Контрольные вопросы

1. Какие преимущества имеет импульсный режим передачи сигналов?

2. Какие виды импульсов вы знаете?

3. Опишите основные характеристики импульсных сигналов.

4. Укажите основное отличие цифрового сигнала от аналогового.

5. Чем отличается позитивная логика от негативной?

6. Опишите ключевой режим работы транзисторов.

7. Какие способы повышения быстродействия транзисторных ключей вы знаете?

8. Какие преимущества имеют ключи на МДП(МОП)-транзисторах?

9. В чём преимущества КМОП-ключа?

10. Назовите основные логические элементы.

11. Назовите основные классы логических элементов (виды логик).

12. Что такое серия микросхем?

13. Какие серии цифровых микросхем вы знаете? К каким видам логики они относятся?

14. Назовите основные параметры цифровых микросхем.

15. Расскажите о работе базового элемента транзисторно-транзисторной логики. (ТТЛ-логики).

16. Особенности работы базового элемента ТТЛШ-логики.

17. Особенности работы базовых элементов КМОП, И2Л и GaAs-логик.

18. Какие логические устройства называются комбинационными?

19. В чём заключается цель и принципы минимизации логических устройств?

20. Какие способы минимизации вы знаете?

21. Какие типовые комбинационные устройства вы знаете?

22. Опишите работу шифратора и дешифратора.

23. Каковы назначения и условно-графическое изображение преобразователя кодов?

24. Каковы назначения и структурная схема мультиплексора; демультиплексора?

25. Опишите работу сумматоров.

26. Каковы назначения и логическая схема цифрового компаратора?

Лабораторная работа № 8. «исследование последовательностных цифровых устройств»

Цель работы:

1. Изучение теоретических сведений [1, c. 355-374; 2, c. 553-599].

2. Исследование работы схем асинхронного и синхронного RS-триггеров и Т-триггера на логических элементах (на основе микросхемы К155ЛА3).

3. Исследование регистра (К155ИР1) и счетчика (К155ИЕ1) в интегральном исполнении.

8.1. Краткие теоретические сведения и описание экспериментов

Последовательностные цифровые устройства или конечные автоматы (цифровые автоматы, автоматы с памятью) - это устройства, выходные функции которых зависят не только от состояния входных в данный момент времени, но еще и от сигналов, воздействовавших на них ранее, то есть они представляют собой устройства с памятью.

Последовательностные устройства создаются на основе использования триггеров. Триггером называется устройство, способное формировать два устойчивых значения выходного сигнала и скачкообразно изменять эти значения под действием внешнего управляющего сигнала. Именно способность формировать на выходе два устойчивых значения сигнала, которые могут поддерживаться без изменения сколь угодно длительный промежуток времени, и позволяет применять триггер в качестве элемента памяти.

Основные разновидности триггеров. Прежде всего различают нетактируемые (асинхронные) и тактируемые (синхронные) триггеры. В триггерах первого типа изменение состояния происходит сразу же после соответствующего изменения потенциалов на его управляющих входах, тогда как в синхронном триггере изменение состояния может произойти только в момент присутствия соответствующего сигнала на тактовом входе. Существуют также универсальные триггеры, которые могут работать как в тактирующем, так и в нетактирующем режимах.

В интегральном исполнении выпускаются следующие разновидности триггеров:

• Асинхронный RS-триггер (прямой). Имеет два управляющих входа (R и S): «единица» на входе S (при R=0) устанавливает триггер в единицу (Q=1), и напротив, «единица» на входе R (при S=0) устанавливает триггер в ноль (Q=0). Подача «единицы» одновременно на оба входа является запрещенной, а «нули» на обоих входах не изменяют состояние триггера. Может быть построен на логических элементах.

• Синхронный RS-триггер отличается от предыдущего наличием тактового входа C.

• JK-триггер. В нём устранена неопределённость, возникающая в RS-триггере при S=R=1.

• D-триггер. Может быть получен из синхронного RS-триггера и инвертора. Управляется единственным сигналом, подаваемым на информационный вход D. Такой триггер осуществляет задержку установки выхода (Q), на время отделяющее момент изменения сигнала D от начала очередного тактового импульса, причём выходной сигнал Q сохраняется до прихода очередного тактового импульса.

• T-триггер, или счётный триггер. Срабатывает только по соответствующему фронту (или спаду) импульса на входе. Если подавать на вход этого триггера последовательность из N импульсов, то на его выходе получим N/2 импульсов.

Кроме элементарных ячеек памяти – триггеров (способных хранить 1 бит информации), существуют так называемые регистры – устройства из триггеров, предназначенные для записи, хранения и выдачи информации. Каждый разряд двоичного числа записывается в своём триггере, поэтому число триггеров в регистре определяет разрядность записываемого числа.

Основные виды регистров:

• Последовательный (сдвигающий).

• Параллельный.

К последовательностным устройствам относятся также счётчики, которые позволяют подсчитать количество поступающих на их вход импульсов. Счётчики обычно также строят на основе триггеров. Счётчики могут быть классифицированы:

1. По значению модуля счёта:

• Двоичные (модуль счёта равен целой степени числа 2).

• Двоичнокодированные (модуль счёта может принимать любое неравное целой степени числа 2 значение).

2. По направлению счёта:

• Суммирующие (выполняют микрооперацию инкремента над хранящимся кодовым словом).

• Вычитающие (выполняют микрооперацию декремента над хранящимся кодовым словом).

• Реверсивные (выполняют в зависимости от значения управляющего сигнала над хранящимся кодовым словом либо микрооперацию инкремента, либо декремента).

3. По способу организации межразрядных связей:

• Счётчики с последовательным переносом (переключение триггеров разрядных схем осуществляется последовательно, один за другим).

• Счётчики с параллельным переносом (переключение всех триггеров разрядных схем осуществляется одновременно по сигналу синхронизации).

• Счётчики с комбинированным последовательно параллельным переносам (используются различные комбинации способов переноса).