на базе чего был создан триггер
Воссоздание первого триггера
Фундаментальный строительный блок современных цифровых схем празднует своё столетие
Многим инженерам знакомы имена Ли де Фореста, изобретателя усиливающей электронной лампы, Уолтера Браттейна и Уильяма Шокли, изобретателей транзистора. Однако мало кто знает Уильяма Экклза и Ф.У. Джордана, зарегистрировавших патент на триггер 100 лет назад, в июне 1918-го. Триггер – ключевой строительный блок цифровых контуров: он работает как электронный переключатель, который можно установить в положение вкл или выкл, в котором он и останется даже после прекращения подачи контрольного сигнала. Это позволяет схемам запоминать и синхронизировать их состояния, и следовательно, выполнять секвенциальные логические операции.
Триггер был создан до цифровой эры в виде реле для радиосхем. О его существовании рассказала статья в выпуске журнала The Radio Review от декабря 1919 года, а два десятилетия спустя триггер окажется в компьютере «Колосс», созданном в Англии для взлома немецких военных кодов, и в компьютере ENIAC в США.
Современные триггеры в неисчислимых количествах изготавливаются из транзисторов в интегральных схемах, но в честь столетия триггера я решил воспроизвести изначальную схему Экклза и Джордана как можно ближе к оригиналу.
Контур построен на двух электронных лампах, поэтому я начал с них. Экклз и Джордан, скорее всего, использовали лампы Аудион или их британские копии. Аудион изобрёл де Форест, и это была первая электронная лампа, демонстрировавшая усиление, и позволявшая слабому сигналу, подаваемому на сетку, контролировать гораздо более сильный электрический ток, текущий с катода на анод. Но ранние лампы изготавливались вручную и были ненадёжными, и сегодня приобретать работающую пару таких ламп было бы непрактично.
Работая по рисункам, взятым из разных источников, включая патент Экклза и Джордана (внизу), я воссоздал их схему и подобрал сопротивления методом проб и ошибок (вверху).
В триггере лампы перекрёстно соединены так, чтобы соблюдался баланс, при помощи пары резисторов, управляющих напряжением. Балансировка означает, что отключение, даже мгновенное, одной лампы, включает вторую, и удерживает первую выключенной. Такое состояние держится до тех пор, пока вторую лампу не отключает контрольный сигнал, что заставляет первую лампу включиться, а вторую держит выключенной.
Для достижения нужного баланса необходимо было точно подобрать значения резисторов. В лаборатории Экклз и Джордан использовали бы инструмент под названием «магазин сопротивлений» [resistor decade box], громоздкое устройство, позволяющее при помощи рукоятки подключать различные сопротивления в различные точки схемы. Из соображений экономии места я решил использовать фиксированные резисторы модели, подходящей по времени для патента.
Я смог достать такие резисторы из коллекции старинных радиоприёмников, собранной мною за много лет. В 1920-х произошёл взрывной рост производства радио, в результате чего у меня есть довольно много старых радиоприёмников, не поддающихся классификации и восстановлению, поэтому я не очень огорчился, разбирая их на запчасти. Резисторы, изготовленные до 1925 года, обычно располагались в гнёздах, а не припаивались на плату, поэтому извлекать их было нетрудно.
Батарейки я использовал современные, чтобы не связываться с жидкими батареями, которыми наверняка пользовались изобретатели. Одна из проблем ламповых схем связана с необходимостью наличия нескольких различных напряжений. Четыре батарейки D, установленные последовательно, дают 6 В, необходимые для ламп-индикаторов и нитей. Последовательно соединив одиннадцать батареек на 9 В, я получил 99 В, необходимые для пластины лампы. Сходным образом сделанный источник питания на 63 В необходим для отрицательного тока смещения сеток. Старомодные кнопки дверного звонка позволили мне подключить 9 В для контрольных импульсов. Для демонстрации состояния триггера я использовал чувствительные старинные телеграфные реле, управляющие миниатюрными лампами накаливания.
После множества проб, ошибок и подстроек моих компонентов, которым почти по 100 лет, спустя год я, наконец, сумел достичь стабильной работы этой почтенной схемы!
Телеграфные реле и лампы можно заменить недорогими неоновыми лампами NE-2. Их нужно подключить между пластинами 6J5 и батарейками, чтобы они светились, когда лампа не проводит, и гасли, когда она проводит, опуская напряжение пластины. Учтите, что 6J5 – лампы косвенного накала, поэтому катод необходимо заземлить, а на накал отдельно подавать 6 В, в отличии от оригинальной схемы.
Выбор батареи для тока смещения потребует экспериментов, и для 6J5, скорее всего, будет нужно меньше, чем 63 В, использовавшихся для 01A. Что до использовавшихся сопротивлений, их значения необходимо полагать приблизительными, и для точного совмещения трёх пар придётся приложить некоторые усилия.
Компоненты ПК | Триггер
Триггер (триггерная система) — класс электронных устройств, обладающих способностью длительно находиться в одном из двух устойчивых состояний и чередовать их под воздействием внешних сигналов. Каждое состояние триггера легко распознаётся по значению выходного напряжения. По характеру действия триггеры относятся к импульсным устройствам — их активные элементы (транзисторы, лампы) работают в ключевом режиме, а смена состояний длится очень короткое время.
Отличительной особенностью триггера как функционального устройства является свойство запоминания двоичной информации. Под памятью триггера подразумевают способность оставаться в одном из двух состояний и после прекращения действия переключающего сигнала. Приняв одно из состояний за «1», а другое за «0», можно считать, что триггер хранит (помнит) один разряд числа, записанного в двоичном коде.
При изготовлении триггеров применяются преимущественно полупроводниковые приборы (обычно биполярные и полевые транзисторы), в прошлом — электромагнитные реле, электронные лампы. В настоящее время логические схемы, в том числе с использованием триггеров, создают в интегрированных средах разработки под различные программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС). Используются, в основном, в вычислительной технике для организации компонентов вычислительных систем: регистров, счётчиков, процессоров, ОЗУ.
История
Схемы первого триггера
Согласно данным исследователей, в нынешнем виде триггеры D, T, RS и JK обсуждались впервые в 1954 году, в рамках одного из курсов Монтгомери Фистера из Университета Лос-Анджелеса, а затем упоминались в книге упомянутого учёного мужа по разработке компьютеров. Все названия изобретены им за исключением JK. А это взято из работ Элдреда Нельсона, который в собственных текстах давал триггерам имена, попарно заимствуя из латинского алфавита: А и В, C и D. И один из них назывался JK. Фистер без каких-либо изменений перенял это наименование.
Асинхронные триггеры часто называют защёлками, и речь о них заводится в контексте с устройствами памяти. Тогда как прочие – тактируемые. Любой триггер может быть построен на паре любых переключателей, в том числе и транзисторов.
Термин триггер широко используется в разных отраслях, как синоним спускового механизма, переключателя. Геймеры так называют гашетку, а программисты – тестовый скрипт, позволяющий оценить наличие того или иного объекта в виртуальной реальности. Вот почему при столкновении со словосочетанием «дед триггер» меньше всего имеется необходимости вспоминать про бабушку. Недаром ещё Задорнов шутил, что словосочетание дед Мороз совершенно ужасно звучит для англичан.
Триггер
Триггер – элемент цифровой техники, предназначенный формировать на выходе информационный сигнал в соответствии с некой простейшей функцией. В зависимости от функции триггеры делят на ряд видов.
Значения слова триггер
Прежде, нежели окунаться в дебри цифровой техники, заметим: термин триггер используется в разных отраслях синонимом спускового механизма, переключателя. Геймеры называют словцом гашетку, программисты – тестовый скрипт, помогающий оценить наличие объекта в виртуальной реальности.
Геймерам заметим, игра Dead Trigger 2 (продолжение одноименного шутера) неудачная, если бы целиком не предназначалась владельцам мобильных устройств. Операционная система Андроид. Представьте примитивную смесь Quake и Counter Strike, чтобы скудно понять, с чем придется столкнуться главному герою. На ограниченной размерами карте бродит куча зомби, которых герой обязан перебить. Попаданиями в голову значительно ускорите процесс, хотя каждое в отдельности не фиксируется. Вылитый Counter Strike.
Триггер цифровой техники
Под триггером цифровая техника понимают простейший автомат с двумя состояниями. Переход меж ними задается функцией, сообразно которой выделяют разновидности (RS, D, T, JK). В схемах триггер изображается чаще прямоугольной рамкой-телом, снабженной несколькими входами, парой выходов (вида боковых ножек), ставится буква из приведенных выше. Иногда устройство синхронное. Тогда ко входам добавляется буква С, ловящая тактовые импульсы. Прочие триггеры асинхронные.
В зависимости от реализуемой функции различают разновидности устройств:
Покажется удивительным, на базе бедного набора функций удается собрать сложные конгломераты. В природе встречаются JK-триггеры, называемые универсальными. За счет специфической конструкции допускают подачу на оба входа логических единиц, подобное неспособны пережить RS-триггеры. JK-триггер реализует концепцию счетчика. В других ситуациях поведение подобное RS. Давайте рассмотрим подробнее элементы цифровой техники.
Общий признак триггеров
История создания
Первый триггер предложен в 1918 году Вильямом Экклзом, Франком Джорданом. Составлен двумя вакуумными трубками, дизайн использовался техникой, включая Британский компьютер Колосс (1943 год). Затем техническое решение плавно перекочевало в полупроводниковую технику, частенько называется мультивибраторами за специфическое поведение.
Согласно изысканиям исследователей, в нынешнем виде триггеры D, T, RS, JK обсуждались впервые в 1954 году, ограниченные рамками учебного курсов Монтгомери Фистера, Университет Лос-Анджелеса, затем упоминались книгой ученого мужа, затрагивающей конструирование компьютеров. Названия изобретены лектором, исключая JK. Последнее взято из работ Элдреда Нельсона, в собственных текстах дающего триггерам имена, попарно заимствуя из латинского алфавита: А-В, C-D. Один назывался JK. Фистер, избегая изменений, перенял наименование.
Асинхронные триггеры часто называют защелками, речь заводится в контексте устройств памяти. Прочие – тактируемые. Произвольный триггер может быть построен на паре переключателей, включая транзисторы.
Схемы ламповых триггеров
Выходы и состояния
Каждый триггер снабжен двумя выходами, один обозначается надчеркнутой буквой Q, кружком в области присоединения «ножки», является инверсным. Если на главном выходе 1, здесь будет нуль. Понятно из контекста, состояний триггера два. Инверсными считают входы. Логика меняется на противоположную. Единица на S входе приводит к установке выходом нуля.
Состав триггера
Каждый триггер представим сформированным простейшими элементами произвольной базовой логики набора микросхем. КМОП, ТТЛ, ТТЛШ, ЭСЛ. Состав каждой содержит базис, элементы И-НЕ (обозначаются символом &), ИЛИ-НЕ (обозначаются 1). Удается построить из кирпичиков необходимые триггеры. Гораздо чаще состав пополнен готовыми техническими решениями. Например, К555ТР2, представляет 4 RS-триггера, объединенных одним корпусом.
До ограждения огорода потрудитесь раздобыть хороший справочник по микросхемам посмотреть, что изобретено на данный момент. Добавим, серии меж собой различаются логическими уровнями, частотой синхронизации, некоторыми другими параметрами. Технологические свойства заложены названием:
Выдумано много вариантов, способов построения цифровой техники, большая часть российских серий микросхем познала небытие. Однако сегодня читаем: очередной центральный процессор фирмы Intel или AMD включает в состав такое-то количество транзисторов. Триггеры, прочие элементы внутри электронного мозга имеются. Лишенная простейших кирпичиков цифровая техника неосуществима.
Итак, триггер вольны представить в виде базисных функций (микросхем) И-НЕ, ИЛИ-НЕ и других. Почему так? Предмета дискретной математики доказывает: сколь угодно сложная функция реализуема сочетанием упомянутых простых. Созданы методики анализа, синтеза. Триггер представим такого рода операциями, логическое действие.
Набор базисных функций реализуется через схемотехнику транзисторными вентилями. В одних случаях удобно применять ТТЛ, в других – ЭСЛ. Синхронизацию вводят для упорядоченности. Без тактовых импульсов результат работы элементов, включая триггеры, зависел от быстродействия элементарных составляющих транзисторов. Поскольку число кирпичиков триггера уникально, скорость нельзя заранее предсказать. Задача слишком сложная.
По-другому сказать: триггеры считаются функциями, наиболее часто используемые техникой. Чтобы перестать изобретать велосипед, производят готовые микросхемы, умеющие делать фиксированную операцию. Считается, каждая серия микросхем обязана стать самодостаточной и удобной. Каждую функцию цифровой техники возможно реализовать двумя элементами, далеко не всегда выглядит рационально с точки зрения затрачиваемого времени. Чтобы печатные платы выходили не столь громоздкими, распространенные функции собирает конвейер завода.
Нужно понимать, деление триггеров считается условным, сложившимся, считающимся максимально удобным для проектировщиков цифровой аппаратуры. Природа родила немного: RS, D, T, JK.
RS-триггер
Триггер с управлением по входу. Подачей логической единицы на S-вход выход Q устанавливается в единицу. С R наоборот – получается нулевое состояние выхода. Запрещено на оба входа подавать единицы, результат получается непредсказуемым: нельзя заранее узнать, что получится в итоге. Схемотехнически RS-триггер может состоять из двух одинаковых транзисторов, нескольких пассивных элементов.
Построение RS-триггера на элементах ИЛИ-НЕ и И-НЕ
На рисунке дан пример построения RS-триггера элементами ИЛИ-НЕ и И-НЕ. Видите, во втором случае входы получились инверсными, помечены кружками. Легко проверить, таблица значений инвертировалась. За установку Q в единицу отвечает вход R. Логические единицы обоих входов обеспечивают сохранение информации. Триггер фиксирует состояние.
D-триггер
Хотя D-триггер обычно строится сразу на 4-х элементах базисной логики, работает намного проще. Информация входа D передается выходу. В случае синхронного варианта происходит на следующем такте. Как упоминалось выше, позволяет без проблем организовать линию задержки.
Выделяют D-триггеры с динамическим, потенциальным управлением. В первом случае занесение показаний на выход производится по фронту тактирующего импульса, во втором – по вершине. Динамические входы схем помечают треугольниками, позволяя разработчику правильно выстроить, инженеру – понять принцип действия. Причем треугольник может быть направлен в разные стороны:
Очень часто триггеры характеризуются внутренней задержкой. Время, спустя которое, выход устанавливает нужное значение относительно рабочего фронта (спада). Одна из характеристик, показывающая, почему логика разного типа не работает совместно. Параметр касается всех типов триггеров, не только D.
Т-триггер
Т-триггер без проблем считает импульсы, приходящие на информационный вход. Обычно конструкция синхронная. В противном случае сложно предсказать результат: при некоторой частоте входных импульсов устройство будет не успевать переключиться. Техника станет выдавать сбои. Т-триггер часто используют в качестве делителя, из двух входных импульсов позволяет получить один выходной.
Т-триггер в готовом виде в серии микросхем обычно не включается. Вместо этого устройство создают на базе D-триггера (нужно замкнуть инверсный выход на информационный вход) или JK. Для создания многоразрядных счетчиков Т-триггеры соединяют последовательно друг за другом. Простыми методами получаются делители на 4, 8 и другие степени двойки.
JK-триггер
JK-триггер функционирует подобно RS. J становится входом установки единицы выходом Q; K – нуля. Если поданы сразу две единицы, элемент реализует счетный режим. Обычно присутствует вход синхронизации, по сигналу на котором берутся отсчеты. JK – единственный тип триггеров, буквенное обозначение входов которого лишено логического смысла. Заимствовано из работ ученого, выстраивавшего базисные элементы по латинскому алфавиту.
Триггер
Из Википедии — свободной энциклопедии
Триггер (триггерная система) — класс электронных устройств, обладающих способностью длительно находиться в одном из двух устойчивых состояний и чередовать их под воздействием внешних сигналов. Каждое состояние триггера легко распознаётся по значению выходного напряжения. По характеру действия триггеры относятся к импульсным устройствам — их активные элементы (транзисторы, лампы) работают в ключевом режиме, а смена состояний длится очень короткое время.
Отличительной особенностью триггера как функционального устройства является свойство запоминания двоичной информации. Под памятью триггера подразумевают способность оставаться в одном из двух состояний и после прекращения действия переключающего сигнала. Приняв одно из состояний за «1», а другое за «0», можно считать, что триггер хранит (помнит) один разряд числа, записанного в двоичном коде.
При включении питания триггер непредсказуемо принимает (с равной или неравной вероятностью) одно из двух состояний. Это приводит к необходимости выполнять первоначальную установку триггера в требуемое исходное состояние, то есть подавать сигнал сброса на асинхронные входы триггеров, счётчиков, регистров, и т. д. (например, с помощью RC-цепочки), а также учитывать, что ячейки ОЗУ, построенного на триггерах (память статического типа), содержат после включения произвольную информацию.
При изготовлении триггеров применяются преимущественно полупроводниковые приборы (обычно биполярные и полевые транзисторы), в прошлом — электромагнитные реле, электронные лампы. С появлением технологии производства микросхем малой и средней степени интеграции был освоен выпуск обширной номенклатуры триггеров в интегральном исполнении. В настоящее время логические схемы, в том числе с использованием триггеров, создают в интегрированных средах разработки под различные программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС). Используются, в основном, в вычислительной технике для организации компонентов вычислительных систем: регистров, счётчиков, процессоров, ОЗУ.
Триггер — понятие и классификация
Для выполнения логических операций применяют двоичную систему счисления. На ее основе функционируют автоматизированные блоки защиты сетей питания и суперкомпьютеры, выполняющие расчеты прогноза погоды. Триггер – это типовой компонент простых и сложных контрольных, управляющих, вычислительных систем. Устройства данной категории поддерживают определенное состояние (0 или 1), которое изменяется при соответствующей комбинации входных сигналов. С применением специального механизма сбрасывает «память» в исходное или неопределенное состояние.
В этой публикации, кроме разновидностей триггеров, рассмотрено аппаратное и программное обеспечение. Примеры типовых схемотехнических решений пригодятся для создания работоспособных конструкций собственными руками.
История
Функциональный триггер можно создать из обычного реле с электромеханическим приводом. Установив нужным образом контакты управляющей цепи, обеспечивают включение силовой группы после определенной комбинации входных сигналов. Отдельной клавишей выполняют сброс.
Электронные аналоги были собраны в начале прошлого века из ламповых приборов. Действующие схемы впервые опубликованы российскими и английскими учеными в 1918-20 гг. Позднее стали применять полупроводниковые транзисторы. В наши дни соответствующие устройства создают с применением микроэлектронных технологий.
Определения
С учетом чрезмерного разнообразия следует уточнить применяемую терминологию. В следующем перечне приведены корректные ответы на вопрос, что такое триггер (trigger):
Классификация
Изделия этой категории разделены на две основные группы по принципу сигналов управления. В первой – формируется заданная последовательность выходных сигналов, если установлено состояние «1». После переходе в «0» генерация прекращается. Вторая – способна переключать выходное напряжение соответствующим образом. Как правило, «1» примерно соответствует уровню источника питания.
Также триггеры различают по следующим параметрам:
Триггеры на логических элементах и на операционном усилителе
Для реализации статических триггеров хорошо подходит схема усилителя с двумя каскадами. Связь между ними организуют прямую либо с ограничительными резисторами в соответствующих цепях.
Триггер (Trigger) Шмитта
Изделия этой категории могут быть созданы с применением разной элементной базы. В данном разделе рассмотрен триггер Шмитта на транзисторах. Он управляется изменением аналогового сигнала. В зависимости от уровня напряжения, выполняется переключение состояния памяти в соответствующее положение «0» или «1».
Триггер что это такое
Общие принципы запоминающих элементов представлены выше. Триггером называется устройство, способное поддерживать 2 или больше устойчивых состояния, которые меняются под воздействием входных сигналов. Фактически речь о способе хранения минимального количества информации – 1 бит.
Любой триггерный автомат состоит из двух основных блоков. Первый – предназначен для сравнения или другого вида обработки входных сигналов. Второй – обеспечивает хранение данных и отображение состояния соответствующими выходными сигналами:
Как правило, между функциональными блоками организована обратная связь. Входные сигналы также делят на группы:
К сведению. Рабочие циклы описывают в табличной форме, которая наглядно показывает состояние памяти при разных комбинациях входных сигналов.
Типы триггеров
В следующих разделах представлены принципы функционирования стандартных устройств. Они могут работать автономно либо в различных комбинациях. Сочетания триггеров в электронике применяют для построения сложных логических схем.
Что такое trigger RS типа
Эти элементы делят на группы по способам управления. Для удобства здесь и далее пояснения сделаны с помощью логических компонентов. При необходимости можно собрать аналогичный триггер на реле или транзисторах.
RS-триггер асинхронный
Работоспособную схему можно собрать из двух типовых элементов «И-НЕ».
RS-триггер синхронный
В этой схеме при подаче «1» на С устройство обеспечивает режим «прозрачности». Изменения на входах R и S с минимальной внутренней задержкой отображаются в промежуточных точках /R и /S. После установки управляющего сигнала «0» включается хранение данных.
D-триггеры
Устройства этой категории отличаются временной задержкой рабочего цикла.
D-триггер синхронный
На графиках работы видно, что изменение выходного сигнала происходит только при наличии «1» на входе С. Данные сохраняются в неизменном состоянии до поступления следующего импульса синхронизации. В этом цикле обеспечивается беспрепятственная проводимость данных.
D-триггер двухступенчатый
Как и в предыдущем примере, здесь используется один канал поступления данных – D. На схеме показано, как создано более сложное устройство из двух одноступенчатых блоков.
T-триггеры
Эти устройства выполняют функции элементарных счетчиков.
Т-триггер асинхронный
T-триггер синхронный
Такие устройства подходят для двукратного уменьшения частоты. На картинке показаны счетчики, собранные на базе триггеров RS и D типа.
JK-триггер
Рабочие циклы этого устройства аналогичны рассмотренному выше триггеру типа RS. Главное отличие – изменение выходного сигнала на противоположное значение (инверсия) выходного сигнала после подачи «1» на K и J одновременно. Следует подчеркнуть отсутствие запрещенных комбинаций в информационных каналах.
Синхронные и асинхронные триггеры
Эти группы созданы по принципу зависимости состояний выхода от синхроимпульсов.
Асинхронные триггеры
Изделия данного типа изменяют состояние хранящейся информации после поступления соответствующих данных на вход. Незначительная задержка объясняется временем прохождения сигнала по цепи переключающих элементов схемы.
Синхронные триггеры с динамическим тактированием
В этой группе представлены изделия, управляемые синхроимпульсами. Переключение состояния выполняется по переднему или заднему фронту. При отсутствии активности на C данные сохраняются в неизменном состоянии, вне зависимости от поступления новой информации.
Троичные триггеры
Четверичные триггеры
По аналогии с предыдущим примером выполняют расчет более сложных схем.
Триггеры с любым числом устойчивых состояний
Для улучшения количественных показателей при обработке информации применяют не только механическое увеличение числа логических элементов. Также используют различные комбинации управляющих сигналов.
Физические реализации триггеров
Базовый элемент создают из полупроводниковых приборов, используя современные технологические процессы для миниатюризации функциональных изделий.
Триггеры с тиристорами
Для повышения мощности подключаемой нагрузки можно собрать триггер с применением тиристоров. К управляющему электроду присоединяют вход S, к затвору – R. Для поддержания постоянного напряжения на аноде подойдет транзистор, включенный в соответствующую цепь.
Триггеры на релейно-контакторной базе
Несмотря на общие тенденции миниатюризации, вполне допустимо создать функциональный триггер из реле. Подобные решения, в частности, применяют для защиты цепей питания при включении мощных электроприводов.
Преимущества применения триггерных схем логики
Выяснив, что значит триггер, несложно использовать полученные знания для решения практических задач. С помощью логических элементов:
Для создания качественного устройства на основе триггеров рекомендуется в комплексе использовать представленную информацию. Следует учесть условия реальной эксплуатации, чтобы выбрать подходящие функциональные компоненты конструкции.