27.3. Порядок выполнения работы
1. Подключить к лабораторному стенду плату П-4.
2. Используя трафарет технологической карты IV-1, манипулируя переключателями, составить таблицу истинности дешифратора.
3. Манипулируя переключателями SA1…SA3 и нажимая и отпуская кнопку SB2, подавать импульсный информационный сигнал на вход демультиплексера. Состояние выходов наблюдать с помощью светодиодов HL1…HL8. Составить таблицу истинности демультиплексера.
4. Используя трафарет технологической карты IV-3, манипулируя переключателями и наблюдая выходной сигнал с помощью светодиодов, составить таблицу истинности мультиплексера.
27.4. Содержание отчета
1. Схемы экспериментальных установок.
2. Таблицы истинности, условные обозначения и названия устройств, исследованных в лабораторной работе.
3. Выводы.
а)
б) |
в) |
Рисунок 27.1 – Условное обозначение, таблица истинности и структура двоично-десятичного дешифратора
а)
б) |
в) |
Рисунок 27.2 - Условное обозначение, таблица истинности и структура мультиплексора
а) |
б) |
Рисунок 27.3 - Таблица истинности и структура демультиплексора
27.5. Контрольные вопросы
1. Приведите условное обозначение и поясните назначение дешифратора.
2. Изобразите структурную схему дешифратора и приведите его таблицу истинности.
3. Приведите условное обозначение и поясните назначение мультиплексера.
4. Изобразите структурную схему мультиплексера и приведите его таблицу истинности.
5. Приведите структурную схему демультиплексера и поясните его назначение.
6. Приведите таблицу истинности демультиплексера.
Лабораторная работа №28 исследование триггеров, счетчиков импульсов и регистров сдвига
28.1. Цель работы
1. Изучить назначение, структуру и принципы работы триггеров, счетчиков и регистров сдвига.
28.2. Теоретические сведения
Триггер – это цифровое устройство, имеющее два устойчивых состояния.
Триггеры используются при построении устройств последовательной логики – счетчиков импульсов, регистров сдвига, элементов оперативной памяти.
Триггеры строятся на основе двух логических элементов, охваченных положительными обратными связыми.
Простейшими
триггерами являются RS-триггеры.
Схема RS-триггера,
составленного из элементов «ИЛИ-НЕ»,
его условное обозначение и таблица
истинности показаны на рисунках 28.1, а,
б, и в, соответственно. На входы триггера
поступают два входных сигнала S
(Set)
– установка и R
(Reset)
– сброс. На выходах триггера формируются
два выходных сигнала
и
.
Если S=1
и R=0,
то Q=1,
.
Если R=S=0,
то состояние выходных сигналов
сохраняется, поэтому RS-триггер
можно использовать для запоминания
иформации. Если R=S=1,
то оба выходных сигнала равны нулю;
однако, тогда состояние выходных сигналов
не будет определено, если в какой-либо
момент оба входных сигнала одновременно
станут равными нулю. Поэтому комбинация
R=S=1
является запрещенной комбинацией.
Схема RS-триггера, составленного на элементах «И-НЕ», его условное обозначение и таблица истинности показаны на рисунках 28.2, а, б и в, соотвественно.
Если состояние входных сигналов RS-триггера изменяется, то практически мгновенно изменяется состояние его выходных сигналов. Иными словами, в RS-триггера имеет место сквозная передача сигнала с входа на выход.
а) б) в)
Рисунок 28.1 – RS-триггер на элементах «ИЛИ-НЕ» и его таблица истинности
а) б) в)
Рисунок 28.2 – RS-триггер на элементах «ИЛИ-НЕ» и его таблица истинности
На основе RS-триггера может быть создан динамический D-триггер.
Динамическим триггером называется триггер, в котором отсутствует сквозная передача сигнала с входа на выход. Помимо входов установки S и сброса R, он имеет один информационный вход D (вход данных) и один тактовый вход C, на который подается последовательность тактовых импульсов. Динамический D-триггер можно получить, блокируя входы в тот момент времени, когда считываемая информация передается на выход. При этом различают два типа таких триггеров: триггеры, в которых передача информации происходит на переднем фронте тактового импульса, и триггеры, в которых передача информации осуществляется на отрицательном фронте этого импульса.
Принципиальная схема динамического D-триггера на элементах «И-НЕ» и его условное обозначение показаны на рисунке 28.3.
Рассмотрим структуру D-триггера, управляемого положительным фронтом (рисунок 28.3, а).
Если
сигнал С равен нулю, то
.
При этом выходной триггер, собранный
на элементах DD5
и DD6,
работает в режиме хранения информации.
Пока С=0,
и
,
.
Это означает, что всегда в одном из двух
вспомогательных триггеров оба выходных
сигнала равны 1. Это запрещенное состояние
исчезает, когда тактовый сигнал С примет
единичное значение. Устанавливающийся
при этом выходной сигнал определяется
другим вспомогательным триггером,
который находится в незапрещенном
состоянии. Из этого следует, что при
D=0,
остается в 1,
переходит в 0; при D=1,
остается в 1,
переходит в 0.
а) |
б) |
Рисунок 28.3 – Принципиальная схема и условное обозначение динамического D-триггера
Сигнал, принимающий нулевое значение определяет состояние оконечного триггера, то есть во время появления положительного фронта тактирующего импульса выполняется равенство Q=D.
Рассмотрим,
как производится последующее запирание
входов данной схемы. После передачи
информации оба вспомогательных триггера
находятся в незапрещенном состоянии.
Но в этом случае они блокируют друг
друга, так что все последующие изменения
сигнала D
не вызывают изменение сигналов выходного
триггера: при
заблокирован DD1
и, следовательно
;
при
заблокированы DD2
и DD4
и, следовательно,
.
Новая информация запишется только
тогда, когда при С=0 один из двух
вспомогательных триггеров перейдет в
запрещенное состояние.
Таблица истинности и временные диаграммы, поясняющие работу динамического D-триггера показаны на рисунке 28.4.
а) |
б) |
Рисунок 28.4 – Таблица истинности и временные диаграммы, поясняющие работу динамического D-триггера
Счетчик импульсов – это цифровое устройство, предназначенное для подсчета числа импульсов, поступивших на его вход.
В
качестве счетчиков импульсов можно
использовать произвольную схему,
установив для нее в определенных границах
однозначное соответствие между числом
поступивших имульсов и состоянием
выходных переменных. Так как каждая
выходная переменная может принимать
лишь два значения, то для n
выходных переменных существует
возможных состояний. Обычно используют
двоичное представление зависимости
между числом поступивших импульсов и
выходным кодом счетчика.
Принципиальная схема простейшего четырехразрядного двоичного асинхронного счетчика на D-триггерах, временные диаграммы сигналов на его выводах, его условное обозначение и таблица истинности показаны на рисунке 28.5. Счетчик имеет счетный вход С, на который подается последовательность импульсов, подлежащих счету, и вход сброса R. Если на вход R подан логический ноль, то на выходах счетчика появляются логические нули (счетчик обнуляется). Если на вход R подана логическая единица, то счетчик может считать входные импульсы.
Регистры сдвига представляют собой несколько D-триггеров (обычно от 4 до 16), соединенных между собой в последовательную цепочку (выход каждого предыдущего триггера соединен с входом D следующего триггера). Тактовые входы всех триггеров (С) объединены между собой. Информационные входы и выходы триггеров могут быть выведены наружу, а могут и не выводиться - в зависимости от функции, выполняемой регистром.
Регистры сдвига могут использоваться как элементы памяти и как линии задержки. Память регистра сохраняется до момента выключения питания схемы.
Принципиальная схема и условное обозначение регистра сдвига показаны на рисунках 28.6, а, б, соответственно. Временные диаграммы, поясняющие работу регистра сдвига изображены на рисунке 28.6, в. Регистр сдвига имеет вход данных E, вход сброса R и вход синхронизации С.
а)
б)
в) |
г) |
Рисунок 28.5 - Четырехразрядный двоичный асинхронный счетчик, временные диаграммы сигналов на его выводах, таблица истинности, условное обозначение
Если на вход сброса подан логический нуль, то регистр обнуляется.
Если на вход R подана логическая единица, то регистр способен принимать и обрабатывать входной сигнал, поступающий на вход Е. В данном случае, входной сигнал последовательно перезаписывается из триггера в триггер по фронту тактового сигнала С.
а)
б) в)
Рисунок 28.6 – Принципиальная схема, условное обозначение и временные диаграммы, поясняющие работу регистра двига