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:
Комп’ютерні науки
Кафедра:
Автоматизовані Системи Управління
Інформація про роботу
Рік:
2024
Тип роботи:
Методичні вказівки до лабораторної роботи
Предмет:
Схемотехніка
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
“ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА”
Кафедра „автоматизовані системи управління”
Методичні вказівки до лабораторних робіт
з курсу "СХЕМОТЕХНІКА ЕОМ" для студентів
спеціальності 6.08.04 "Комп'ютерні науки"
lab4
Затверджено на засіданні кафедри
АСУ
Лабораторна робота №4
Тригерні схеми.
Мета роботи: вивчення і дослідження основних структур тригерних пристроїв в логічному базисі І-НЕ та І-АБО-НЕ з потенційним представленням інформації.
В процесі виконання роботи студенти знайомляться зі схемами найбільш поширених тригерів (RS, Д, Т, ІК - типів), з особливостями асинхронних, синхронних і двотактних тригерів, реалізують вказані тригери на елементах І-НЕ і досліджують їх роботу в різних режимах.
1. ЗАГАЛЬНІ ПОЛОЖЕННЯ
Функціональні вузли і пристрої ЕОМ синтезуються на основі двох типів логічних схем: комбінаційних (див. лабораторні роботи №1, 2) і цифрових автоматів.
Тригер, як типовий елемент цифрового автомата, являє собою 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 зворотніми 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 вхідних 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(Qnxin),I=1,2,…,m, (1)
де Qn+1-стан тригера після закінчення дії синхросигналу 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 діляться на синхронні та асинхронні. В асинхронних тригерах запис інформації відбувається в любий момент часу, а в синхронних - тільки при наявності синхросигналу.
Асинхронні тригери.
Основним асинхронним елементом пам'яті служить RS-тригер, зображений на рис.1.
Рис. 1. Схема та умовне графічне позначення асинхрон ного RS-тригера з інверсними (а), прямими (б) входами.
Стани асинхронного RS-тригера.
Таблиця 1.
ВХІД
ВИХІД
S
R
Логіка”І”
Логіка“АБО”
Q
Q
Q
Q
0
0
Не визначен.
Без змін
0
1
1
0
1
0
1
0
0
1
0
1
1
1
Без змін
Не визнач.
Рис. 2. Схема (а), умовне графічне позначення (б) синхронного RS-тригера з прямими входами.
Стани синхронного RS-тригера
Таблиця 2
ВХІД
ВИХІД
R
S
С
С
С
0
0
0
Попередній
1
Попередній
0
1
0
Попередній
1
1
0
1
0
0
Попередній
1
0
1
1
1
0
Попередній
1
Не визначся.
Тригером RS-типу називається логічний пристрій з двома стійкими станами і двома інформаційними входами R і S. При подачі сигналу запису на вхід S (вхід встановлення) в тригер запишеться "1", тобто Q=1, Q=0 (таб. 1). При подачі сигналу на вхід R (вхід скидання) в тригер запишеться "0", тобто Q=0, Q=1. Одночасно подавати записи на входи - заборонено, так як 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 найбільш простим по структурі. Він має тільки два логічних елементи (мінімальну кількість). Даний тригер можна побудувати на елементах ("АБО-НІ"), "І-АБО-НІ" та інших, виходячи з його характеристичного рівняння. На рис. 1 приведено два варіанти реалізації асинхронного RS-тригера на логічних елементах "І-НІ", "АБО-НІ". На рисунках RS-тригер представляє собою власне тригер, на входи котрого поступають інформаційні сигнали. При цьому на інформаційних входах RS - тригера, виконано на елементах "І-НІ" (рис.1 а), діють сигналами S і R, рівень яких відповідає "0" (тригер з інверсними входами). Даний тригер встановлюється в стан "1" (Q=1) сигналом S=0 в стан "0" (Q=0) сигналом R=0. Для нього забороненою комбінацією є комбінація сигналів RvS=0, тобто необхідно виключити одночасну появу двох нулів на його входах. RS-тригер зоображешш на рис. 1б, встановлюється в стан "1" (Q= 1), при S=1 і стан "0" (Q=0) при R=1 (тригер з прямими входами). Для нього забороненою є комбінація сигналів R*S=1.
Синхронні тригери.
Важливу роль в цифрових пристроях відіграють RS-тригери з синхронізуючими (тактовими) і інформаційними (програмуючими) входами (рис.2). 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 (таб.2) співпадає з таблицею переходів синхронного тригера 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=CnSnvRnQnvCnQn, (2)
для інверсних входів: Qn+1=CnSnvCQnvRnQn,
Задавшись Сn= 1, можна отримати рівняння асинхронного триггера:
для прямих входів: Qn+1=SnvRnQn;
для інверсних входів: Qn+1=SnvRnQn. (3)
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.3 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 (табл.3).
Рис.З. Схема (а),умовне графічне позначення (б) синхронного D-тригера.
Стани синхронного D-тригера
Таблиця З
ВХІД
ВИХІД
D
C
Q
(Q
0
0
Без змін
1
0
Без змін
0
1
0
1
1
1
1
0
Тригери T-типу.
Тригери T-типу (лічильний тригер) називається логічшш 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.4 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 імпульсy на вхід С встановити на виходах наперед задану комбінацію рівнів: Q=Н, Q=В і навпаки (таблиця 4).
Рис.4. Схема однотактного Т-тригера.
Cтани Т-тригера.
