Il trigger è un componente digitale, un dispositivo bistabile che passa in uno stato e può rimanere in questo stato indefinitamente anche quando i segnali esterni vengono rimossi. È costruito da elementi logici di primo livello (AND-NE, OR-NE, ecc.) e si riferisce a dispositivi logici di secondo livello.
In pratica, i trigger sono disponibili come microcircuiti in un pacchetto separato o come elementi in grandi circuiti integrati (LSI) o matrici logiche programmabili (PLM).
Contenuto
Classificazione e tipi di tempi di attivazione
I trigger sono divisi in due grandi classi
- Asincrono;
- Sincrono (sincronizzato).
La differenza fondamentale tra loro è che nella prima categoria di dispositivi il livello del segnale di uscita cambia simultaneamente al cambiamento del segnale all'ingresso(i). I trigger sincroni cambiano stato solo quando c'è un segnale di clock all'ingresso previsto per questo scopo. Un'uscita speciale, indicata dalla lettera C (clock), è prevista per questo scopo. Gli elementi sincroni sono divisi in due classi secondo il tipo di gating:
- dinamica;
- statico.
Nel primo tipo, il livello di uscita cambia a seconda della configurazione dei segnali di ingresso nel momento in cui appare il bordo (leading edge) o il bordo di discesa dell'impulso di clock (a seconda del tipo specifico di trigger). Qualsiasi segnale può essere alimentato agli ingressi tra i bordi di apparizione (decadimenti), lo stato di trigger non cambierà. Il secondo non cambia il livello, ma uno o zero sull'ingresso Clock è un segno di clocking. Ci sono anche dispositivi di attivazione complessi, classificati secondo:
- Il numero di stati stabili (3 e più, contro 2 per gli elementi di base);
- Numero di livelli (anche più di 3);
- Altre caratteristiche.
Gli elementi complessi sono di uso limitato in dispositivi specifici.
Tipi di trigger e come funzionano
Ci sono diversi tipi di base di trigger. Prima di spiegare le differenze, vale la pena notare un elemento comune: l'uscita di qualsiasi dispositivo è impostata su uno stato arbitrario quando viene applicata l'alimentazione. Se questo è critico per il funzionamento generale del circuito, è necessario prevedere dei circuiti di preregolazione. Nel caso più semplice, si tratta di un circuito RC che genera un segnale di impostazione dello stato iniziale.
RS innesca
Il tipo più comune di dispositivo bistabile asincrono è il trigger RS. Si parla di trigger con impostazione separata degli stati 0 e 1. Ci sono due ingressi per questo:
- S - set;
- R - reset.
Ha un'uscita diretta Q e può anche essere invertita Q1. Il livello logico su questa uscita è sempre opposto a quello di Q, il che è utile nella progettazione dei circuiti.
Applicando un livello positivo all'ingresso S, l'uscita Q sarà impostata su 1 logico (se c'è un'uscita inversa, andrà a livello 0). Il segnale può quindi cambiare come desiderato all'ingresso di impostazione - il livello di uscita non sarà influenzato. Finché ne appare uno sull'ingresso R. Questo imposterà il trigger allo stato 0 (1 sul pin inverso). Cambiare il segnale all'ingresso di reset non avrà alcun effetto sull'ulteriore stato dell'elemento.
Importante! L'opzione con 1 logico su entrambi gli ingressi è vietata. Il trigger sarà impostato su uno stato arbitrario. Questa situazione deve essere evitata quando si progettano i circuiti.
L'RS-Trigger può essere costruito con elementi I-NE a doppio ingresso comunemente usati. Questo metodo è fattibile su circuiti integrati convenzionali così come all'interno di matrici programmabili.
Uno o entrambi gli ingressi possono essere invertiti. Ciò significa che su questi pin il trigger è controllato dalla comparsa di un livello basso piuttosto che alto.
Se il trigger RS è costruito con elementi I-NE a doppio ingresso, entrambi gli ingressi saranno invertiti - controllati dall'alimentazione di uno zero logico.
C'è una versione gated del trigger RS. Ha un ingresso C aggiuntivo. La commutazione avviene se si verificano due condizioni:
- presenza di un livello alto all'ingresso Set o Reset;
- Presenza di un segnale di clock.
Un tale elemento viene utilizzato quando il tempo di commutazione deve essere ritardato, per esempio, durante la fine dei transitori.
D-triggers
Il D-trigger (trigger trasparente, latch) appartiene alla categoria dei dispositivi sincroni, con clock sull'ingresso C. Ha anche un ingresso dati D (Data). In termini di funzionalità, il dispositivo appartiene alla categoria dei trigger con un singolo ingresso.
