УЧЕБНЫЕ ЗАДАНИЯ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Лабораторная работа 2-2 ( Lr02 stevm)

ТРИГГЕРЫ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Ознакомление с основными характеристиками и испытание интегральных триггеров RS, D, T и JK.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ И РАСЧЁТНЫЕ ФОРМУЛЫ

Триггер – это устройство последовательностного типа с двумя устойчивыми состояниями равновесия, предназначенное для записи и хранения информации. Под действием входных сигналов триггер может переключаться из одного устойчивого состояния в другое. При этом напряжение на его выходе скачкообразно изменяется с низкого уровня на высокий или наоборот.

По способу записи информации триггеры делят на асинхронные, которые переключаются в момент подачи входного сигнала, и синхронные (тактируемые), которые переключаются только при подаче синхронизирующих импульсов, а момент переключения связан с определённым уровнем синхросигнала (статические триггеры) или с моментом перепада напряжения на тактируемом входе (динамические триггеры).

Как правило, триггер имеет два выхода: прямой Q и инверсный . Число входов зависит от структуры и функций, выполняемых триггером. Например, асинхронные RS-триггеры имеют два входа: вход S установки в единичное состояние прямого выхода Q и вход R установки в нулевое состояние выхода Q. Синхронные триггеры для занесения в них информации, помимо информационных входов S (J) и R (К), имеют синхронизирующий С или счётный Т вход, а триггеры задержки - информационный вход D.

Наибольшее распространение в цифровых устройствах получили триггеры RS, D, T и JK.

1. АСИНХРОННЫЙ И СИНХРОННЫЙ RS-ТРИГГЕРЫ

Простейшим триггером является асинхронный RS-триггер, условное графическое изображение которого представлено на рис. 2.1, а, а принцип его работы поясняется таблицей истинности (табл. 2.1). Триггер имеет два раздельных информационных входа: R и S и два выхода: Q и . Независимым является один (прямой) выход Q, так как инверсный сигнал можно получить с помощью внешнего инвертора.

Рассмотрим табл. 2.1. Обозначим Q ^t сигнал на выходе триггера до поступления сигнала 1 на его вход S. При подаче сигналов S = 1 и R = 0 триггер переходит в состояние Q ^t ⁺¹= 1. При поступлении сигналов R = 1 и S = 0 на выходе устанавливается Q ^t ⁺¹= 0. При отсутствии новых команд состояние триггера не изменяется: триггер сохраняет информацию о последней из поступивших команд. Естественно, что комбинация сигналов S = 1 и R = 1 относится к запрещённым, так как при её подаче на входы триггера на его выходе Q ^t ⁺¹устанавливается либо 1, либо 0.

На основании табл. 2.1 запишем аналитическое выражение функционирования RS-триггера:

На рис. 2.1, в изображена временная диаграмма, иллюстрирующая его работу. В момент, когда подаётся сигнал S = 1, триггер переходит в состояние Q = 1. При отсутствии входных сигналов состояние триггера не изменяется, а в момент подачи сигнала R = 1 триггер переключается в состояние Q = 0, в котором пребывает до поступления нового единичного сигнала на S-вход.

RS-триггер может быть построен на различных логических элементах. На рис. 2.1, б показана схема реализации RS-триггера на базовых элементах И-НЕ, в которой использована положительная обратная связь (ПОС) с выходов триггера на входы логических элементов. Именно наличие ПОС отличает триггер от ранее рассмотренных комбинационных логических устройств: посредством сигналов ПОС в триггере фиксируется его предшествующее состояние.

Асинхронный RS-триггер можно преобразовать в синхронный, если добавить третий синхронизирующий вход С (рис. 2.1, г), соединенный, например, с нижними, предварительно разделёнными, входами двух левых элементов И-НЕ (см. рис. 2.1, б).

Вход С обеспечивает функционирование RS-триггера по закону

Переключение синхронного RS-триггера в состояние Q = 1 происходит при S = 1 (или в состояние Q = 0 при R = 1) в момент прихода синхроимпульса С. При С = 0 информация с S- и R-входов на триггер не передается.

2. Т-ТРИГГЕР

Триггер со счетным запуском (Т-триггер) должен переключаться каждым импульсом, подаваемым на единственный счётный вход Т (рис. 2.2, а). Функционирование Т-триггера определяется уравнением

Он может быть реализован, например, на базе двух синхронных RS-триггеров (рис. 2.2, б). С появлением фронта тактового импульса триггер Т₁ первой ступени переключается в состояние, противоположное состоянию триггера Т₂. Но это не вызывает изменение сигналов на выходах Q и , так как за счёт инвертора на тактовый вход С триггера Т₂ в данный момент подан логический 0. Только на срезе счетного импульса на входе Т₁ переключится триггер Т₂ и произойдёт изменение сигналов на выходах Q и , а также на S- и R-входах первой ступени.

3. D-ТРИГГЕР

Триггер задержки (D-триггер) может быть только синхронным, так как имеет один информационный D-вход, информация с которого переписывается на выход триггера только по тактовому сигналу, подаваемому на С-вход. Условное изображение D-триггера приведено на рис. 2.3, а. Реализовать его можно на различных логических элементах, в том числе, на основе синхронного RS-триггера, дополненного инвертором (рис. 2.3, б). Из анализа табл. 2.2 переключательной функции D-триггера

следует, что при отсутствии синхроимпульса (С = 0) состояние триггера остается неизменным. При условии же С = 1 триггер передает на выход сигнал, поступивший на его вход D в предыдущем такте, т. е. выходной сигнал Q ^t ⁺¹изменяется с задержкой на один период импульсов синхронизации.

Из анализа временной диаграммы D-триггера (рис. 2.3, в) также следует, что выходной сигнал Q триггера повторяет состояние D-входа с поступлением очередного тактового импульса на вход С с задержкой t _з относительно сменившегося логического состояния на D-входе.

4. JК-ТРИГГЕР

JK-триггеры обычно выполняют тактируемыми. JK-триггер имеет информационные входы J и K, которые по своему воздействию на устройство аналогичны входам S и R синхронного RS-триггера: при J = 1 и K = 0 триггер по тактовому импульсу С устанавливается в состояние Q = 1; при J = 0 и K = 1 - переключается в состояние Q = 0, а при J = 0 и K = 0 - хранит ранее принятую информацию.

В отличие от синхронного RS-триггера одновременное присутствие логических единиц на информационных входах не является для JK-триггера запрещенной комбинацией; при J = 1 и K = 1 триггер работает в счетном режиме, т. е. переключается каждым тактовым импульсом на входе С.

На рис. 2.4, а изображена одна из функциональных схем JK-триггера. Она отличается от схемы Т-триггера (см. рис. 2.2, б) двумя трёхвходовыми элементами И-НЕ Э1 и Э2 входной логики первой ступени JK-триггера. Переключающий вход С - динамический (рис. 2.4, б): переключение JK-триггера происходит в момент перепада синхроимпульса с уровня С = 1 на уровень С = 0, т. е. при срезе.

При J = 0 и K = 0 на выходе элементов Э1 и Э2 устанавливаются логические единицы, которые для триггеров с инверсными входами являются пассивными сигналами: триггер Т₁ и, следовательно, JK-триггер в целом сохраняют прежнее состояние (см. рис. 2.4, а). Логическая 1 на одном из входов элемента И-НЕ не определяет 1 на его выходе и комбинация J = 1, K = 1 никак не влияет на входную логику первой ступени, поэтому схемы Т- и JK-триггеров (см. рис. 2.2, б и рис. 2.4, а) принципиально не отличаются: оба работают в счетном режиме.

Только при комбинации сигналов J = 1, С = 1 и = 1 на входе элемента Э1 триггер Т₁ переключится в состояние Р = 1. Аналогично логический 0 будет на выходе элемента Э2, когда К = 1, С = 1 и Q = 1.

Таким образом, комбинация J = 1, К = 0 обуславливает по тактовому импульсу С = 1 переключение JK-триггера в целом в состояние Q = 1, а комбинация J = 0, К = 1 - в состояние Q = 0.

Из анализа табл. 2.3 переключательной функции JK-триггера

следует, что состояние триггера определяется не только уровнями сигналов на информационных входах J и К, но и состоянием Q ^t,в котором ранее находился JK-триггер. Так, при комбинации J = 0, K = 0 триггер сохраняет предыдущее состояние ( ; комбинация J = 1, К = 1 приводит к тому, что тактовым импульсом триггер переключается в состояние, противоположное предыдущему: . Комбинации J = 1, К = 0 и J = 0, К = = 1 дают разрешение триггеру переключиться соответственно в состояния Q = 1 и Q = 0.

На основе JK-триггера (рис. 2.4, б) могут быть выполнены синхронный (рис. 2.4, в) и асинхронный (рис. 2.4, г) Т-триггеры, D-триггер (рис. 2.4, д) и синхронный RS-триггер (рис. 2.4, е).

При проектировании сложных логических схем (микросхем) необходимы триггеры различных типов, которые можно было бы выполнить на основе одного универсального триггера и использовать его в разных режимах работы и модификациях. В интегральной схемотехнике наибольшее распространение получили D- и JK-триггеры.

УЧЕБНЫЕ ЗАДАНИЯ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ИХ ВЫПОЛНЕНИЮ

Задание 1. Запустить лабораторный CIRCUIT SIMULATOR и собрать на рабочем поле среды CIRCUIT SIMULATOR схему для испытания асинхронного RS-триггера (рис. 2.5) и установить в диалоговых окнах компонентов их параметры или режимы работы. Скопировать схему (рис. 2.5) на страницу отчёта.

Схема (рис. 2.5) собрана на четырёх логических элементах И-НЕ (NAND). На входы S и R элементов NAND1 и NAND2 через ключи 1 и 2 подаются логические сигналы 1 или 0 от источника прямоугольных импульсов Е1 с амплитудой 5 В. К выходам Q и элементов NAND3 и NAND4, т. е. к выходам триггера, как и к его входам S и R, подключены пробники Х1, Х2, Х3 и Х4 с пороговым напряжением 5 В.

Воспользовавшись порядком засвечивания разноцветных пробников и задавая коды (00, 01, 10) состояния ключей 1 и 2 (входных сигналов), составить таблицу истинности RS-триггера. Например, сформировав с помощью ключей сигналы S = 1 и R = 0 и подав их на вход триггера, получите на его выходе сигналы Q = 1 и = 0 (см. рис. 2.5). Убедитесь, что при запрещённом коде 11 входных сигналов, на выходе RS-триггера могут засветиться оба пробника, или оба не светятся.

Рис. 2.5

Рис. 2.6

Задание 2. Подключить к входам циклический счетчик (рис. 2.6), задействовав его первые три ячейки кодами 00, 10 и 01 и соединив входы и выходы триггера с входами осцилографов. (файл SVT- lr2)

В диалоговом окне тактового генератора задать частоту f _г = 10 кГц, уровень высокого напряжении U _m = 5 В.

Получить на экране осцилографов временные диаграммы состояний RS-триггера (см. рис. 2.6). Скопировать схему испытания и временную диаграмму состояния RS-триггера на страницу отчёта.

Задание 3. Собрать на рабочем поле среды CIRCUIT SIMULATOR схему для испытания триггеров JK,Т иD(рис. 2.7) и установить в диалоговых окнах компонентов их параметры или режимы работы. Скопировать схему (рис. 2.7) на страницу отчёта.

В схему (рис. 2.7) включены: тактовый генератор G1(частота f _г = 500 кГц, генератор слов G2); кольцевой счетчик; триггеры в интегральном исполнении: универсальный JK, счётныйТ и задержки D, осцилографы X1 –X8.

На 1С-входы триггеров поступают тактовые импульсы с амплитудой 5 В и частотой 500 кГц, сформированные генератором G1.

С выходов 1 и 2 генератора G2 сигналы подаются на управляющие входы 1 J и 1К JK-триггера, с выхода 3 - на вход 1 D Т-триггера, а с выхода 4 - на вход 1 D D-триггера.

Для формирования выходных сигналов генератор G2 нужно запрограммировать, т. е. ввести в ячейки памяти кодовые комбинации из единиц и нулей согласно таблицы 2.4.

В качестве примера введём в первые восемь ячеек памяти генератора четырехразрядные кодовые комбинации (см.таблицу2.4):

10001001.

При моделировании генератор последовательно и циклично выводит содержимое каждой ячейки памяти (от начальной до конечной) на вход кольцевого счетчика формируя на выходах коды запуска JK, T и D триггеров, формы входных и выходных сигналов анализируются осцилографами (рис. 2.8, б)). Перед моделированием выделите в окне генератора XWG1 ячейку с адресом 0 начала счёта и вывода сигналов.

