Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Не вказано
Інформація про роботу
Рік:
2009
Тип роботи:
Лабораторна робота
Предмет:
Комп’ютерна схемотехніка
Група:
КН
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
Національний університет “Львівська політехніка”
Лабораторні роботи № 1 і 2
Дослідження тригерних схем
з дисципліни
“Комп’ютерна схемотехніка”
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 двотактними. В однотактних тригерах запис відбувається по передньому фронту сигналу запису, а в двотактних - 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.
Асинхронні 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 (таб. 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. Так як 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 асинхрон ного RS-тригера з прямими входами на елементах 2"АБО-НІ".
Таблиця 1. Стани асинхронного RS-тригера на основі мікросхеми КІ55ЛА3.
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.4 відповідно приведено два варіанти реалізації асинхронного RS-тригера на логічних елементах "АБО-НІ", "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.4 ), 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.
Синхронні тригери.
Важливу роль в цифрових пристроях відіграють RS-тригери з синхронізуючими (тактовими) і інформаційними (програмуючими) входами (рис.5). На відміну від асинхронного, даний тригер на кожному інформаційному вході має додаткові схеми співпадіння, перші входи яких об'єднані і на них подаються синхронізуючі сигнали. Другі входи схем співпадіння 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 тригера (таблиця 3.) співпадає з таблицею переходів синхронного тригера (таблиця 1.) при Сn = 1 -const.
Синхронні тригери окрім 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.
Тригери D-типу.
Тригером D-типу називається логічний пристрій з двома стійкими станами і одним інформаційним входом D. В D-тригерах значення змінної в момент tn+1 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.6 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 (таблиця 5.).
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 всякий раз, коли на вхід Т приходить управляючий сигнал.
Функціонування T-тригера описується наступним характерис тичним рівнянням:
Qn+1=(T * Qn v Tn *(Qn (5)
На рис.7 приведено варіант реалізації однотактного синхронного T-тригера, виконаного на елементах "І-НІ". Присутність на входах R і S взаємно протилежних сигналів дозволяє після приходу тактового імпульсу на вхід С встановити на виходах наперед задану комбінацію рівнів: Q=Н, Q=В і навпаки (таблиця 6).
Тригери JK-типу.
Тригером JK-типу називається логічний пристрій, який має два стійких стани і два інформаційних входи Jта 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.
Характеристичне рівняння JK-тригера можна записати наступним чином:
Qn+1 =(K Qn v 1n (Qn (6)
На рис.2 приведено варіант реалізації однотактного синхронного JK-тригера, виконаного на елементах "І-НІ". Тригер JK-типу є найбільш універсальним. В його таблиці станів (таблиця 2.) відсутня стрічка 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 двотактні тригери, які називають master-slave, що перекладається як майстер-помічник.
Рис.2. Схема однотактнного JK-тригера на елементах 2"I-НІ".
Таблиця 2. 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. Ознайомилися з теоретичною частиною роботи, лабораторним стендом і програмою EWB.
2.2. Отримали від викладача елементи, необхідні для виконання роботи - мікросхеми К155ЛА3, К155ТМ2, К155 ……., а також з’єднувальні провідники. Якщо для дослідження використовуємо EWB, то п.п. 2.6 – 2.11 виконуємо на зарубіжних аналогах вказаних мікросхем (див. Додаток).
2.3. Ознайомилися зі функціональною схемою та схемами комутації мікросхеми К155ЛАЗ на стенді для виконання дослідів лабораторної роботи (рис. 3 - 7).
Паспортні дані К155ЛА3: Uж = +5 В ((5%), Кзор = Коб = 10, U1вих ≥ 4 В; U0вих ≤ 0,1 В; Uпор = 1,5 В; І0вх = 0,8 мА.
2.4. Ознайомилися з структурною і функціональною схемою та схеми комутації мікросхеми К155ТМ2 (рис. 3).
Мікросхема К155ТМ2 включає два незалежних D-тригери, що мають загальну тину живлення. У кожного тригера є входи D, (S, (R, а також виходи Q i (Q (рис.3). Входи (S і (R - асинхронні, тому що вони змінюють стан тригера незалежно від сигналу на тактовому вході; активний рівень для них низький. Асинхронне встановлення потрібного стану рівнів на виходах отримаємо, коли на входи (S і (R подаємо взаємно протилежні логічні сигнали. В цей час входи С і D відключаються. Якщо на входи (S і (R тригерів ТМ2 одночасно подається напруга низького рівня стан виходів Q і (Q є невизначеними. Завантажити в тригер вхідні рівні В або Н (1 або 0) можна, якщо на входи (S і (R подати напругу високого рівня. Сигнал з входу D передається на виходи Q і (Q по додатному перепаду імпульсу на тактовому вході С (від Н до В). Для того, щоб тригер перемикався правильно (тобто відповідно до таблиці 7), рівень на вході D потрібно зафіксувати заздалегідь перед приходом тактового перепаду. Захисний час повинен перевищувати час затримки розповсюдження сигналу в тригері.
a) б)
г)
Рис. 3 Мікросхеми К155ЛА3 (2 І-НІ) і К155ТМ2 (два D-тригери)
а) - структурна схема одного D-тригера К155ТМ2; б) - функціональна схема К155ТМ2;
b) - нумерація виводів К155ЛА3 і К155ТМ2; г) - функціональна схема К155ЛА3.
2.5. При роботі в статичному режимі для контролю станів тригера до виходів підключили індикаторні світлодіоди (свічення світлодіода означає стан "1"). Для запуску тригера по входах R i S використовували 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.
2.6. Зібрали схему асинхронного RS-тригера на елементах 2"I-НІ". Дослідили його в статичному режимі і склали таблицю станів.
б)
Рис. 4. Схема (а) і умовне графічне позначення (б) асинхронного RS-тригера з інверсними входами.
Таблиця 3. Стани асинхронного RS-тригера на основі мікросхеми КІ55ЛА3 (4 - 2"I-НІ")
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
2.7. Зібрали синхронний RS-тригер на елементах 2"І-НІ". Дослідили його в статичному режимі і склали таблицю станів.
Рис. 5. Схема (а) і умовне графічне позначення (б) синхронного RS-тригера з прямими входами.
Таблиця 4. Стани синхронного RS-тригера на основі мікросхеми КІ55ЛА3 (4 - 2"I-НІ")
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
2.8. Зібрали синхронний D-тригер на елементах 2"І-НІ". Дослідили його в статичному режимі і склали таблицю переходів.
Рис.6. Схема (а) і умовне графічне позначення (б) D-тригера.
Таблиця 5. Стани D-тригера на основі мікросхеми КІ55ЛА3 (4 - 2"I-НІ")
ВХІД
ВИХІД
С
D
Qn+1
(Qn+1
0
0
Qn
(Qn
0
1
Qn
(Qn
1
0
0
1
1
1
1
0
2.9. Зібрали Т-тригер на елементах "2І-НІ".Дослідили його в статичному режимі і склали таблицю переходів. На вхід сигнал подавали через RC-ланку, що забезпечило короткий за тривалістю вхідний імпульс.
Рис.7. Схема однотактного Т-тригера. Рис.8. Cхема одного D-тригера КІ55ТМ2
Таблиця 6. Стани Т-тригера на основі мікросхеми КІ55ЛА3 (4 - 2"I-НІ")
ВХІД
ВИХІД
С
Qn+1
(Qn+1
0
Qn (1)
( Qn (0)
1
0
1
0
0
1
1
1
0
0
1
0
2.10. Дослідили в статичному режимi D-тригер (м/с К155ТМ2). Склали таблицю переходів.
Таблиця 7. Стани D-тригера мікросхеми КІ55ТМ2
Режим
ВХІД
ВИХІД
роботи
(S
(R
С
D
Q
(Q
Асинхр. встановлення
0
1
х
х
1
0
Асинхронне скидання
1
0
х
х
0
1
Невизначенність (недопустимий)
0
0
х
х
1
1
завантаження “0"
1
1
(
0
0
1
завантаження “1”
1
1
(
1
1
0
2.11. Дослідили в статичному режимi Т-тригер на основі D-тригера (м/с К155ТМ2). Для цього переводимо D-тригер в режим роботи Т-тригера за рахунок з’єднання інверсного виходу Q з D-входом. Склали таблицю переходів. Таблиця станів відповідає таблиці 7 п. 2.9.
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 та на основі тригерних ІMС.
Література
Бабич М.П. і ін. Компютерна схемотехніка. “МК-Прес”, Київ, 2004
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).
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора