Un trigger è un elemento della tecnologia digitale, un dispositivo bistabile che passa a uno degli stati e può rimanere in esso indefinitamente anche quando i segnali esterni vengono rimossi. È costruito da elementi logici di primo livello (AND-NOT, OR-NOT, ecc.) e appartiene ai dispositivi logici di secondo livello.
In pratica, i flip-flop sono prodotti sotto forma di microcircuiti in un pacchetto separato o sono inclusi come elementi in grandi circuiti integrati (LSI) o array logici programmabili (PLM).
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Classificazione e tipi di sincronizzazione dei trigger
I trigger si dividono in due grandi classi:
- asincrono;
- sincrono (con clock).
La differenza fondamentale tra loro è che per la prima categoria di dispositivi, il livello del segnale in uscita cambia contemporaneamente alla variazione del segnale in ingresso (ingressi).Per i trigger sincroni, si verifica un cambiamento di stato solo se è presente un segnale di sincronizzazione (clock, strobo) all'ingresso previsto a tale scopo. Per questo, viene fornita un'uscita speciale, indicata dalla lettera C (orologio). A seconda del tipo di gating, gli elementi sincroni sono divisi in due classi:
- dinamico;
- statico.
Per il primo tipo, il livello di uscita cambia a seconda della configurazione dei segnali di ingresso al momento della comparsa del fronte (fronte di salita) o della caduta dell'impulso di clock (a seconda del tipo specifico di trigger). Tra la comparsa dei fronti di sincronizzazione (pendenze), qualsiasi segnale può essere applicato agli ingressi, lo stato del trigger non cambierà. Nella seconda opzione, il segno della timbratura non è una variazione di livello, ma la presenza di uno o zero all'ingresso Orologio. Esistono anche dispositivi trigger complessi classificati da:
- il numero di stati stabili (3 o più, contro 2 per gli elementi principali);
- il numero dei livelli (anche più di 3);
- altre caratteristiche.
Gli elementi complessi sono di uso limitato in dispositivi specifici.
Tipi di trigger e come funzionano
Esistono diversi tipi di base di trigger. Prima di comprendere le differenze, è necessario notare una proprietà comune: quando viene applicata l'alimentazione, l'uscita di qualsiasi dispositivo viene impostata su uno stato arbitrario. Se questo è fondamentale per il funzionamento complessivo del circuito, devono essere previsti circuiti di preimpostazione. Nel caso più semplice, si tratta di un circuito RC che genera un segnale per impostare lo stato iniziale.
Infradito RS
Il tipo più comune di dispositivo bistabile asincrono è il flip-flop RS. Si riferisce ai flip-flop con impostazione separata dello stato 0 e 1.Ci sono due input per questo:
- S - set (installazione);
- R - ripristino (ripristino).
Esiste un'uscita diretta Q, può esserci anche un'uscita invertita Q1. Il livello logico su di esso è sempre l'opposto del livello su Q - questo è utile quando si progettano circuiti.
Quando viene applicato un livello positivo all'ingresso S, l'uscita Q verrà impostata su un'unità logica (se è presente un'uscita invertita, andrà al livello 0). Successivamente, all'ingresso della configurazione, il segnale può cambiare a piacere - ciò non influirà sul livello di uscita. Finché non appare un 1 sull'ingresso R. Questo imposterà il flip-flop allo stato 0 (1 sull'uscita invertita). Ora la modifica del segnale all'ingresso di ripristino non influirà sull'ulteriore stato dell'elemento.
Importante! L'opzione quando è presente un'unità logica su entrambi gli ingressi è vietata. Il trigger verrà impostato su uno stato arbitrario. Quando si progettano schemi, questa situazione dovrebbe essere evitata.
Un flip-flop RS può essere costruito sulla base di elementi NAND a due ingressi ampiamente utilizzati. Questo metodo è implementato sia su microcircuiti convenzionali che all'interno di matrici programmabili.
Uno o entrambi gli ingressi possono essere invertiti. Ciò significa che su questi pin, il trigger è controllato dall'aspetto non di un livello alto, ma di un livello basso.
Se costruisci un flip-flop RS su elementi AND-NOT a due ingressi, entrambi gli ingressi saranno inversi, controllati dalla fornitura di uno zero logico.
Esiste una versione gated del flip-flop RS. Dispone di un ingresso aggiuntivo C. La commutazione avviene quando sono soddisfatte due condizioni:
- la presenza di un livello alto all'ingresso Set o Reset;
- la presenza di un segnale di clock.
Tale elemento viene utilizzato nei casi in cui la commutazione debba essere ritardata, ad esempio al momento della fine dei transitori.
D infradito
D-trigger ("trigger trasparente", "latch", latch) appartiene alla categoria dei dispositivi sincroni, con clock dall'ingresso C. C'è anche un ingresso dati D (Dati). In termini di funzionalità, il dispositivo appartiene ai trigger con la ricezione di informazioni tramite un input.