Таблиця 4
ВХІД
ВИХІД
S’
R’
Q
(Q
0
1
1
0
1
0
0
1
1
1
Немає перемикання
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 істиності 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. 5 приведено варіант реалізації одаотактного синхронного JK-тригера, виконаного на елементах "І-НІ". Тригер JK-типу є найбільш універсальним. В його таблиці станів (таб. 5) 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 багаторозрядних пристроях (регістрах, лічильниках) призначені двотактні тригери, які називають master-slave, що перекладається як майстер-помічник. Структурна схема такого Т-тригера, що складається із двох RS-тригерів показана на рис.6. Входи С обох тригерів ТМ (майстра) і ТS (помічника) з'єднані через інвентор DD1.
На рис.7 показана схема двохтактного JK-тригеру, а в таблиці 6 приведені його стани.
Рис.5. Схема однотактнного JK-тригера.
Стани JKтригера.
Таблиця 5
ВХІД
ВИХІД
J
K
C
Q
Q
0
0
(
Без змін
0
1
(
0
1
1
0
(
1
0
1
1
(
Перемикання
2. ХАРАКТЕРИСТИКИ ДОСЛІДЖУВАНОГО ТРИГЕРА
Мікросхема К155ТМ2 включає два незалежних D-тригери, що мають загальну тину живлення. У кожного тригера є входа D,S,R, а також вихода Q i Q1(рис.8). Входи S і R - асинхронні, тому що вони змінюють стан тригера незалежно від сигналу на тактовому вході; активний рівень для них низький. Асинхронне встановлення погрібного стану рівнів на виходах отримаємо, коли на входи S і R подаємо взаємнопротилежні 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 виявиться невизначеюш. Завантажити в тригер вхідщ 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 додатньому перепаду імпульса на тактовому вході С (від Н до В). Для того щоб тригер перемикався правильно (тобто згідно таблиці 7), рівень на вході D потрібно зафіксувати заздалегідь перед приходом тактового перепадy. Захисний часповинен перевищувати час затримки розповсюдження сигналу в тригері.
Рис.6. Схема двохтактного T – тригера.
Рис.7. Схема двохтактного JK-тригера.
Стани двохтактного JK-тригера
Таблиця 7
Режим роботи
Вхід
ВИХІД
(S
(R
(С
J
K
Q
(Q
асинхронне встановлення
Н
B
x
x
x
B
Н
асинхронне скидання
В
Н
x
x
x
Н
B
невшначенність
Н
Н
х
x
х
B
B
перемикання
В
B
_|-|_
В
В
(q
Q
завантаження "0"
В
B
_|-|_
Н
B
Н
B
завантаження " 1 "
В
B •
_|-|_
В
Н
B
Н
зберігання
В
B
_|-|_
Н
Н
q
q
ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ
Роботу виконують на лабораторному стенді, використовуючи документацію на стенд. Час виконання роботи - 4 год.
З.1. Ознайомитися з теоретичною частішою роботи і лабораторним тендом.
3.2. Отримати від керівника елементи, необхідні для виконання роботи.
3.3. Нарисувати схеми комутації мікросхеми К155ЛАЗ і К155ТМ2 в стенді для виконання дослідів лабораторної роботи.
3.4. При роботі в статичному режимі для контролю станів тригера до виходів необхідно підключити індикаторні лампочки (свічення лампочки означає стан "1"). Для запуску триггера по входах R i S використовувати 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 позитивної полярності.
3.5. Для роботи в динамічному режимі на входи подавати сигнали з тумблерних регістрів, а на вхід С подавати синхроімпульси з генератора стенду. Осцилограми знімати з виходів Q i Q.
3.6. Зібрати схему асинхронного RS-тригера на елементах "2 I-НІ". Дослідити його в статичному режимі. Скласти таблицю станів.
3.7. Зібрати синхронний RS-тригер на елементах "2 І-НІ.Дослідити його в статичному режимі. Скласти таблицю станів.
3.8. Зібрати синхронний D-тригер на елементах "2 І-НІ".Дослідити його в статичному режимі. Скласти таблицю переходів.
3.9. Зібрати двохтакший Т-тригср на елементах "2І-НІ".Дослідити його в статичному і динамічному режимах. Скласти таблицю переходів і зняти осцилограму.
3.10. Дослідити в статичному і динамічному режимах D-тригер (м/с К155ЛАЗ) і (м/с К155ТМ2). Скласти таблицю переходів і зняти осцилограму.
3.11. Дослідии в статичному і динамічному режимах подільник частоти на 2 і на 4 на базі синхронного D-тригера (м/с К155ТМ2). Зняти осцилограми.
Стани D-тригера мікросхеми КІ55ТМ2
Таблиця 6
Режим роботи
ВХІД
ВИХІД
(S
(R
(С
D
Q
(Q
асинхронне встановлення
Н
В
х
х
В
Н
синхронне скидання
В
Н
х
х
Н
В
невизначенність
Н
Н
х
х
В
В
завантаження “0"
В
В
(
Н
Н
В
завантаження “1”
В
В
(
В
В
Н
Рис.8 D-тригер мікросхеми К155ТМ2
а)-структурна схема одного каналу;
б)-функціональна схема;
в)-нумерація виводів;
4. ЗМІСТ ЗВІТУ
4.1. Мета роботи.
4.2. Короткі відомості з теорії.
4.3. Короткий опис і умовне позначення м/с К155ЛАЗ, м/с К155ТМ2, К155ТВ1.
4.4. Умовні позначення, схеми, таблиці, осцилограми для кожного з дослідів.
4.5. Висновки по роботі.
5. КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ
5.1. В чому полягає принципова відмінність елементів пам'яті від комбінаційних схем?
5.2. Що таке тригер?
5.3. Який спосіб задання законів функціонування тригерних пристроїв?
5.4. По яких ознаках класифікуються тригерні пристрої?
5.5. Які основні функціональні типи тригерів?
5.6. Що таке тригери з внутрішньою затримкою і в чому їх переваги?
5.7. Привести схеми взаємного перетворення тригерів.
18.02.2013 18:02-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора