ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 6
СИНТЕЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ ТРИГГЕРОВ
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 6
СИНТЕЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ ТРИГГЕРОВ
| Цель работы: | изучить различные схемы триггеров в потенциальной системе элементов и овладеть методом логического проектирования структуры любого заданного триггера, получить навыки в экспериментальном исследовании различных типов триггеров. |
Статья I.Краткие теоретические сведения
Для хранения (запоминания) информации чаще всего используют элемент с двумя устойчивыми состояниями - триггер.
Структуру триггера можно представить в виде запоминающей ячейки (бистабильной) и схемы управления (рис.6.1), где e1 и Е2 - логические входы, С - вход синхронизации; ЗЯ - запоминающая ячейка; S - установка; R — сброс.
Рис.6.1
Запоминающая ячейка - это схема с двумя устойчивыми состояниями. Она имеет два выхода Q и
, разрешенные сигналы на которых всегда противоположны, и два входа S (Set – установка) и R ( Reset – сброс). Переключающие сигналы, по входу S= I и по входу R = 0 устанавливают запоминающую ячейку в состоянии "I". Обратные значения сигналов устанавливают запоминающую ячейку в состояние "0". При значении входных сигналов S = R = 0 бистабильная ячейка не изменяет своего состояния. Значение входных сигналов S = R = 1 запрещено. Запоминающая ячейка состоит обычно из двух логических элементов, которые взаимно охвачены обратной связью. Такую ячейку называют асинхронным RS-триггером. На рис. 6.2 показан асинхронный RS-триггер и его обозначение с прямыми входами наэлементах ИЛИ-НЕ. На рис. 6.3 показан асинхронный RS-триггер и его обозначение с инверсными входами на элементах И-НЕ.Схема управлений (см. рис.6.1) в зависимости от типа триггера, его функции действия преобразует информацию, поступающую на входы E1 и E2 в сигналы (функции возбуждения), которые подаются на входы запоминающей ячейки и управляют ею.
Рис.6.2
Как правило, триггеры, применяемые в потенциальной системе элементов, имеют еще один вход С для синхронизирующих сигналов.
Поскольку прием входной информации .синхронизирован с моментом подачи импульса на вход С, то такой триггер называется синхронным (синхронизированным) триггером и срабатывает только при наличии сигнала синхронизации.
Наряду с хранением информации триггер может выполнясь различные логические функции. Логические свойства триггера можно выразить с помощью таблицы переходов, а также с помощью характеристических уравнений. Таблица переходов, как и характеристическое уравнение определяется зависимостью выходных сигналив триггера Qt+1 от значения входных сигналов E (t)и от состояния триггера на предыдущем такте Qt. Для синхронных триггеров времена t и t +1обозначают время до и после синхронизирующего импульса соответственно.
Синтез триггера сводится к построению реальной схемы на основе заданного закона функционирования триггера. Для этого необходимо составить таблицу переходов, найти минимальною форму характеристического уравнения и функций возбуждения триггера, представить найденные выражения в базисе И-НЕ.
Рис.6.3
Тип триггера определяется алгоритмом его работы. В зависимости от алгоритма работы, триггер может иметь установочные, информационные и управляющие входы. Установочные входы устанавливают состояние триггера независимо от состояния других входов. Входы управления разрешают запись данных, подающихся на информационные входы. Наиболее распространенными являются триггеры RS, JK, D и Т-типов.
1.Триггер типа RS.
Условия переходов триггеров из одного состояния в другое (алгоритм работы) можно описать табличным, аналитическим или графическим способами. Табличное описание работы RS-триггера (рис. 6.2) представлено в таблице 1 (таблица переходов) и таблице 2 (таблица функций возбуждения).
Таблица 1 Таблица 2
| R | S | Qt+1 |
| 0 | 0 | Qt |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | |
| Qt → Qt+1 | R | S | |
| 0 | 0 | x | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 0 | x |
В таблицах использованы следующие обозначения:
Qt — предшествующее состояние выхода;
Qt+1 - новое состояние выхода, устанавливающееся после перехода;
x — безразличное значение сигнала ( 0 или 1);
— неопределенное состояние.
Аналитическое описание (характеристическое уравнение) можно получить из таблиц 1, 2 по правилам алгебры логики:
Зависимость Qt+1 от Qt характеризует свойство запоминания предшествующего состояния.
2.JК-триггер
Триггер JK-типа имеет более сложную, по сравнению с RS-триггером, структуру и более широкие функциональные возможности. Помимо информационных входов J и К и прямого и инверсного выходов Q и
, JK-триггер имеет вход управления С (этот вход также называют тактирующим или счетным), а также асинхронные установочные R и S-входы. Установочные входы имеют приоритет над остальными. Активный уровень сигнала на входе S устанавливает триггер в состояние Q=1, а активный уровень сигнала на входе R — в состояние Q=0, независимо от сигналов на остальных входах.Если на входы установки одновременно подать пассивный уровень сигнала, то состояние триггера будет изменяться по фронту импульса на счетном входе в зависимости от состояния входов J и К, как показано в таблицах переходов (табл. 3).
Один из вариантов функциональной схемы JК-триггера со входами установки логическим нулем и его условное графическое обозначение приведены на рис. 6.4 и 6.5.
Рис. 6.4.
Таблица 3
| J | K | Qt | Qt+1 |
| 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 1 |
| 0 | 1 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | 0 |
3. D-триггер (рис.6.5).
D-триггер имеет один информационный вход D (data - данные). Информация со входа D заносится в триггер по положительному перепаду импульса на счетном входе С и сохраняется до следующего положительного перепада на счетном входе триггера. Помимо счетного С и информационного D входов, триггер снабжен асинхронными установочными R и S входами. Установочные входы приоритетны. Они устанавливают триггер независимо от сигналов на входах С и D. 4.Т-триггер (рис.6.6).
Т-триггер – устройство с двумя устойчивыми состояниями и общим входом Т; изменяет свое состояние на противоположное при подаче на вход Т управляющего (счетного) сигнала.
Т–триггер функционирует в соответствии с таблицей 4.
Таблица 4
-
Т
Qt
Qt+1
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
0
Рис.6.6Порядок выполнения работы
Исследование работы RS–триггера.
Загрузить программный пакет Electronics Workbench.
Собрать схему RS–триггера (рис. 6.7). Для исследования работы схемы ее необходимо включить, щелкнув мышью 1 раз по переключателю, расположенному в правом верхнем углу (1– вкл., 0 – выкл.).
Последовательно подавайте на схему, при помощи ключей R и S (R и S – клавиши на клавиатуре, они при нажатии меняют положение ключа из верхнего положения - 1, в нижнее –
0 и наоборот) сигналы R и S: 00, 01, 10, 11.
Рис.6.7
Убедитесь в том, что:
а) при S=0, R=1 триггер устанавливается в состояние Q=0;
б) при переходе к S=0, R=0 триггер сохраняет прежнее состояние выхода Q=0;
в) при S=1, R=0 триггер устанавливается в состояние Q=1;
г) при переходе к S=0, R=0 триггер сохраняет прежнее состояние выхода Q=1.
По результатам эксперимента заполните таблицу функции возбуждения.
Таблица 5
| Q | Qt+1 | R | S |
| 0 | | 0 | 0 |
| 0 | | 1 | 0 |
| 0 | | 0 | 1 |
| 1 | | 1 | 0 |
| 1 | | 0 | 0 |
| 1 | | 0 | 1 |
Исследование JК–триггера, построенного на
базе логических элементов и RS–триггеров.
Собрать схему JК–триггера (рис.6.8). Для исследования работы схемы ее необходимо включить, щелкнув мышью 1 раз по переключателю, расположенному в правом верхнем углу.
Изменяя уровень сигнала на входе С (при помощи клавиши С: 0 и 1), составьте временные диаграммы сигналов на выходах Q1 и Q2. Укажите режим работы триггера.
Рис.6.8
Исследование JК–триггера.
Загрузить программный пакет Electronics Workbench.
Собрать схему JК–триггера (рис.6.9). Для исследования работы схемы ее необходимо включить выключателем в правом верхнем углу.
Убедитесь в том, что:
Q=1 при R=1 и S=0 (независимо от состояния остальных входов);
Q=0 при R=0, S=1 (независимо от состояния остальных входов);
Установите R=1, S=1 и составьте таблицу функций возбуждения.
Рис.6.9 – Схема исследования JК – триггера
Исследование работы D–триггера в счётном режиме.
Загрузить программный пакет Electronics Workbench.
Собрать схему D-триггера (рис.6.10). Для исследования работы схемы ее необходимо включить, щелкнув мышью по переключателю, расположенному в правом верхнем углу (1 – вкл., 0 – выкл.).
Рис.6.10
Подавая на счётный вход С тактовые импульсы с помощью ключа [C] и определяя состояние выходов триггера при помощи индикаторов Q и Q`, составьте временные диаграммы работы триггера в счётном режиме.
Синтез триггера
Синтезируйте логическую структуру заданного типа триггера (таблица 6). Предусмотреть установку триггера в “0” и “1”.
Таблица 6
| Вариант | Переходы | Вариант | Переходы | Вариант | Переходы | Вариант | Переходы | ||||||||
 |  |  | |  | | | | | | | | ||||
| 1  | 0 | 0 | Qt | 6 | 0 | 0 | 0 | 11 | 0 | 0 | Qt | 16 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | Qt | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | Qt | ||||
| 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | ||||
| 1 | 1 | Qt | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | Qt | 1 | 1 | 1 | ||||
| 2 | 0 | 0 | 0 | 7 | 0 | 0 | 0 | 12 | 0 | 0 | Qt | 17 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | Qt | ||||
| 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | Qt | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | ||||
| 1 | 1 | Qt | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |  | 1 | 1 | 0 | ||||
| 3 | 0 | 0 | 0 | 8 | 0 | 0 | 1 | 13 | 0 | 0 | 1 | 18 | 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | Qt | 0 | 1 | | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | Qt | ||||
| 1 | 0 |  | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | Qt | 1 | 0 | 0 | ||||
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | ||||
| 4 | 0 | 0 | 0 | 9 | 0 | 0 | Qt | 14 | 0 | 0 | 0 | 19 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | Qt | 0 | 1 | Qt | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | Qt | ||||
| 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | Qt | 1 | 0 | 1 | ||||
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | ||||
| 5 | 0 | 0 | Qt | 10 | 0 | 0 | 1 | 15 | 0 | 0 | 1 | 20 | 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | Qt | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | ||||
| 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | Qt | 1 | 0 | Qt | 1 | 0 | 1 | ||||
| 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | Qt | ||||
Собрать в программе Electronics Workbench синтезированную схему, проверить работу схемы, подавая различные кодовые комбинации на входы ее, составить таблицу функционирования, построить временные диаграммы сигналов на выходах всех логических элементов для одной произвольной входной кодовой комбинации и исходного состояния триггера Q=0.
Содержание отчета
Отчет должен содержать полную таблицу переходов заданного типа триггера, характеристическую таблицу для RS-триггера, синтез логической структуры триггера, схему триггера, построенную на элементах И-НЕ, временную диаграмму работы триггера, схемы и таблицы переходов триггеров типа RS , D, T и JK , выводы.
Контрольные вопросы
I. Что такое асинхронный триггер?
2. Что такое синхронный триггер?
3. Что такое двухступенчатый триггер и с какой целью он создается?
4. Что такое характеристическое уравнение триггера и его таблица переходов?
5. Что такое характеристическая таблица триггера?
6. Определить количество неэквивалентных одновходовых и двухвходовых триггеров.
7. Kaк учитываются неопределенные значения функции при минимизации?
8. Что такое функция возбуждения?
9. Как работает обычный асинхронный RS-триггер с прямыми и инверсными входами?
10. Почему JK-триггер называемся универсальным?
11. Как реализовать на микросхеме K155TB1 Т-триггер, D-триггер?
12. Для чего используются входы Ř и Š в микросхеме K155ТВ1?
Литература
1. А.П.Корчинский, Основы цифровой схемотехники: Учебн. пособие. – К.: КМУГА, 2000. – 276с.
2. В.И.Зубчук, В.П.Сигорский, А.Н.Шкуро Справочник по цифровой схемотехнике. – К.: Высш. шк., 1989. – 424с.
3. 1. Панфилов Д.И., Чепурин И.Н., Миронов В.Н., Обухов С.Г., Шитов В.А., Иванов В.Г. Электротехника и электроника в экспериментах и упражнениях: Практикум на Electronics Workbench: В 2 т. / Под общей ред. Д.И.Панфилова – 2000. – Т.2: Электроника. – М.: ДОДЭКА. – 288с.