В цифровой электронике, при создании таких устройств, как счетчики, анализаторы или элементы автоматики, недостаточно только логических микросхем. Требуются также элементы, способные хранить информацию. Системы, использующие такие элементы памяти, называют последовательностными или автоматами с памятью. В отличие от них, комбинационные системы, состоящие только из логических элементов, не обладают памятью о предыдущих состояниях.
Триггер как базовый элемент памяти
Ключевым строительным блоком для последовательностных схем является триггер. Это устройство, характеризующееся несколькими (чаще всего двумя) состояниями устойчивого равновесия. Для хранения данных обычно применяют бистабильные триггеры, что идеально подходит для двоичной логики, где сигнал может принимать только два значения: логический «0» или «1». Важной особенностью является то, что сигналы на основном и инверсном выходах всегда противоположны. Состояние триггера может сохраняться сколь угодно долго (при условии наличия питания) и изменяется только при подаче определенной комбинации сигналов на его входы.
Запись информации в триггер, как правило, осуществляется через схему управления (СУ), которая вместе с самим триггером образует триггерную систему.
Классификация входов и типов триггеров
Входы триггерной системы можно разделить на три основные категории:
- Информационные: используются для записи данных.
- Установочные: служат для предварительной установки триггера в заданное исходное состояние перед началом работы.
- Тактовые (синхронизирующие): присутствуют только у синхронных (тактируемых) триггеров. Они переключаются в новое состояние только в момент прихода тактового импульса, если на информационных входах присутствует нужная комбинация сигналов. Асинхронные (нетакируемые) триггеры переключаются немедленно при изменении сигналов на информационных входах.
При тестировании элементов памяти их поведение не всегда можно точно предсказать теоретически. Большинство методов тестирования основано на подаче таких входных воздействий, которые гарантированно устанавливают элемент в определенное известное состояние.
Основные типы: D, T и RS
К фундаментальным типам триггеров относятся D-, T- и RS-триггеры. Многие другие, более сложные разновидности, могут быть построены на их комбинации. Работоспособность элемента памяти, как и комбинационного элемента, оценивается по таблице срабатывания (переходов). Однако для триггеров последующее состояние зависит не только от текущего входного набора, но и от предыдущего состояния элемента. Это создает специфическую задачу — определение однозначного исходного состояния памяти перед тестированием или началом работы.
На рисунке 17.2 представлена схема простейшего D-триггера, управляемого уровнем сигнала.
Существуют также DV-триггеры, которые имеют дополнительный управляющий вход V (на схеме обозначен пунктиром). Когда на вход V подана логическая «1», триггер работает как обычный D-триггер. Если же V = «0», триггер блокируется и не реагирует на изменения на информационном входе D, сохраняя свое состояние.
