Trigeris

Trigeris jeb trigers^[1] ir ciparu elektroniskā shēma, kas var atrasties jebkurā no diviem stabiliem stāvokļiem, kā arī pāriet no viena stāvokļa otrā. Šie stāvokļi atbilst loģiskajam 1 un loģiskajai 0. Trigerus plaši izmanto kā atmiņas elementus, kā arī ar to palīdzību var ļoti vienkārši izveidot taimerus.

Vēsture

Pirmais elektroniskais trigeris tika izgudrots 1918. gadā, to izgudroja Viljams Ekless (William Eccles) un Frenks Džordans (F. W. Jordan). Tas tika dēvēts par Eklesa-Džordana kontūra trigeri un sastāvēja no diviem aktīvajiem elementiem (elektronu lampām).

Klasifikācija

Trigeri tiek klasificēti pēc šādām pazīmēm:

informācijas pieņemšanas veida;
uzbūves principa;
funkcionālajām iespējām.

Pēc sinhronizācijas veida izšķir sinhronās, asinhronās un jauktās trigeru shēmas.

Asinhronais trigeris maina savu stāvokli brīdī, kad parādās atbilstošais informācijas signāls. Sinhronie trigeri reaģē uz informācijas signāliem tikai tad, ja pastāv atbilstošais signāls tā saucamajā sinhronizācijas C ieejā (no angl. clock). Šo ieeju apzīmē arī ar terminu „takts”. Sinhronos trigerus pēc sinhronizācijas ieejas C iedala trigeros ar statisko (statiskajos) un dinamisko (dinamiskajos) vadību. Statiskie trigeri uzņem informācijas signālus pie iesniegšanas loģiskā 1 (tiešā ieeja) vai loģiskās 0 (inversā ieeja) C ieejas. Dinamiskie trigeri uzņem informācijas signālus izmainoties signāliem C ieejā no 0 uz 1 (tiešā dinamiskā C ieeja) vai no 1 uz 0 (inversā dinamiskā C ieeja). Savukārt, statiskie trigeri iedalās vienpakāpju (vienas takts) un divpakāpju trigeros (divu taktu). Vienpakāpju trigerim ir viena informācijas atmiņas pakāpe, bet divpakāpju trigerī, šādas pakāpes ir divas. Vispirms informācija ierakstās pirmajā pakāpē, tad tā pārrakstās otrajā pakāpē un tad tā parādās izejā. Divpakāpju trigeri apzīmē ar burtiem TT.

Pēc strukturālās uzbūves trigeri iedalās trigeros ar vientakts, divtakts un dinamisko vadību. Pēc spējas reaģēt uz šķērsli trigerus iedala caurredzamajos un necaurredzamajos trigeros. Necaurredzamie trigeri iedalās caurlaidīgajos un necaurlaidīgajos trigeros. Pēc funkcionālās nozīmes trigerus iedala: RS, D, JK, T, RR, SS, EE, DV trigeros.

Trigeru izgatavošanā tiek izmantotas pārsvarā pusvadītāju ierīces (parasti lauktranzistori), agrāk izmantoja elektronu lampas.

Trigeri pārsvarā tiek izmantoti skaitļošanas mašīnās, lai organizētu skaitļošanas sistēmas komponentus: procesoros, reģistros un citur.

Pēc funkcionālām iespējām trigerus iedala šādās klasēs:

trigeri ar atsevišķu stāvokļu 0 un 1 uzstādīšanu (RS trigeri)
universālie trigeri (JK trigeri)
trigeri ar informācijas pieņemšanu tikai vienā, D ieejā (D trigeri)
trigeri ar aprēķināto ieeju T (T trigeri)

Pēc trigeru nosaukumiem var noteikt to ieeju skaitu. Tā, piemēram, D trigerim ir tikai viena ieeja — D, bet JK trigerim ir divas ieejas — ieeja J un K. Ja trigeris ir sinhrons tam tiek pievienota vēl viena ieeja — sinhronizācijas ieeja C. Katram trigeru veidam ir sava darbības tabula (īstenības tabula), kurā tiek attēlots kā dažādas nozīmes pie trigera ieejas ietekmē tā stāvokli. Trigera izejas stāvokli apzīmē ar burtu Q. Indekss pirms burta norāda stāvokli pirms signāla (t) vai pēc signāla (t+1) parādīšanās.

SR trigeris

SR trigeris (R1, R2 = 1 kΩ, R3, R4 = 10 kΩ).

SR trigera apzīmējums.

Visvienkāršākais no trigeriem ir SR aizturis (vai vienkārši SR trigeris), kur S — iestatīšanas ieeja „set” (angļu valodā) un R — atgriešanas ieeja „reset” (angļu valodā). Tas var būt konstruēts uz NOR (negatīvā OR) elementu bāzes. Saglabātais bits tiek attēlots uz trigera izejā Q. Ja šāda trigera ieejā S un R padod loģisko signālu 0, tad trigera izejā Q signāls kļūst vienāds ar 0 (inversajā 0). Ja S padod loģisko signālu 1, bet ieejā R saglabā 0 signālu, tad trigera izejā Q signāls kļūst vienāds ar 1, kā arī saglabājas šajā stāvoklī, ja S nomainās uz 0 signālu. Līdzīgi, ja R padod loģisko signālu 1, kamēr S ir 0, tad izejā Q ir signāls 0, kā arī saglabājas 0, ja R loģiskais signāls nomainās uz 0.

SR aiztures operācija
S	R	Darbība
0	0	Saglabāšanas stāvoklis
0	1	Q = 0
1	0	Q = 1
1	1	Nestabilā kombinācija

T trigeris

Plūsmas apzīmējums T trigerim, kur > clock ieeja, T pārslēdzēja ievads un Q ir saglabāto datu izvads.

T trigera darbības shēma (ja T = 1) uz 8 bāzes pie dubultā loģiskā primitīvā NE. No kreisās — ieejas, no labās — izejas. Zilā krāsa atbilst 0, sarkanā — 1.

Ja ievads T ir 1, tad T trigeris maina stāvokli, tur kur clock ievads ir nostrādājis. Ja T ievads ir 0, tad trigeris saglabā iepriekšējo stāvokli. Šī uzvedība tiek aprakstīta ar šādu vienādību:

$Q_{+1}=T\oplus Q$ (vai bez XOR operatora, vienādība: $Q_{+1}=T{\overline {Q}}+{\overline {T}}Q$ )

Kā arī aprakstīt ar šādu īstenības tabulu:

$T$	$Q$	$Q_{+1}$	Komentāri
0	0	0	saglabāšanas stāvoklis(bez clk)
0	1	1	saglabāšanas stāvoklis(bez clk)
1	0	1	pārslēdzējs
1	1	0	pārslēdzējs

T kūleņojošais trigeris izveidots no RS trigera, kas kļūst par oscilatoru (svārstību ģenerators), kad tas ir taktēts. Lai iegūtu kūleņošanu, takts vibrācijai jābūt vienādai ar garumu no puscikla. Kamēr tādu vibrāciju ģeneratoru uzcels, T trigeris, kas veidots no diviem RS trigeriem, ir vienkāršs risinājums. T trigeris sadala vibrāciju frekvenci pa 2, tas ir, ja vibrāciju frekvence ir 4 MHz, no trigera iegūtā rezultējošā frekvence būs 2 MHz. Iezīmei „sadalīts pa” raksturīga lietošana dažādos digitālos skaitītāju veidos.

T trigeri var arī uzbūvēt, izmantojot JK trigeri (J un K (pins) ir savienoti kopā un darbojas kā T) vai D trigeri (T ievade un Q₋₁ ir savienoti ar D ievadi caur XOR ieeju).

JK trigeris

JK trigera laika diagramma

Plūsmas apzīmējums JK trigerim, kur > ir clock ieeja, J un K datu ievadi, bet Q ir saglabāto datu izvads, un Q' ir inversais Q.

JK trigeris pastiprina SR trigera uzvedību, traktējot S=R=1 nosacījumu kā kūleņot (toggle) komandu. Specifiski, kombinācija J=1, K=0 ir trigera uzstādīšanas komanda; kombinācija J=0, K=1 ir komanda trigera iestādīšanai sākuma vai kādā citā iepriekš noteiktā stāvoklī, un kombinācija J=K=1 ir trigera kūleņošanās (stāvokļa maiņas) komanda, tas ir, izmainīt tā izvadi uz tā esošās vērtības loģisku papildinājumu. Uzstādījums J=K=0 NAV rezultāts D trigerī, bet gan saglabā esošo stāvokli. Lai sintezētu D trigeri, vienkārši uzstāda K ir vienāds ar J papildinājumu. Tādējādi JK trigeris ir universāls trigeris, tāpēc, ka to var konfigurēt tā, lai tas strādā kā SR, D vai arī T trigeris. PIEZĪME: Trigerim ir pozitīvs griezums, takts vibrācija kā redzams laika koordinācijā.