Finché all'ingresso di clock è presente uno logico, il segnale all'uscita Q ripete il segnale all'ingresso dati (modalità trasparenza). Non appena il livello dello stroboscopio passa allo stato 0, il livello all'uscita Q rimarrà lo stesso che era al momento del fronte (latch). Quindi puoi correggere il livello di ingresso all'ingresso in qualsiasi momento. Ci sono anche D-flip-flop con clock sul davanti. Agganciano il segnale sul fronte positivo dello strobo.
In pratica, due tipi di dispositivi bistabili possono essere combinati in un unico microcircuito. Ad esempio, D e RS flip-flop. In questo caso, gli ingressi Set/Reset hanno la priorità. Se c'è uno zero logico su di essi, l'elemento si comporta come un normale D-flip-flop. Quando si verifica un livello alto in almeno un ingresso, l'uscita è impostata su 0 o 1, indipendentemente dai segnali agli ingressi C e D.
La trasparenza di un flip-flop D non è sempre una caratteristica utile. Per evitarlo vengono utilizzati elementi doppi (flip-flop, trigger "clapping"), indicati dalle lettere TT. Il primo trigger è un normale latch che passa il segnale di ingresso all'uscita. Il secondo trigger funge da elemento di memoria. Entrambi i dispositivi sono sincronizzati con uno strobo.
Infradito a T
Il T-trigger appartiene alla classe degli elementi bistabili numerabili. La logica del suo lavoro è semplice: cambia il suo stato ogni volta che l'unità logica successiva arriva al suo input.Se viene applicato un segnale a impulsi all'ingresso, la frequenza di uscita sarà il doppio dell'ingresso. All'uscita invertita, il segnale sarà sfasato rispetto a quello diretto.
Ecco come funziona un T-flip-flop asincrono. C'è anche un'opzione sincrona. Quando un segnale a impulsi viene applicato all'ingresso del clock e in presenza di un'unità logica all'uscita T, l'elemento si comporta allo stesso modo di un asincrono: divide a metà la frequenza di ingresso. Se il pin T è zero logico, l'uscita Q è impostata a bassa, indipendentemente dalla presenza di strobo.
Infradito JK
Questo elemento bistabile appartiene alla categoria degli universali. Può essere controllato separatamente dagli ingressi. La logica del flip-flop JK è simile al lavoro dell'elemento RS. L'ingresso J (Lavoro) viene utilizzato per impostare l'uscita su uno. Un livello alto sul pin K (Keep) azzera l'uscita. La differenza fondamentale rispetto al trigger RS è che non è vietata la comparsa simultanea di quelli su due ingressi di controllo. In questo caso, l'output dell'elemento cambia il suo stato nell'opposto.
Se le uscite Job e Keep sono collegate, il flip-flop JK si trasforma in un T-flip-flop di conteggio asincrono. Quando un'onda quadra viene applicata all'ingresso combinato, l'uscita sarà la metà della frequenza. Come l'elemento RS, esiste una versione con clock del flip-flop JK. In pratica vengono utilizzati principalmente elementi gated di questo tipo.
Uso pratico
La proprietà dei trigger di conservare le informazioni registrate anche quando i segnali esterni vengono rimossi consente di utilizzarli come celle di memoria con una capacità di 1 bit.Da singoli elementi, puoi costruire una matrice per la memorizzazione di stati binari - secondo questo principio, vengono costruite memorie statiche ad accesso casuale (SRAM). Una caratteristica di tale memoria è un semplice circuito che non richiede controller aggiuntivi. Pertanto, tali SRAM vengono utilizzate nei controller e nei PLA. Ma la bassa densità di registrazione impedisce l'uso di tali matrici nei PC e in altri potenti sistemi informatici.
L'uso dei flip-flop come divisori di frequenza è stato menzionato sopra. Gli elementi bistabili possono essere collegati in catene e ottenere diversi rapporti di divisione. La stessa stringa può essere utilizzata come contatore di impulsi. Per fare ciò, è necessario leggere lo stato delle uscite dagli elementi intermedi in ogni momento: si otterrà un codice binario corrispondente al numero di impulsi che sono arrivati all'ingresso del primo elemento.
A seconda del tipo di trigger applicati, i contatori possono essere sincroni o asincroni. I convertitori da seriale a parallelo sono basati sullo stesso principio, ma qui vengono utilizzati solo elementi gated. Inoltre, le linee di ritardo digitali e altri elementi della tecnologia binaria sono costruiti su trigger.
I flip-flop RS sono usati come morsetti di livello (soppressori di rimbalzo). Se gli interruttori meccanici (pulsanti, interruttori) vengono utilizzati come sorgenti di livello logico, quando vengono premuti, l'effetto di rimbalzo formerà molti segnali invece di uno. Il flip-flop RS combatte con successo questo.
La portata dei dispositivi bistabili è ampia. La gamma di compiti risolti con il loro aiuto dipende in gran parte dall'immaginazione del progettista, specialmente nel campo delle soluzioni non standard.
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