Принципът на работа на тригерните схеми
Пендахулуан
Тригерните схеми са един от основните градивни елементи на цифровата електроника, позволяващ съхранението и обработката на двоична информация (битове). Тригерите се предлагат в много видове и имат широк спектър от приложения, от съхранение на данни до сложни логически схеми. Тази статия има за цел да се задълбочи в принципите на работа на тригерите, различните видове и техните приложения в електрониката.
Основни принципи на работа
Тригерът е по същество бистабилна схема, което означава, че може да съществува в едно от две стабилни състояния. Тази схема е способна да поддържа тези състояния без необходимост от непрекъснат входен сигнал. За разлика от простите логически елементи, които незабавно променят изхода си въз основа на входния сигнал, тригерът може да „запомни“ последното си състояние.
SR тригер
Най-основният тип тригер е SR (Set-Reset) тригер. Основните компоненти на SR тригера са два взаимосвързани NOR или NAND гейта. Ето таблицата на истинност за SR тригер, използващ NOR гейтове:
| S (Задаване) | R (Нулиране) | Q (Изход) | Q' (Изходно допълнение) |
|————|————–|————|————————|
| 0 | 0 | Q (предишен) | Q' (предишен) |
| 0 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | Неопределено| Неопределено |
Ситуацията в таблицата, където S и R са едновременно 1, е нестабилно условие и не се използва на практика.
D Тригер
За да се реши проблемът със забраненото състояние в SR тригерите, беше въведен D тригерът. D тригерът опростява входа, като има само един вход за данни (D) и един вход за тактов сигнал (C). Изходът ще промени състоянието си само когато е наличен тактов сигнал. Ето таблицата на истинност за D тригера:
| D | Тактова честота | Q (Изход) | Q' (Изходно допълнение) |
|—|——-|————|————————|
| 0 | ↑ | 0 | 1 |
| 1 | ↑ | 1 | 0 |
Когато се появи нарастващият фронт на тактовия сигнал, изходът Q ще следва стойността на D.
JK Флип-флоп
JK тригерът е допълнително подобрение на SR тригера, елиминирайки това нестабилно състояние. JK тригерът има два входа, J и K, и вход за тактова честота. Таблицата му на истинност е следната:
| J | K | Тактова честота | Q (Изход) | Q' (Изходно допълнение) |
|——|——|——-|————|————————|
| 0 | 0 | ↑ | Q (предишен) | Q' (предишен) |
| 0 | 1 | ↑ | 0 | 1 |
| 1 | 0 | ↑ | 1 | 0 |
| 1 | 1 | ↑ | Q' (предишен) | Q (предишен) |
Когато входовете J и K са 1, изходът ще бъде допълнение към предишното състояние или, технически казано, „превключване“.
Т-тригер
Т-тригерът или превключващият тригер е вариант на JK тригера, при който двата входа J и K са свързани заедно и са обозначени с T. Това кара изхода Q да променя състоянието си всеки път, когато има фронт на тактовия сигнал. Таблицата на истинност е следната:
| T | Тактова честота | Q (Изход) | Q' (Изходно допълнение) |
|—|——-|————|————————|
| 0 | ↑ | Q (предишен) | Q' (предишен) |
| 1 | ↑ | Q' (предишен) | Q (предишен) |
Внедряване и приложение
Регистри и памет
Едно от основните приложения на тригерите е в регистрите и паметта. Регистърът е съвкупност от тригери, които съхраняват битове данни; обикновено един тригер съхранява един бит. Регистрите се използват широко в микропроцесорите за временно съхраняване на обработваните данни. Чрез свързване на множество тригери можем да създадем регистър с определена битова ширина, например 8-битова или 16-битова.
Компютърната памет, като SRAM (статична RAM), съдържа голяма матрица от тригери, до които може да се осъществи достъп за четене или запис на данни.
Брояч и таймер
Тригерите се използват също в схеми за броячи и таймери. Броячът е схема, която брои тактов сигнал и го преобразува в двоична форма, която може да се използва за отчитане на времето или като индекс. Прост пример е използването на T тригери последователно за създаване на двоичен брояч.
Shift регистър
Регистърът за отместване е вид регистър, който може да отмества битовете си с данни наляво или надясно. Използва се в различни приложения, като например серийно-паралелна обработка на данни, където данните се сериализират или паралелизират за изпращане или получаване от системата.
Логически контролер
Поради същността на тригерите, които съхраняват състоянието, те се използват в логически контролери за проследяване на състоянието или прехода на верига въз основа на входни събития. Пример за това е машина на състоянията, която изпълнява специфична операция въз основа на текущото си състояние и входния сигнал, който получава.
Заключение
Тригерите са основен компонент в цифровите електронни схеми. Чрез различни видове тригери, като SR, D, JK и T тригери, можем да постигнем широк спектър от функции и приложения, вариращи от просто съхранение на данни до сложно логическо управление. Разбирането на принципите на работа на тригерите и техните приложения ни позволява да проектираме по-ефективни и ефективни цифрови системи според нашите нужди. Като един от основните градивни елементи в света на електрониката, тригерите ще останат ключов компонент в бъдещите технологични иновации.