JK trigeri apraksta ar vienādība:

$Q_{+1}=J{\overline {Q}}+{\overline {K}}Q$

kā arī ar šādu īstenības tabulu:

J	K	Q₊₁	Komentāri
0	0	$Q_{-1}\$	saglabāšanas stāvoklis
0	1	$0\$	atgriešanas ieeja (reset)
1	0	$1\$	iestatīšanas ieeja (set)
1	1	${\overline {Q_{-1}}}$	pārslēgšanās (toggle)

JPL inženieris P. L. Lindley vēstulē EDN elektronikas dizaina žurnālam detalizēja JK trigera nosaukuma izcelsmi. Vēstule rakstīta 1968. gada 13. jūnijā, un publicēta augusta laikraksta izdevumā. Vēstulē Mr. Lindley skaidro, ka viņš ir dzirdējis stāstu par JK trigeri no Dr. Eldered Nelsona, kurš ir atbildīgs par naudas lietām, kamēr strādā Hughes aviācijā.

Tajā laikā trigeru lietošana Hughes aviācijā izpaudās visos veidos, kas bija zināmi par J-K. Dr. Nelsona nodotajās vēstulēs par trigera ievadi loģiskās sistēmas projektēšanā: #1: A & B, #2: C & D, #3: E & F, #4: G & H, #5: J & K. Uzstādīšanas un sākuma stāvokļa vai kāda cita iepriekš noteikta stāvokļa ievades bija dotas kā simboli „J” un „K” par godu Džekam Kilbijam (Jack Kilby), vienam no inženieriem, kas palīdzēja J-K trigera projektēšanā. Viņš 2020. gadā ieguva Nobela prēmiju fizikā, kas bija lieliska pilnvara viņa atklājumam.

D trigeris

Plūsmas apzīmējums D trigerim

Q izvade vienmēr ieņem D ievades stāvokli takts griezuma (edge) pacēluma momentā, un nekad citā laikā. Šī iemesla dēļ tas ir tā saucamais D trigeris — kad izvade pieņem D ievades vērtību vai Datu ievadi, un aiztur to ar vienu takts skaitīšanu. D trigeris var būt interpretēts kā primitīva atmiņas šūna, nulles-kārtības noturētājs vai aiztures līnija.

Šie trigeri ir ļoti izplatīti, kā arī tie veido pārslēgšanās reģistru bāzi, kuri ir daudzu elektronisku ierīču būtiska daļa. D trigera priekšrocība pār D tipa aizturi ir tā, ka tas „notver” signālu momentā, kad takts iet augstu, un šādās datu līnijas izmaiņas neietekmē Q līdz nākamam takts griezuma pacēlumam. Sagaidāms, ka dažiem trigeriem ir sākuma vai kāda cita iepriekš noteikta stāvokļa signāla ievade, kas iestāda Q (uz 0), un varētu būt asinhrons vai sinhrons ar takti.

Clock	D	Q	Q₋₁
Kāpuma mala	0	0	X
Kāpuma mala	1	1	X
Krituma mala	X	konstante

('X' apzīmē nav svarīgi stāvokli, kas nozīmē, ka signālam nav nozīmes)

Pielietojums

Vienkāršo trigeri var lietot, lai saglabātu vienu bitu vai bināro datu vērtību.
Statiskais RAM (brīvpiekļuves atmiņa), kas ir primārais atmiņas tips un tiek lietots reģistrā, lai saglabātu skaitļus datorā, kā arī vairākās kešatmiņas ir būvētas no trigeriem.
Jebkuru no trigeru veidiem var izmantot, lai uzbūvētu kādu citu no trigeriem.
Dati, kas glabājas vairākos trigeros var attēlot stāvokļu secību, skaitītāja vērtība, ASCII simbols datora atmiņā vai jebkurā citā informācijas veidā.

Skatīt arī

Atsauces

↑ Dainuvīte Guļevska, Aina Miķelsone, Tamara Porīte. Pareizrakstības un pareizrunas rokasgrāmata. Rīga : Avots, 2002. 72. lpp. ISBN 9984-700-64-X.

Ārējās saites

Datuve.lv: Neliels ievads elektronikā — 2. daļa
Loģiskās shēmas ar atmiņu Arhivēts 2016. gada 5. martā, Wayback Machine vietnē.
Sīkāk par trigeriem (krieviski)
Šmita trigera darbības apraksts (angliski)
Šmita trigeris ar diviem tranzistoriem (angliski)
Cits kopsavilkums par trigeru tipiem (angliski)
How-to tipa pamācība, kā trigeris strādā ar loģiskās ejas diagrammām (angliski)
Interaktīvais trigeris (nepieciešama Java) (angliski)

[1] Dainuvīte Guļevska, Aina Miķelsone, Tamara Porīte. Pareizrakstības un pareizrunas rokasgrāmata. Rīga : Avots, 2002. 72. lpp. ISBN 9984-700-64-X.

[1]