Finché è presente uno logico all'ingresso del clock, il segnale all'uscita Q ripete il segnale all'ingresso dati (modalità trasparenza). Non appena il livello dello strobo va a 0, il livello all'uscita Q rimane lo stesso che era al momento della caduta (latched). In questo modo è possibile bloccare il livello d'ingresso in qualsiasi momento. Ci sono anche D-triggers che sono edge-triggered. Essi bloccano il segnale sul fronte positivo dello stroboscopio.
In pratica, due tipi di dispositivi bistabili possono essere combinati in un chip. Per esempio, un innesco D e un innesco RS. In questo caso gli ingressi Set/Reset hanno la priorità. Se su di essi è presente uno zero logico, l'elemento si comporta come un normale D-trigger. Se almeno un ingresso ha un livello alto, l'uscita è impostata su 0 o 1 indipendentemente dai segnali sugli ingressi C e D.
La trasparenza del D-trigger non è sempre una caratteristica utile. Per evitare questo, si usano elementi doppi (flip-flop trigger) che sono indicati con le lettere TT. Il primo trigger è un semplice latch che permette al segnale d'ingresso di fluire verso l'uscita. Il secondo grilletto serve come elemento di memoria. Entrambi sono temporizzati dallo stesso gate.
I T-triggers .
L'innesco T è un elemento bistabile numerabile. La logica è semplice, cambia il suo stato ogni volta che il prossimo logico è al suo ingresso. Se un segnale a impulsi viene applicato al suo ingresso, la frequenza di uscita sarà due volte più alta della frequenza di ingresso. Il segnale all'uscita inversa sarà fuori fase rispetto all'uscita diretta.
Ecco come funziona un T-trigger asincrono. Esiste anche una variante sincrona. Quando un segnale a impulsi è applicato all'ingresso del clock e un uno logico è presente al pin T, l'elemento si comporta allo stesso modo di un elemento asincrono - dividendo la frequenza di ingresso a metà. Se il pin T è zero, l'uscita Q è impostata su basso indipendentemente dalla presenza di gate.
JK innesca.
Questo elemento bistabile appartiene alla categoria universale. Può essere controllato separatamente dagli ingressi. La logica del trigger JK è simile a quella dell'elemento RS. L'ingresso J (Job) è usato per impostare l'uscita su uno. Un livello alto sul pin K (Keep) azzera l'uscita. La differenza fondamentale con il trigger RS è che non è proibito il verificarsi simultaneo di uno sui due ingressi di controllo. In questo caso l'uscita dell'elemento cambia il suo stato al contrario.
Se le uscite Job e Keep sono collegate, il trigger JK diventa un T-trigger a conteggio asincrono. Quando un meandro è applicato all'ingresso combinato, l'uscita sarà la metà della frequenza. Come per l'elemento RS, c'è una versione sincronizzata del trigger JK. In pratica, sono soprattutto gli elementi gated di questo tipo ad essere utilizzati.
Applicazione pratica
Grazie alla loro proprietà di conservare le informazioni anche quando i segnali esterni vengono rimossi, i trigger possono essere utilizzati come cellule di memoria con una capacità di 1 bit. Una matrice può essere costruita da elementi singoli per memorizzare stati binari - questo è il principio utilizzato per costruire memorie statiche ad accesso casuale (SRAM). Una caratteristica speciale di questa memoria è il suo circuito semplice che non richiede controller aggiuntivi. Perciò queste SRAM sono utilizzate nei PLC e nei PM. Ma la bassa densità di scrittura ostacola l'uso di tali matrici nei PC e in altri potenti sistemi di calcolo.
L'uso dei trigger come divisori di frequenza è stato menzionato sopra. Gli elementi bistabili possono essere collegati in catene per ottenere diversi fattori di divisione. La stessa catena può anche essere usata come contatore di impulsi. Questo viene fatto leggendo dagli elementi intermedi lo stato delle uscite in ogni momento del tempo - si ottiene un codice binario corrispondente al numero di impulsi che arrivano all'ingresso del primo elemento.
A seconda del tipo di trigger utilizzato, i contatori possono essere sincroni o asincroni. Lo stesso principio è usato per i convertitori di codice sequenziale in codice parallelo, ma qui si usano solo elementi che possono essere gated. Inoltre, le linee di ritardo digitali e altri elementi binari sono costruiti su trigger.
I trigger RS sono utilizzati come fermi di livello (soppressori di rimbalzo dei contatti). Se gli interruttori meccanici (pulsanti, interruttori) sono usati come sorgenti di livello logico, un effetto di rimbalzo formerà più segnali invece di uno quando viene premuto. Questo può essere contrastato con successo dal trigger RS.
La gamma di applicazioni dei dispositivi bistabili è ampia. La gamma di compiti che possono essere risolti con loro dipende in gran parte dall'immaginazione del progettista, soprattutto nel campo delle soluzioni non standard.
Articoli correlati:
