Синтез та дослідження тригерних схем на основі логічних елементів

Інформація про навчальний заклад

ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
ІКНІ
Факультет:
Кафедра інформаційних технологій видавничої справи
Кафедра:
Кафедра інформаційних технологій видавничої справи

Інформація про роботу

Рік:
2020
Тип роботи:
Лабораторна робота
Предмет:
Елементи та вузли поліграфічної техніки
Група:
вп 22
Варіант:
4 14 1

Частина тексту файла

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ Національний університет “Львівська політехніка”
Лабораторні роботи
4a
Синтез та дослідження тригерних схем
на основі логічних елементів
з дисципліни “Елементи та вузли поліграфічної техніки ”
Мета роботи
- вивчення і дослідження основних структур тригерних пристроїв (RS, D, Т, JК - типів) в логічному базисі І-НЕ та І-АБО-НЕ з потенційним представленням інформації.
1.Загальні положення.
Функціональні вузли і пристрої комп’ютерної техніки синтезуються на основі двох типів логічних схем: комбінаційних (див. лабораторні роботи 2 - 8 – з минулого семестру) і цифрових автоматів. Тригер, як типовий елемент цифрового автомата, - це пристрій, що може знаходитись в одному з двох стійких станів і переходить з одного стану в другий під дією зовнішніх сигналів. Зміна стану, як правило залежить не тільки від біжучих значень вхідних сигналів, але і від попереднього стану тригера. Інформація про попередній стан, яка поступає з виходів тригера, разом із зовнішніми сигналами керує його роботою. Тому тригери є пристроями із зворотними логічними зв'язками і складаються з двох частин: елементу пам'яті (власне тригера) і схеми управління, виконаної, як правило, за допомогою комбінаційної схеми. Схема управління перетворює інформацію, що поступає на її входи хІ,х2,...,хm в комбінацію сигналів, яка діє на входи власне тригера.
Логічна функція, що встановлює залежність стану, в який переходить тригер з біжучого стану при дії на нього заданих сигналів управління, називається функцією переходів тригера. Функції переходів задаються логічними формулами або у вигляді таблиць.
В таблиці містяться значення інформаційних та синхросигналів на вході тригера, а також значення вихідних сигналів (внутрішніх станів тригера) після закінчення дії синхросигналу. Закон функціонування тригера може бути заданий і у вигляді характеристичного рівняння логічної функції виду:
Qn+1=f(Qn, xin),
і =1,2,,m,
(1)
де Qn+1 - стан тригера після закінчення дії синх росигналу в момент
tn+1;
Qn
- стан тригера до приходу синхросигналу;
xin
- значення сигналу на інформаційному вході в момент tn.
Між таблицею переходів і характеристичним рівнянням існує взаємно однозначна відповідність, тобто від таблиці переходів зажди можна перейти до характеристичного рівняння шляхом виводу СДНФ з таблиці.
По рівню вхідного сигналу тригери поділяються на тригери з прямими входами (запис інформації відбувається рівнем "1") та з інверсними входами (запис інформації відбувається рівнем "0") і вхід відмічається знаком інверсії.
Крім того, тригери бувають одно- та двоступеневими. В одноступеневих тригерах запис відбувається по передньому фронту сигналу запису, а в двоступеневих - по задньому, тобто в момент закінчення дії сигналу запису.
В свою чергу, всі тригери поділяються на синхронні та асинхронні. В асинхронних тригерах запис інформації відбувається в будь-який момент часу, а в синхронних - тільки при наявності синхросигналу.
1.1 Асинхронні RS-тригери.
Основним асинхронним елементом пам'яті служить RS-тригер (на базі елементів «АБО-НІ» - прямі входи), зображений на рис.1. Тригером RS-типу називається логічний пристрій з двома стійкими станами і двома інформаційними входами R і S. При подачі сигналу запису “1” на вхід S (вхід встановлення) в тригер запишеться "1", тобто Q = 1, (Q = 0
(табл. 1). При подачі сигналу запису “1” на вхід R (вхід скидання) в тригер запишеться "0", тобто Q = 0, (Q = 1. Одночасно подавати записи на входи - заборонено, оскільки після закінчення їх дії тригер встановлюється в невизначений стан. Оскільки RS-тригер є складовою частиною всіх інших тригерів, розглянемо більш детально основні структурні схеми RS-тригерів. Асинхронний RS- тригер є найпростішим за структурою. Він має тільки два логічних елементи (мінімальну кількість).
Рис. 1. Схема та умовне графічне позначення асинхронного RS-тригера з прямими входами на елементах 2"АБО-НІ". б) Рис. 2. Схема (а) і умовне графічне позначення (б) асинхронного RS-тригера з інверсними входами.
Таблиця 1. Стани асинхронного RS-тригера з прямим та інверсним управлінням.
ВХІД ВИХІД S R (S (R Qn+1 (Qn+1 0 0 1 1 Qn (Qn 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 Qn
(1) (Qn
(0) 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 Qn
(0) (Qn
(1) 1 1 0 0 X X Даний тригер можна побудувати на елементах ("АБО-НІ"), "І-АБО-НІ" та інших, виходячи з його характеристичного рівняння. На рис.1 і рис.2
відповідно приведено два варіанти реалізації асинхронного RS-тригера на логічних елементах "АБО-НІ"та "І-НІ".
RS-тригер – це є “власне” тригер, на входи якого поступають інформаційні сигнали.
При цьому на інформаційних входах RS - тригера, виконано на елементах "АБО-НІ" (рис.1), діють сигнали S і R, рівень яких відповідає "0" (тригер з прямими входами). Даний тригер встановлюється в стан "1" ( Q = 1 ) сигналом S = 1 і в стан "0" ( Q = 0 ) - сигналом R = 1 (тригер з прямими входами). Для нього забороненою є комбінація сигналів R ^ S = 1, тобто необхідно виключити одночасну появу двох одиниць на його входах.
При цьому на інформаційних входах RS - тригера, виконано на елементах "І-НІ" (рис.2 ), діють сигналами (S
і (R , рівень яких відповідає "0" (тригер з інверсними входами). Даний тригер встановлюється в стан "1" (Q = 1) сигналом(S
= 0 і в стан "0" (Q = 0 ) - сигналом(R = 0.
Для нього забороненою є комбінація сигналів (R
v(S
= 0, тобто необхідно виключити одночасну появу двох нулів на його входах (табл.1).
1.2 Синхронні RS-тригери.
Важливу роль в цифрових пристроях відіграють RS-тригери з синхронізуючими (тактовими) і інформаційними (програмуючими) входами (рис.3).

Рис. 3. Схема (а) і умовне графічне позначення (б) синхронного RS-тригера з прямими входами.
Таблиця 2. Стани синхронного RS-тригера з прямим управлінням ВХІД ВИХІД С S R (S (R Qn+1 (Qn+1 0 0 0 1 1 Qn (Qn 0 1 0 0 1 Qn (Qn 0 0 1 1 0 Qn (Qn 0 1 1 0 0 Qn (Qn 1 0 0 1 1 Qn (Qn 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 Qn
(1) (Qn (0) 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 Qn
(0) (Qn (1) 1 1 1 0 0 X X На відміну від асинхронного, даний тригер на кожному інформаційному вході має додаткові схеми збігу (&), перші входи яких об'єднані і на них подаються синхронізуючі сигнали. Другі входи схем збігу є інформаційними. Зміна стану тригера можлива лише при наявності одиничного сигналу на синхронізуючому вході С. При нульовому значенні цього сигналу інформація на управляючих входах R і S не сприймається і тригер зберігає свій попередній стан. Таблиця переходів асинхронного RS-тригера (табл.1) співпадає з таблицею переходів синхронного тригера (табл.2) при Сn = 1 -const.
Синхронні тригери крім синхронізуючих входів, можуть мати і асинхронні входи R i S.
Характеристичні рівняння синхронного RS-тригера мають вигляд:
для прямих входів:
Qn+1 = Cn Sn v Rn Qn v Cn Qn,
(2)
для інверсних входів:
Qn+1 = Cn Sn v Rn Qn v Cn Qn,
Підставивши Сn = 1 в рівняння (2), можна отримати характеристичні рівняння для асинхронного триггера:
для прямих входів:
Qn+1= Sn v RnQn;
(3)
для інверсних входів:
Qn+1= Sn v RnQn.
Крім RS-тригерів застосовуються ще три види синхронних тригерів: JK, T і D- типів.
1.3 Тригери D-типу.
Тригером D-типу називається логічний пристрій з двома стійкими станами і одним інформаційним входом D та синхровходом С (рис.4). Рис.4. Схема (а) і умовне графічне позначення (б) D-тригера.
Таблиця 3. Стани D-тригера
ВХІД ВИХІД С D Qn+1 (Qn+1 0 0 Qn (Qn 0 1 Qn (Qn 1 0 0 1 1 1 1 0
Значення змінної в момент tn+1 у D-тригерах співпадає із значенням вхідної змінної в момент tn, тому тригер такого типу в літературі називають тригером затримки.
Характеристичне рівняння D-тригеру має вид:
Qn+1=(CnQn v CnDn
(4)
З рівняння видно, що при наявності тактуючого сигналу (С=1) тригер переходить в стан
Qn+1=Dn, а при відсутності тактуючого сигналу (С=0) тригер зберігає попередній стан.
На рис.4 представлений варіант реалізації однотактного синхронного D-тригера, виконаного на елементах “І-НІ”. Вхід D-інформаційний, вхід C-тактовий (синхронізуючий). При D=1 і С=1 на вході DD1.1 формується лог. рівень “0”, який поступає на входи DD1.2 і DD1.3, здійснює встановлення тригера в стан Q=1 і одночасно блокує включення DD1.2. При D=0 і
C=1 вихід DD1.1 залишається закритим (на виході DD1.1 рівень 1”), відкриється DD1.2 і рівень 0” сформований на його виході, встановить тригер в стан Q=1 (Q=0). Таким чином, при C=1 в тригер завжди записується інформація, що відповідає інформації на вході D (табл.3).
1.4 Тригери T-типу.
Тригери T-типу (лічильний тригер) називається логічний пристрій, який має два стійких стани і один вхід Т, і змінює свій стан на протилежний кожен раз, коли на вхід Т приходить управляючий сигнал.
Рис.5. Схема і умовне графічне позначення однотактного Т-тригера.
Таблиця 4. Стани Т-тригера
ВХІД ВИХІД С Qn+1 (Qn+1 0 Qn (1) ( Qn (0) 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0
Функціонування T-тригера описується наступним характеристичним рівнянням:
Qn+1=(T * Qn v Tn *(Qn
(5)
На рис.5 приведено варіант реалізації однотактного синхронного T-тригера, виконаного на елементах "І-НІ".
1.5 Тригери JK-типу.
Тригером JK-типу називається логічний пристрій, який має два стійких стани і два інформаційних входи J та К, і змінює свій стан на протилежний при JK=1, тобто при JK=1 Qn+1=Qn, а в усіх інших випадках функціонує у відповідності з таблицею істинності синхронного RS-тригера, при цьому вхід J еквівалентний входу S, а вхід К- входу R (рис.6, табл.5).
Характеристичне рівняння
JK-тригера
можна
записати наступним чином:
Qn+1 =(K Qn v 1n (Qn
(6)
На рис.6 приведено варіант реалізації одноступеневого синхронного JK-тригера, виконаного на елементах "І-НІ". Тригер JK-типу є найбільш універсальним. В його таблиці станів (табл.2) відсутня лінійка невизначеності. На основі .JK-тригеру шляхом нескладних зовнішніх комутаційних змін можна отримати схеми, які виконують функцій RS-, D- i T-тригерів.
Для надійної і чіткої роботи тригерних комірок в багато розрядних пристроях (регістрах, лічильниках) призначені двоступеневі тригери, які називають master-slave, що перекладається як майстер-помічник.

Рис.6. Схема однотактнного JK-тригера
Таблиця 5. Стани JK-тригера. ВХІД ВИХІД J K C Q (Q 0 0 ( Без змін 0 1 ( 0 1 1 0 ( 1 0 1 1 ( Перемикання
2. Порядок виконання роботи.
2.1. Ознайомитися з теоретичною частиною роботи, лабораторним стендом і програмою EWB.
2.2. Отримати від викладача елементи, необхідні для виконання роботи -
мікросхеми К155ЛА3 і
К155ЛЕ3.
Якщо
для дослідження використовуємо
EWB,
то п.п. 2.4 – 2.8 виконати на зарубіжних аналогах вказаних мікросхем (див. Додаток).
2.3. Ознайомитися зі функціональною схемою та схемами комутації мікросхеми К155ЛАЗ на стенді для виконання дослідів лабораторної роботи (рис. 1 - 7). Паспортні дані: Uж = +5 В ((5%),
Кзор = Коб = 10,
U1вих 4 В; U0вих 0,1 В;
Uпор = 1,5 В;
І0вх = 0,8 мА Рис. 7 Функціональні схеми К155ЛА3 (4 ел.2”І-НІ”) і К155ЛЕ3 (4 ел.2”АБО-НІ”), нумерація виводів і паспортні дані мікросхем.
2.4. При роботі
в статичному режимі для контролю станів тригера до виходів
підключити індикаторні світлодіоди (свічення світлодіода означає стан "1"). Для запуску тригера по входах R i S використати тумблерні регістри, по входу С - формувач
одиночних імпульсів
додатної полярності.
Для дослідження D-тригерів і JK-тригерів на інформаційні входи подавати сигнали з тумблерних регістрів, а на входи С – з формувача одиночних сигналів додатної полярності.
2.5. Зібрати схему асинхронного RS-тригера на елементах 2"АБО-НІ" (рис.1). Дослідити його в статичному режимі та скласти таблицю станів і перевірити її відповідність табл.1. В даному випадку з прямими входами.
2.6. Зібрати схему асинхронного RS-тригера на елементах 2"I-НІ" (рис.2). Дослідити його в статичному режимі та скласти таблицю станів і перевірити її відповідність табл.1.
В даному випадку з інверсними входами. ВХІД ВИХІД С S R (S (R Qn+1 (Qn+1 0 0 0 1 1 Qn (Qn 0 1 0 0 1 Qn (Qn 0 0 1 1 0 Qn (Qn 0 1 1 0 0 Qn (Qn 1 0 0 1 1 Qn (Qn 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 Qn
(1) (Qn (0) 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 Qn
(0) (Qn (1) 1 1 1 0 0 X X
2.7. Зібрати синхронний RS-тригер на елементах 2"І-НІ" (рис.3). Дослідити його в статичному режимі та скласти таблицю станів і перевірити її відповідність табл.2.
2.8. Зібрати синхронний
D-тригер на
елементах
2"І-НІ" (рис.4). Дослідили його
в
статичному режимі та склали
таблицю станів і перевірити її відповідність табл.3.
Висновок: В даній лабораторній роботі ми ознайомились з будовою тригерів, їх синтезом
на основі логічних ІMС та дослідили
роботу тригерів, побудованих на основі логічних ІMС.
Література
Бабич М.П. і ін. Компютерна схемотехніка. “МК-Прес”, Київ, 2004
2.
Колонтаєвський Ю.П. і ін. Промислова електроніка та мікро схемотехніка: теорія і практикум. К.: Каравела, 2004. Колонтаєвський Ю.П. і ін. Промислова електроніка та мікро схемотехніка.
К.: Каравела, 2009.
Додаток. Схеми дослідження тригерів засобом моделюючої програми EWB Рис.1. Дослідження асинхронного RS і D тригерів – статика (ІМС 7400 – аналог К155ЛА3).
Рис.2. Дослідження асинхронного RS і D тригерів – динаміка (ІМС 7400 – аналог К155ЛА3). Рис.3. Дослідження синхронного JK тригера – динаміка (ІМС 7474 – аналог К155ТМ2).
Рис.4. Дослідження синхронного JK і D тригерів – динаміка (ІМС 7474 – аналог К155ТМ2, 7476 – аналог К155ТМ2).
Антиботан аватар за замовчуванням

01.01.1970 03:01

Коментарі

Ви не можете залишити коментар. Для цього, будь ласка, увійдіть або зареєструйтесь.

Оголошення від адміністратора

Антиботан аватар за замовчуванням

пропонує роботу

Admin

26.02.2019 12:38

Привіт усім учасникам нашого порталу! Хороші новини - з‘явилась можливість кожному заробити на своїх знаннях та вміннях. Тепер Ви можете продавати свої роботи на сайті заробляючи кошти, рейтинг і довіру користувачів. Потрібно завантажити роботу, вказати ціну і додати один інформативний скріншот з деякими частинами виконаних завдань. Навіть одна якісна і всім необхідна робота може продатися сотні разів. «Головою заробляти» продуктивніше ніж руками! :-)

Завантаження файлу

Якщо Ви маєте на своєму комп'ютері файли, пов'язані з навчанням( розрахункові, лабораторні, практичні, контрольні роботи та інше...), і Вам не шкода ними поділитись - то скористайтесь формою для завантаження файлу, попередньо заархівувавши все в архів .rar або .zip розміром до 100мб, і до нього невдовзі отримають доступ студенти всієї України! Ви отримаєте грошову винагороду в кінці місяця, якщо станете одним з трьох переможців!
Стань активним учасником руху antibotan!
Поділись актуальною інформацією,
і отримай привілеї у користуванні архівом! Детальніше

Новини