Лабораторна робота 5

«Тригери на інтегральних мікросхемах»

5.1 Мета роботи - вивчення та експериментальне дослідження особливостей роботи тригерів на інтегральних мікросхемах.

5.2 Основні теоретичні положення

Тригери у інтегральному виконанні будуються з простих логічних елементів типу «АБО-НІ», «І-НІ». Зазвичай мікросхема вміщує 1-4 тригерів із спеціальними колами живлення, а інколи і спільними колами синхронізації або керування.

У загальному випадку тригер складається з логічного пристрою керування та власне тригера як елемента пам’яті. Є велика кількість різноманітних схем тригерів із різними функціональними можливостями.

Найбільш розповсюджені з них RS – тригери, D – тригери, T – тригери, JK – тригери. Часто тригери будують як комбіновані: RSD- тригери, RST – тригери і т.п.

5.2.1 Тригерами називають спускові або регенеративні прилади з двома стійкими станами, в які вони можуть встановлюватися керуючими вхідними сигналами. Існує велика кількість тригерів, що відрізняються вхідними і вихідними сигналами, а також способами управління записом інформації до тригера.

За реакцією тригера на вхідний керуючий сигнал розрізняють такі види входів:

S - вхід для установлення (Set - встановлення) тригера в стан 1 (на основному або прямому виході тригера Q встановлюється сигнал «логічна 1», тобто Q=1);

R - вхід для скидання (Reset - скидання, повернення) тригера в стан 0 (Q=0);

D - вхід для встановлення тригера в стан 1 при D=1 або 0 при D=0 з затримкою (Delаy - затримка) переключення виходів Q по відношенню до входу D;

Т - вхід переключення (Тоgg1е - релаксатор) тригера в протилежний стан аналогічно лічбі по модулю 2, тому вхід Т називають лічильним;

J, К - входи для встановлення (Jerk - вмикання) та скидання (Кill - вимикання) тригера в стан відповідно 1 та 0 аналогічно входам S, R; відмінність в тому, що одночасне збудження входів S і R зумовлює невпевненість переходу тригера в один з двох можливих станів, а одночасне збудження входів J і К викликає однозначно зміну стану тригера аналогічно входу Т;

С - вхід синхронізації (Сlock - годинник) для точного задавання моментів переключення станів тригера.

За способом запису інформації тригери поділяються на асинхронні і синхронні (тактуємі). В асинхронних тригерах момент переключення визначається моментом зміни кодової комбінації на інформаційних входах. В синхронних тригерах зміна станів здійснюється в певні моменти часу дії спеціальних тактуючих імпульсів.

За виглядом вихідних сигналів розрізняють статичні і динамічні тригери. В статичних тригерах стійкі стани ідентифікуються за рівнями постійних напруг на їхніх виходах. Стани динамічних тригерів визначаються за наявністю або відсутністю на їхніх виходах безперервної серії імпульсів.

5.2.2 В нинішній час відома велика кількість різних типів тригерів, що виробляються у вигляді інтегральних мікросхем. Як правіло, це універсальні тригери» тобто тригери, що суміщають в собі функціональні можливості декількох більш простих видів тригерів (наприклад: RS- і D-тригерів, RS- і JK-тригерів і т.д.). Так, наприклад, тригер, зображений на рисунку 5.1, містіть в собі можливості RS- та D-тригерів.

Рисунок 5.1 – Універсальний тригер

Запис інформації до тригера даного типу здійснюється по входу D. На вхід С подаються імпульси синхронізації. Крім того, тригер має вхід встановлення 0 (R-вхід) і вхід встановлення 1 (S-вхід).

5.2.3 Для управління тригером використовують керуючі сигнали різноманітних логічних рівнів. Так, вищезазначений тригер (рисунок 5.1) спрацьовує при подачі на входи S і R сигналів логічної 1 (прямі входи). При управлінні сигналом логічного нуля вводиться спеціальна позначка виходу або входу мікросхем (рисунок 5.2).

Рисунок 5.2 - Піктограма тригера при управлінні сигналом логічного нуля

5.2.4 Вхід синхронізації може бути як потенційним (рисунок 5.1), так і динамічним (рисунок 5.2). Особливості роботи тригерів з потенційним і динамічним входом С відбито на діаграмах (рисунок 5.3, а) і б) відповідно).

а) б)

Рисунок 5.3 – Діаграми роботи тригерів з потенційним а) та динамічним б) входом

Як випливає з рисунка 5.3, запис інформації на тригер з потенційнім входом відбувається за наявності на вході С рівня логічної 1. При цьому зміна стану тригера зв'язана з надходженням сигналів на вхід D. В динамічному тригері (рисунок 5.2) запис інформації відбувається по позитивному фронту сигналу на вході С (перехід з стану 0 в стан 1). Існує тип тригерів, у яких запис інформації здійснюється по від'ємному фронту сигналу на вході С (перехід з стану 1 в стан 0).

5.2.5 Роботу тригера, як і інших логічних приладів, можна описати за допомогою таблиці істинності або таблиці переходів. Таблиця істинності тригера з потенційним входом (рисунок 5.1) має вигляд, наведений в таблиці 5.1.

Режим «зберігання інформації» означає, що тригер знаходиться у стані, відповідному попередньому такту роботи (керуючі сигнали відсутні).

Таблиця 5.1 – Таблиця істинності тригера з потенційним вхідом

S	R	D	C	Qn	Режим роботи
0	0	0	0	0	Зберігання інформації
1	0	0	0	1	Установлення 1
0	1	0	0	0	Установлення 0
1	1	0	0	?	Заборонена комбінація
0	0	1	1	1	Запис 1
0	0	0	1	0	Запис 0
1	0	0	1	1	Див. по тексту п.5.2.8

5.2.6 В режимі «Установлення 1» та «Установлення 0» універсальний тригер функціонує як стандартний RS-тригер. Комбінація вхідних сигналів R=S=1 є забороненою, тобто при цьому обидва виходи тригера встановлюються в один і той же стан, що суперечить нормальній роботі логічного пристрою.

5.2.7 В режимі «Запис 0» і «Запис 1» універсальний тригер функціонує як стандартний D-тригер.

5.2.8 Останній рядок в таблиці 5.1 ілюструє ситуацію, коли, з одного боку, здійснюється запис 0 по входу D, а з іншого боку встановлення 1 по входу S. В цьому і подібних випадках тригер підкоряється сигналам на встановлювальних входах R і S.

5.2.9 Якщо тригер має динамічний вхід синхронізації С (як це показано на рисунку 5.2), то в таблиці істинності для позитивного і від'ємного фронту вводяться спеціальні позначки (« _| » і « |_») відповідно).

5.2.9 Для опису роботи тригера використовується також функція переходу F, що може приймати такі чотири значення:

F=0 (тригер не змінив стан 0);

F=1 (тригер не змінив стан 1);

F= (тригер перейшов з стану 1 в стан 0);

F= (тригер перейшов з стану 0 в стан 1).

Функція переходу може бути представлена у вигляді таблиці, подібної до таблиці істинності. Для тригера з прямими входами функція переходу має вигляд таблиці 5.2 .

Таблиця 5.2 - Функція переходу тригера з прямими входами

S	R	F
0	X	0
X	0	1
0	1
1	0

Знак X означає байдужий стан, тобто на вхід може бути подана як логічна одиниця 1, так і логічний нуль 0. Значення функції переходу випливають з таблиці істинності даного тригера.

5.2.10 Універсальні тригери можуть бути переведені до рахувального режиму роботи, тобто такого режиму, при якому стан тригера змінюється на протилежний з надходженням кожного наступного імпульсу синхронізації (або імпульсу лічби) на його С-вхід.

Для реалізації режиму D-тригера інверсійний вихід з'єднують з D-входом. Коли потрібний JK-тригер, встановлюють вхідні керуючі сигнали J=К=1.

Тригери D – типу (D-тригери) (від англійського delay – затримка) мають два входи: D – інформаційний та С – тактовий (синхронізуючий): D-тригер – синхронний. А це значить, що інформація, яка надходить на вхід D, запам’ятовується лише при надходженні синхронізуючого імпульсу на вхід С, тобто із затримкою на час надходження останнього. Тому D – тригер ще називають тригером затримки.

Т – тригер (від англійського to toggle – перекидатись) ще називають тригером поділювачем на два або лічильним тригером. Тригер має лише один тактовий вхід, а його стан змінюється на протилежний із надходженням на вхід кожного імпульсу. Цей тригер використовують для лічення та ділення частоти імпульсів.

JK – тригер є універсальним, бо може виконувати роль RS-тригера, якщо використовувати вхід J як S, а К як R (при цьому таблиця переходів RS-тригера відповідає першим трьом рядкам таблиці переходів JK-тригера). Якщо задати одиниці на обох інформаційних входах, JK-тригер стає Т-тригером.

5.3 Попереднє завдання

5.3.1 Вивчити принцип дії, параметри та характеристики тригерів на інтегральних мікросхемах.

5.3.2 Накреслити електричні схеми досліджуваних електронних пристроїв.

5.3.3 Накреслити таблиці для експериментальних даних.

5.4 Завдання для експериментальних досліджень

5.4.1 За рисунком 5.4 зібрати схему RS-тригера на елементах «І-НІ» (DD3, DD4). Перевірити функціонування RS-тригера, подаючи на входи сигнали з гнізд «1» і «0» і використовуючи індикатор «Q». Результати вимірів занести до таблиці 5.3.

Таблиця 5.3 – Таблиця істинності RS-тригера

Рисунок 5.4 – Схема RS-тригера

5.4.2 Дослідити функціонування JK-тригера. Подати на входи J і К різноманітні логічні рівні і при натисканні кнопки «ПУСК» (кнопка «АВТ» віджата) фіксувати стан прямого виходу тригера, під'єднаного до індикатора «Q». Результати вимірів занести до таблиці 5.4.

Таблиця 5.4 – Таблиця істинності JK-тригера

J	K	C	Q
0	0	0
0	0	1
0	1	0
0	1	1
1	0	0
1	0	1
1	1	0
1	1	1

Перевірити роботу установлювальних інверсних входів, подаючи послідовно сигнали S=0 та R=0 і фіксуючи стан прямого та інверсійного виходів тригера індикатором «Q».

5.4.3 Дослідити роботу D-тригера (DD2). Подавати на вхід D рівні 1 та 0 і, натискаючи кнопку «ПУСК», фіксувати стан прямого виходу тригера, з'єднаного з індикатором «Q». Результати вимірів занести до таблиці 5.5.

Таблиця 5.5 – Таблиця істинності D-тригера

Перевірити роботу установлювальних входів D-тригера аналогічно п. 5.4.2.

5.4.4 Зібрати і перевірити роботу Т-тригера на основі JK-тригера. Для цього слід подати на входи J=K=1 і, натискаючи кнопку «ПУСК», фіксувати почергову зміну станів на виході тригера, під'єднаного до індикатора «Q». Результати вимірів занести до таблиці 5.6.

Таблиця 5.6 - Результати зміни станів на виході Т-тригера

C
Q

5.4.5 Зібрати та перевірити роботу T-тригера на основі D-тригера ). Для цього з'єднати дротом інверсійний вихід Q з D-входом і, натискаючи кнопку «ПУСК», фіксувати почергову зміну станів на виході тригера.

Підключити генератор «ГИ» до входу тригера, натиснувши кнопку «АВТ». Зняти і побудувати осцилограми вхідного і вихідного сигналів Т-тригера, використовуючи входи «Y1 (І)» та «Y3 (II) » на панелі управління.

5.5 Контрольні питання

5.5.1 Що являють собою тригери як електронні прилади?

5.5.2 В чому відмінність динамічного тригера від потенційного? Які відмінності в позначках цих тригерів?

5.5.3 Що таке прямий і інверсійний входи?

5.5.4 Що таке заборонена комбінація сигналів на входах тригера?

5.5.5 Що розуміється під функцією переходу тригера? Які значення може приймати функція переходу?

5.5.6 У чому полягає відмінність RS-, D- та JK-тригерів?

5.5.7 Що таке рахувальний режим роботи тригера? Як реалізується цей режим в разі D- та JK-тригерів?