ninio trigerio variantas. Kita vertus, asin­chro­ninių bazinių SR ir ~S~R trigerių vei­ki­mas detaliai išnagrinėtas 10 skyriuje.

Elementarūs potencialiniai sinchroniniai trigeriai

                Šiame poskyryje nagrinėsime elementarių sinchroninių SR, D, JK ir T trige­rių schemas bei veikimą, aprašymo būdus ir savybes.

Sinchroniniai SR trigeriai

Prieš tai  nagrinėti baziniai SR ir ~S~R trigeriai yra potencia­li­niai trigeriai, nes jų būvius keičia aukšti ir žemi įtampų lygiai informaciniuose S ir R įėji­muose. Šie trigeriai yra asinchroniniai, nes jų būvius lemia vien tik informa­ci­nių įėjimų signalai.

            Visuose sinchroniniuose trigeriuose informaciniai signalai prieš patekdami į bazinio trigerio įėjimą turi praeiti pro laiko vartus (angl. – gates). Su tuo susietas daž­nai naudojamas angliškasis sinchroninių trigerių pavadinimas gated latches – tri­ge­riai su laiko vartais. Vartus valdo arba signalas C (con­trol – valdymo), arba CK (clock – sinchronizavimo), arba E (enable – leidimo). Kad ir kaip šie signalai būtų vadi­nami, jie yra vartininkai, praleidžiantys arba nepraleidžiantys į ba­zi­nį trigerį infor­­macinius signalus.

            Sinchroniniuose SR trigeriuose naudojami loginių elementų IR vartai, jei ba­zi­­nis trige­ris yra SR trigeris, arba loginių elementų IR-NE vartai, jei bazi­nis tri­ge­ris – ~S~R trigeris. Sinchroninio SR trigerio su baziniu SR trigeriu loginė sche­ma, funkcinė schema ir šio trigerio grafinis žymuo parodyti 19 pa­veiks­le.

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12