Т а б л и ц а 2.4

Вариант	Содержимое ячеек памяти генератора последовательности X 1
	10001001
	00001100
	10001001
	10001101
	00010101
	00001111
	1101001
	01101100
	100001011
	00101111
	01010101
	10101010
	11000011
	00111100
	11100111

Рис. 2.8

Провести моделирование работы триггеров, скопировать в отчёт временные диаграммы, составить и заполнить таблицы истинности работы триггеров JK, T и D при заданном в табл. 2.4 варианте входных кодовых комбинаций. В частности, описать состояния JK-триггера с приходом тактового сигнала C = 1, когда сигналы J = 1 и К = 1, а Q = 0 или Q = 1.

Примечание. Таблицы истинности для рассмотренных библиотечных триггеров можно вызвать нажатием клавиши помощи F1 после выделения на схеме триггера.

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЁТА

1. Наименование и цель работы.

2. Перечень приборов, использованных в экспериментах, с их краткими характеристиками.

3. Изображения электрических схем для испытания триггеров RS, JK, T и D с помощью логических пробников и осцилографов.

4. Копии временных диаграмм и таблицы истинности, отображающие работу исследуемых триггеров.

5. Выводы по работе.

6. Сохранить файл схемы согласно «введению к проведению лабораторных работ онлайн»

https://vk.com/doc7132395_540132563?hash=44bcb8a3d7b3deed73&dl=ab88a9fbed29aa78e0

7. Переслать отчет и файлы схем на проверку mrradik@mail.ru

ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ К РАБОТЕ 02

1. Укажите, какая комбинация логических сигналов является запрещённой для асинхронного RS-триггера?

01 11 10 00

2. Укажите условное графическое обозначение:

1. JK -триггера

: а)

б)

в)

г)

2. RS -триггера: а) б) в) г)

3. Укажите условное графическое обозначение:

1. Синхронного Т-триггера, выполненного на основе JK -триггера:

2. D -триггера, выполненного на основе JK -триггера:

4. Укажите, нашли ли широкое применение асинхронные D-триггеры?

Да Нет

5.Укажите, как функционирует JK-триггер при комбинации J = 1, К = 1 на входе?

Триггер находится в режиме хранения

Триггер работает в счётном режиме

Такая комбинация сигналов на входе является запрещённой

6. Укажите время запаздывания выходного сигнала по отношению к моменту подачи на С-вход D-триггера синхроимпульса при тактовой частоте f = 10 кГц (D ^t= 1, Q ^t= 0).

1 с 0,1 с 10 мс 0,1 мс

7. Укажите значение сигнала на выходе JK-триггера при комбинации J = 1, К = 0 на входе и Q = 1 после окончания действия синхроимпульса.

0 1 Неопределённость: 0 или 1

8. Укажите аналитическое выражение, описывающее работу:

а) б)

в) г)

1. RS -триггера: а) б) в) г)

2. JK - триггера: а) б) в) г)

3. Т-триггера: а) б) в) г)

4. D -триггера: а) б) в) г)

9. Укажите, чем отличается динамическое управление триггерами от статического управления?

Принципиальных отличий нет: сигналы, поступающие на информационные входы всех модификаций триггеров, действуют в момент их поступления

У триггеров с динамическим управлением сигналы на информационных входах должны оставаться неизменными на всём интервале действия активного логического сигнала синхронизации (С = 1)

При динамическом управлении запоминание сигналов, действующих на информационных входах триггера, происходит в момент изменения значения сигнала на входе синхронизации

У триггеров с динамическим управлением отсутствуют прямые или инверсные входы, реагирующие на перепады сигналов на входах

10. Укажите уровни напряжения интегральных микросхем триггеров серии ТТЛ, принимаемые за логическую 1 и логический 0 при напряжении питания U_п = 5 В.

2,4 В < U¹ < 5 В; 0 < U⁰ < 0,4 В 4,0 В < U¹ < 5 В; 0 < U⁰ < 2,4 В

3,5 В < U¹ < 5 В; 0 < U⁰ < 0,2 В 2,4 В < U¹ < 5 В; 0 < U⁰ < 1,4 В

11. Укажите, к какому типу триггеров относят Т-триггеры?

. К асинхронным

К синхронным

Дата добавления: 2020-04-25; просмотров: 655; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!