6.2. Порядок выполнения работы

Работа выполняется на универсальном стенде по основам автоматики и электронно-вычислительной техники.

1) Получить у преподавателя плату с набором логических элементов и технологические карты.

2) Вставить плату в стенд.

3) Накладывая поочередно технологические карты на переднюю панель стенда и манипулируя переключателями определить логическую функцию и записать ее через операции И, ИЛИ, НЕ.

4) Определить тип каждого логического элемента, входящего в устройство.

5) Составить таблицы истинности для каждой схемы.

6) Зарисовать схемотехническую реализацию логических функций.

7) Ответить на контрольные вопросы.

6.3. Контрольные вопросы

1) Что такое алгебра логики?

2) Какие основные логические функции бывают?

3) Что такое дизъюнкция?

4) Что такое конъюнкция?

5) Что такое инверсия?

6) Что такое комбинированные логические элементы?

7) Что такое логический элемент?

6.4. Содержание отчета

1) Теоретические сведения по теме.

2) Зарисовать условно-графические обозначения изучаемых логических элементов из технологических карт.

3) Составить для каждого логического элемента таблицы истинности.

4) Выводы по лабораторной работе.

5) Ответы на контрольные вопросы.

Лабораторная работа 7

последовательностнЫЕ

логическиЕ устройствА. триггеры

Ц е л ь р а б о т ы: изучение триггеров. Исследование различных типов триггеров.

7.1. Краткие теоретические сведения

Триггеры являются последовательностными логическими элементами. Особенностью последовательностных логических устройств является зависимость выходного сигнала не только от действующих в настоящий момент на входе логических переменных, но и от тех значений переменных, которые действовали на входе в предыдущие моменты времени. Триггеры выполняют функцию хранения информации и являются ячейками памяти.

По принципу работы триггеры делятся на асинхронные и синхронные (тактируемые). В асинхронных триггерах изменение состояния происходит непосредственно при изменении сигналов на информационных входах. Синхронные триггеры, которые кроме информационных имеют еще и тактовый вход, изменяют свое состояние только при подаче тактирующих сигналов в соот-ветствии со значениями сигналов на информационных входах.

Среди тактируемых триггеров различают триггеры, тактируемые уровнем (статическое управление), и триггеры, тактируемые перепадом сигнала (динамическое управление), причем первые срабатывают по уровню тактирующего сигнала, а вторые − по его перепаду из 0 в 1 или из 1 в 0.

7.1.1. RS-триггер

RS-триггер имеет два входа: S – установка (Set) и R – сброс (Reset), а также два выхода: Q – прямой иQ – инверсный (Quit – выход), состояния которых всегда противоположны. Состояние триггера определяется по прямому выходу. Сигнал установки S записывает в триггер единицу, а сигнал сброса R – нуль. RS-триггер может быть реализован на элементах И-НЕ или ИЛИ-НЕ. Схемы двух видов RS-триггеров приведены на рис. 7.1.

а б в

Рис. 7.1. Схемы асинхронных RS-триггеров: ИЛИ-НЕ (а);

И-НЕ (б) и синхронный на логических элементах И-НЕ (в)

Из рис. 7.1 следует, что RS-триггер, выполненный на элементах ИЛИ-НЕ, управляется прямыми (единичными) сигналами, а триггер на элементах И-НЕ – инверсными (нулевыми) сигналами.

Если на оба входа (R и S) поданы нули (ИЛИ-НЕ) или единицы (И-НЕ), триггер переходит в режим хранения информации, сохраняя состояние, в которое он был приведен в предыдущем такте. В табл. 7.1 приведены состояния асинхронного RS-триггера.

Т а б л и ц а 7.1

Состояния асинхронного RS-триггера

				Режим
0	1	1	0	Запись 1
1	0	0	1	Запись 0
0	0			Хранение
1	1	1	1	Неопределенное состояние

При подаче на оба входа (R и S) единиц (ИЛИ-НЕ) или нулей (И-НЕ) на выходах Q и будут либо нули (ИЛИ-НЕ), либо единицы (И-НЕ) соответственно. В этом режиме происходит разрыв триггерных связей и триггер представляет собой два инвертора. Если затем состояния входов изменить на противоположное (режим хранения), то состояние выходов будет неопределенным (либо 0 и 1, либо 1 и 0). Допустимость такой ситуации определяется в каждом конкретном случае.

Синхронный RS-триггер (рис. 7.2. б) отличается от асинхронного тем, что изменение его состояния может происходить только при поступлении тактового импульса на синхронизирующий вход C (Сlock – синхронизировать). Синтезированная по данному уравнению схема триггера (рис. 7.1, в) включает в себя асинхронный RS-триггер и элементы управления им. Состояния синхронного RS-триггера даны в табл. 7.2 (символ  обозначает произвольный сигнал).

Каждый из информационных входов связан с тактовым операцией И, поэтому информация в асинхронный триггер может быть передана только при C = 1. При C = 0 промежуточные сигналы = 1, триггер находится в режиме хранения информации, а состояние входов S и R безразлично. С приходом тактового импульса (C = 1) единичный сигнал на входе S или R форми- рует нулевой промежуточный сигнал или соответственно, и триггер переключается в надлежащее состояние. В результате информация со входов S и R переписывается на выходы Q и соответственно. По окончании тактового импульса (C = 0) триггер переходит в режим хранения информации.

Т а б л и ц а 7.2

Состояния синхронного RS-триггера

C				Режим
0	Х	Х		Хранение
1	0	0		Хранение
1	1	0	0	Запись 0
1	0	1	1	Запись 1
1	1	1	1	Неопределенное состояние

Комбинация входных сигналов S = R = 1 при C = 1 недопустима, так как промежуточные сигналы = 0 и происходит разрыв триггерных связей. В этом случае по окончании тактового импульса (C = 0) состояние триггера будет неопределенным.

а б

Рис. 7.2. Условно-графическое обозначение RS-триггеров:

а – асинхронный, б – синхронный

7.1.2. D-триггеры

D-триггер имеет два входа: информационный вход D (Delay – задержка) и синхронизирующий вход C. Особенность этого типа триггеров в том, что сигнал на выходе Q в t + 1 такте повторяет входной сигнал D предыдущего t такта, т. е. D-триггер задерживает на один такт информацию, существовавшую на входе D. Эквивалентная схема D-триггера со статическим управлением и его условно-графическое обозначение приведены на рис. 7.3, а их состояния − в табл. 7.3.

Т а б л и ц а 7.3

Состояния D-триггера со статическим управлением

			Режим
0	Х		Хранение
1	0	0	Запись 0
1	1	1	Запись 1

а б

Рис. 7.3. D-триггер: а – схема реализации;

б – условно-графическое обозначение

7.1.3. JK-триггеры

JK-триггер отличается от RS-триггера тем, что в нем устранена неопределенность, которая возникает в RS-триггере, когда одновременно на оба входа подают единичные сигналы.

Асинхронный JK-триггер получается из асинхронного RS-триггера путем добавления схемы управления, которая кроме сигналов на входах J ( Jump – прыгать) и K ( Keep – держать) учитывает также сигналы на выходе триггера, т. е. учитывает его состояние. Это достигается введением дополнительных связей между входом и выходом триггера (рис. 7.4).

Состояния триггера определяются комбинацией сигналов на информационных входах (табл. 7.4). Асинхронный режим работы задается сигналами и . Состояние остальных входов при этом произвольное. В синхронном режиме 1 и состояние триггера зависит от сигналов J и K. Если J = K = 1, то с приходом каждого синхроимпульса триггер изменяет свое состояние на противоположное. Независимо от предшествующего состояния JK-триггер меняет состояние, когда на его входе появятся сигналы J = K = 1.

а б

Рис. 7.4. Схема асинхронного JK-триггера: а − на элементах И-НЕ; б − условно-графическое обозначение

Триггер установится в состояние Q = 0, = 1 при подаче на его входы сигналов J = 0, K = 1 (независимо от состояния триггера). Работа асинхронного JK-триггера происходит соответственно таблице истинности (см. табл. 7.4).

Т а б л и ц а 7.4

Таблица истинности асинхронного JK-триггера

J	K	Qn	n	Qn+1	n+1
0	0	0/1	1/0	0/1	1/0
1	0	0/1	1/0	1/1	0/0
0	1	0/1	1/0	0/0	1/1
1	1	0/1	1/0	1/0	0/1

JK-триггеры универсальны, так как, во-первых, они легко преобразуются в триггеры других типов путем соответствующей коммутации входов и, во-вторых, служат основой для построения различных схем: счетчиков, регистров, делителей частоты и т. п. Синхронный JK-триггер отличается от асинхронного наличием синхронизирующего входа (рис. 7.5).

а б

Рис. 7.5. Схема асинхронного JK-триггера: а − на элементах И-НЕ:

б − условное обозначение триггера

7.1.4. T-триггеры

T

Рис. 7.6. Схема асинхронного

Т-триггера

-триггеры относятся к динамической группе цифровых устройств, которые срабатывают по соответствующему фронту (момент изменения «0» в «1» или наоборот). T-триггеры (или счетные триггеры) имеют один логический вход T (Toggle – кривошип) и могут быть выполнены в синхронном и асинхронном вариантах. Синхронный T-триггер может быть построен на JK-триггере путем объединения входов J и K, выполняющих роль логического входа Т, и подачей на вход синхронизации С счетных импульсов. Асинхронный T-триггер может быть построен также на JK-триггере при J = K = 1 и использовании входа синхронизации С в качестве логического входа Т (рис. 7.6).

Асинхронный T-триггер, кроме того, может быть получен из D-триггера соединением входа D с инверсным выходом и подачей счетных импульсов на вход синхронизации С (см. рис. 7.6).