ทริกเกอร์คืออะไร มีไว้เพื่ออะไร การจำแนกประเภทและหลักการทำงาน

ทริกเกอร์เป็นองค์ประกอบของเทคโนโลยีดิจิทัล ซึ่งเป็นอุปกรณ์แบบ bistable ที่สลับไปยังสถานะใดสถานะหนึ่ง และสามารถอยู่ในสถานะนี้ได้อย่างไม่มีกำหนด แม้ว่าสัญญาณภายนอกจะถูกลบออก มันถูกสร้างขึ้นจากองค์ประกอบทางลอจิคัลของระดับแรก (AND-NOT, OR-NOT, ฯลฯ ) และเป็นของอุปกรณ์ทางลอจิคัลของระดับที่สอง

ในทางปฏิบัติ รองเท้าแตะถูกผลิตขึ้นในรูปแบบของไมโครเซอร์กิตในแพ็คเกจที่แยกจากกัน หรือรวมอยู่ในวงจรรวมขนาดใหญ่ (LSI) หรืออาร์เรย์ลอจิกแบบตั้งโปรแกรมได้ (PLM)

การจำแนกประเภทและประเภทของการซิงโครไนซ์ทริกเกอร์

ทริกเกอร์แบ่งออกเป็นสองประเภทกว้าง ๆ :

• แบบอะซิงโครนัส;
• ซิงโครนัส (โอเวอร์คล็อก).

ความแตกต่างพื้นฐานระหว่างอุปกรณ์เหล่านี้คือสำหรับอุปกรณ์ประเภทแรก ระดับสัญญาณเอาท์พุตจะเปลี่ยนพร้อมกันกับการเปลี่ยนแปลงของสัญญาณที่อินพุท (อินพุท)สำหรับทริกเกอร์แบบซิงโครนัส การเปลี่ยนแปลงสถานะจะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อมีสัญญาณการซิงโครไนซ์ (นาฬิกา, แฟลช) ที่อินพุตที่ให้ไว้สำหรับสิ่งนี้ สำหรับสิ่งนี้ เอาต์พุตพิเศษจะถูกจัดเตรียมโดยตัวอักษร C (นาฬิกา) ตามประเภทของเกตติ้ง องค์ประกอบซิงโครนัสแบ่งออกเป็นสองคลาส:

• พลวัต;
• คงที่.

สำหรับประเภทแรก ระดับเอาต์พุตจะเปลี่ยนไปตามการกำหนดค่าของสัญญาณอินพุต ณ เวลาที่ด้านหน้า (ขอบชั้นนำ) หรือการตกของพัลส์นาฬิกา (ขึ้นอยู่กับประเภทของทริกเกอร์) ระหว่างการปรากฏตัวของการซิงโครไนซ์ด้านหน้า (ทางลาด) สัญญาณใด ๆ ที่สามารถนำไปใช้กับอินพุตได้สถานะของทริกเกอร์จะไม่เปลี่ยนแปลง ในตัวเลือกที่สอง เครื่องหมายของการตอกบัตรไม่ใช่การเปลี่ยนแปลงในระดับ แต่มีหนึ่งหรือศูนย์อยู่ที่อินพุตนาฬิกา นอกจากนี้ยังมีอุปกรณ์ทริกเกอร์ที่ซับซ้อนซึ่งจำแนกตาม:

• จำนวนสถานะคงที่ (3 หรือมากกว่าซึ่งแตกต่างจาก 2 สำหรับองค์ประกอบหลัก);
• จำนวนระดับ (มากกว่า 3);
• ลักษณะอื่นๆ

องค์ประกอบที่ซับซ้อนมีการใช้งานอย่างจำกัดในอุปกรณ์เฉพาะ

ประเภทของทริกเกอร์และวิธีการทำงาน

มีทริกเกอร์พื้นฐานหลายประเภท ก่อนทำความเข้าใจความแตกต่าง ควรสังเกตคุณสมบัติทั่วไป: เมื่อมีการจ่ายไฟ เอาต์พุตของอุปกรณ์ใดๆ จะถูกตั้งค่าเป็นสถานะตามอำเภอใจ หากสิ่งนี้มีความสำคัญต่อการทำงานโดยรวมของวงจร จะต้องมีวงจรตั้งค่าล่วงหน้า ในกรณีที่ง่ายที่สุด นี่คือวงจร RC ที่สร้างสัญญาณสำหรับการตั้งค่าสถานะเริ่มต้น

รองเท้าแตะ RS

อุปกรณ์ bistable แบบอะซิงโครนัสที่พบมากที่สุดคือ RS flip-flop หมายถึงรองเท้าแตะที่มีการตั้งค่าสถานะ 0 และ 1 แยกจากกันมีสองอินพุตสำหรับสิ่งนี้:

• S - ชุด (การติดตั้ง);
• R - รีเซ็ต (รีเซ็ต)

มีเอาต์พุต Q โดยตรงนอกจากนี้ยังสามารถมีเอาต์พุตแบบกลับด้าน Q1 ได้อีกด้วย ระดับลอจิกที่อยู่บนนั้นมักจะตรงกันข้ามกับระดับบน Q ซึ่งมีประโยชน์เมื่อออกแบบวงจร

เมื่อใช้ระดับบวกกับอินพุต S เอาต์พุต Q จะถูกตั้งค่าเป็นหน่วยลอจิคัล (หากมีเอาต์พุตแบบกลับด้าน เอาต์พุตจะไปยังระดับ 0) หลังจากนั้น ที่อินพุตของการตั้งค่า สัญญาณสามารถเปลี่ยนแปลงได้ตามที่คุณต้องการ ซึ่งจะไม่ส่งผลต่อระดับเอาต์พุต จนกว่า 1 จะปรากฏขึ้นที่อินพุต R การดำเนินการนี้จะตั้งค่า flip-flop เป็นสถานะ 0 (1 บนเอาต์พุตแบบกลับด้าน) ตอนนี้การเปลี่ยนสัญญาณที่อินพุตรีเซ็ตจะไม่ส่งผลต่อสถานะเพิ่มเติมขององค์ประกอบ

สำคัญ! ตัวเลือกเมื่อมีหน่วยลอจิคัลที่อินพุตทั้งสองเป็นสิ่งต้องห้าม ทริกเกอร์จะถูกตั้งค่าเป็นสถานะที่กำหนดเอง เมื่อออกแบบโครงร่างควรหลีกเลี่ยงสถานการณ์นี้

ฟลิปฟล็อป RS สามารถสร้างขึ้นบนพื้นฐานขององค์ประกอบ NAND สองอินพุตที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย วิธีนี้ใช้ได้ทั้งในไมโครเซอร์กิตทั่วไปและภายในเมทริกซ์ที่ตั้งโปรแกรมได้

อินพุตหนึ่งหรือทั้งสองสามารถกลับด้านได้ ซึ่งหมายความว่าบนหมุดเหล่านี้ทริกเกอร์จะถูกควบคุมโดยลักษณะที่ไม่สูง แต่อยู่ในระดับต่ำ

หากคุณสร้าง RS flip-flop บนอิลิเมนต์ AND-NOT สองอินพุต อินพุตทั้งสองจะถูกผกผัน - ควบคุมโดยการจัดหาศูนย์ตรรกะ

มีรุ่น gated ของ RS flip-flop มีอินพุตเพิ่มเติม C การสลับเกิดขึ้นเมื่อตรงตามเงื่อนไขสองประการ:

• การปรากฏตัวของระดับสูงที่อินพุต Set หรือ Reset;
• การปรากฏตัวของสัญญาณนาฬิกา

องค์ประกอบดังกล่าวใช้ในกรณีที่ต้องมีการหน่วงเวลาการเปลี่ยน ตัวอย่างเช่น ในเวลาสิ้นสุดของชั่วครู่

D รองเท้าแตะ

D-trigger ("ทริกเกอร์โปร่งใส", "สลัก", สลัก) อยู่ในหมวดหมู่ของอุปกรณ์ซิงโครนัสที่โอเวอร์คล็อกโดยอินพุต C นอกจากนี้ยังมีอินพุตข้อมูล D (ข้อมูล) ในแง่ของการทำงาน อุปกรณ์เป็นของทริกเกอร์ด้วยการรับข้อมูลผ่านอินพุตเดียว

ตราบใดที่มีตรรกะอยู่ที่อินพุตนาฬิกา สัญญาณที่เอาต์พุต Q จะทำซ้ำสัญญาณที่อินพุตข้อมูล (โหมดโปร่งใส) ทันทีที่ระดับไฟแฟลชไปที่สถานะ 0 ระดับที่เอาต์พุต Q จะยังคงเหมือนเดิม ณ เวลาที่ขอบ (สลัก) ดังนั้นคุณจึงสามารถแก้ไขระดับอินพุตที่อินพุตได้ตลอดเวลา นอกจากนี้ยังมี D-flip-flops พร้อมนาฬิกาที่ด้านหน้า พวกเขาจับสัญญาณที่ขอบด้านบวกของไฟแฟลช

ในทางปฏิบัติ อุปกรณ์ bistable สองประเภทสามารถรวมกันในวงจรเดียวได้ ตัวอย่างเช่น D และ RS flip-flop ในกรณีนี้ อินพุต Set/Reset จะมีลำดับความสำคัญ หากมีเลขศูนย์ตรรกะอยู่ องค์ประกอบนั้นจะทำงานเหมือน D-flip-flop ปกติ เมื่อระดับสูงเกิดขึ้นอย่างน้อยหนึ่งอินพุต เอาต์พุตจะถูกตั้งค่าเป็น 0 หรือ 1 โดยไม่คำนึงถึงสัญญาณที่อินพุต C และ D

ความโปร่งใสของ D flip-flop ไม่ใช่คุณสมบัติที่มีประโยชน์เสมอไป เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหานี้ มีการใช้องค์ประกอบคู่ (flip-flop, "clapping trigger") ซึ่งเขียนแทนด้วยตัวอักษร TT ทริกเกอร์แรกคือสลักปกติที่ส่งสัญญาณอินพุตไปยังเอาต์พุต ทริกเกอร์ที่สองทำหน้าที่เป็นองค์ประกอบหน่วยความจำ อุปกรณ์ทั้งสองถูกโอเวอร์คล็อกด้วยแฟลชเดียว

T-flip-flop

T-trigger อยู่ในคลาสขององค์ประกอบ bistable ที่นับได้ ตรรกะของการทำงานนั้นเรียบง่าย - มันเปลี่ยนสถานะทุกครั้งที่มีหน่วยลอจิคัลถัดไปมาถึงอินพุตหากใช้สัญญาณพัลส์กับอินพุต ความถี่เอาต์พุตจะสูงเป็นสองเท่าของอินพุต ที่เอาท์พุตกลับด้าน สัญญาณจะไม่เฟสกับเฟสโดยตรง

นี่คือการทำงานของ T-flip-flop แบบอะซิงโครนัส นอกจากนี้ยังมีตัวเลือกแบบซิงโครนัส เมื่อสัญญาณพัลส์ถูกนำไปใช้กับอินพุตนาฬิกาและต่อหน้าหน่วยลอจิคัลที่เอาต์พุต T องค์ประกอบจะทำงานในลักษณะเดียวกับอะซิงโครนัสซึ่งจะแบ่งความถี่อินพุตออกเป็นครึ่งหนึ่ง หากพิน T เป็นลอจิกศูนย์ เอาต์พุต Q จะถูกตั้งค่าให้ต่ำ โดยไม่คำนึงถึงการมีอยู่ของไฟแฟลช

รองเท้าแตะ JK

องค์ประกอบ bistable นี้อยู่ในหมวดหมู่ขององค์ประกอบสากล สามารถควบคุมแยกต่างหากโดยอินพุต ตรรกะของรองเท้าแตะ JK นั้นคล้ายกับการทำงานขององค์ประกอบ RS อินพุต J (งาน) ใช้เพื่อตั้งค่าเอาต์พุตเป็นหนึ่ง ระดับสูงบนพิน K (Keep) จะรีเซ็ตเอาต์พุตเป็นศูนย์ ความแตกต่างพื้นฐานจากทริกเกอร์ RS คือลักษณะที่ปรากฏพร้อมกันของหนึ่งในสองอินพุตควบคุมนั้นไม่ได้รับอนุญาต ในกรณีนี้ ผลลัพธ์ขององค์ประกอบจะเปลี่ยนสถานะเป็นตรงกันข้าม

หากเอาต์พุต Job และ Keep เชื่อมต่อกัน JK-flip-flop จะกลายเป็น T-flip-flop การนับแบบอะซิงโครนัส เมื่อใช้คลื่นสี่เหลี่ยมกับอินพุตที่รวมกัน เอาต์พุตจะเป็นครึ่งหนึ่งของความถี่ เช่นเดียวกับองค์ประกอบ RS มี JK flip-flop เวอร์ชันโอเวอร์คล็อก ในทางปฏิบัติส่วนใหญ่เป็นองค์ประกอบรั้วรอบขอบชิดประเภทนี้ที่ใช้

การใช้งานจริง

คุณสมบัติของทริกเกอร์เพื่อเก็บข้อมูลที่บันทึกไว้แม้ว่าสัญญาณภายนอกจะถูกลบออกทำให้สามารถใช้เป็นเซลล์หน่วยความจำที่มีความจุ 1 บิตจากองค์ประกอบเดียว คุณสามารถสร้างเมทริกซ์สำหรับจัดเก็บสถานะไบนารี - ตามหลักการนี้ หน่วยความจำเข้าถึงโดยสุ่ม (SRAM) แบบคงที่จะถูกสร้างขึ้น คุณสมบัติของหน่วยความจำดังกล่าวเป็นวงจรง่ายๆ ที่ไม่ต้องการตัวควบคุมเพิ่มเติม ดังนั้น SRAM ดังกล่าวจึงถูกใช้ในคอนโทรลเลอร์และ PLA แต่ความหนาแน่นของการบันทึกที่ต่ำทำให้ไม่สามารถใช้เมทริกซ์ดังกล่าวในพีซีและระบบคอมพิวเตอร์ที่ทรงพลังอื่นๆ

การใช้รองเท้าแตะเป็นตัวแบ่งความถี่ได้กล่าวไว้ข้างต้น องค์ประกอบ Bistable สามารถเชื่อมต่อกันเป็นลูกโซ่และรับอัตราส่วนการหารที่แตกต่างกัน สตริงเดียวกันสามารถใช้เป็นตัวนับชีพจรได้ ในการทำเช่นนี้ จำเป็นต้องอ่านสถานะของเอาต์พุตจากองค์ประกอบระดับกลางในแต่ละช่วงเวลา - จะได้รับรหัสไบนารีที่สอดคล้องกับจำนวนพัลส์ที่มาถึงอินพุตขององค์ประกอบแรก

ขึ้นอยู่กับประเภทของทริกเกอร์ที่ใช้ ตัวนับสามารถเป็นแบบซิงโครนัสหรือแบบอะซิงโครนัสได้ ตัวแปลงอนุกรมเป็นขนานสร้างขึ้นบนหลักการเดียวกัน แต่ใช้องค์ประกอบที่มีรั้วรอบขอบชิดเท่านั้นที่นี่ นอกจากนี้ เส้นการหน่วงเวลาดิจิทัลและองค์ประกอบอื่นๆ ของเทคโนโลยีไบนารียังสร้างขึ้นจากทริกเกอร์

ใช้รองเท้าแตะ RS เป็นตัวหนีบระดับ หากใช้สวิตช์เชิงกล (ปุ่ม สวิตช์) เป็นแหล่งกำเนิดระดับลอจิก เมื่อกดแล้ว เอฟเฟกต์การสะท้อนจะสร้างสัญญาณจำนวนมากแทนที่จะเป็นสัญญาณเดียว ฟลิปฟล็อป RS ต่อสู้กับสิ่งนี้ได้สำเร็จ

ขอบเขตของอุปกรณ์ bistable นั้นกว้าง ขอบเขตของงานที่แก้ไขได้ด้วยความช่วยเหลือส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับจินตนาการของนักออกแบบ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้านโซลูชันที่ไม่ได้มาตรฐาน

บทความที่คล้ายกัน: