2. Автоматизация проектирования схем, содержащих триггеры и счётчики. Практическое занятие № 2

2.1. Пример задания по практическому занятию №2.

Задание

по практическому занятию № 2

по курсу "Автоматизация проектирования систем и средств управления"

студенту группы АУ……………………

Тема занятия: исследование схем, содержащих триггеры и счётчики,

инструментальными средствами программ СФЛМ и Electronics Workbench.

1.Используя программу Electronics Workbench, собрать схему для исследования асинхронного RS-триггера с инверсными входами (базис И-НЕ, на каждом входе поставить контакт реле), составить полную таблицу истинности работы триггера. Сделать вывод о том, как проявляется неопределённое (запрещённое) состояние триггера.

2. Используя программу Electronics Workbench, синтезировать на D-триггерах асинхронный суммирующий двоичный счётчик с модулем счёта 16. Проверить правильность работы счётчика с помощью светодиодов и дешифратора. Построить таблицу состояний счётчика.

3. Исследовать схему, созданную в пункте 2, используя программу SFLM.. Составить программу моделирования и получить временную диаграмму, подтверждающую правильность составленной программы, установить соответствие временной диаграммы и таблицы состояний счётчика. Сохранить текст программы для последующего использования в отчёте.

4. Используя программу Electronics Workbench, синтезировать на JKRS-триггерах с инверсными установочными входами схему счётчика с модулем счёта 12. Использовать метод единичного триггера. Для этого представить модуль счёта в виде формулы, содержащей двойки и единицы. Построить таблицу состояний счётчика и определить систему счисления, в которой работает счётчик. Сохранить текст программы для последующего использования в отчёте.

5. Исследовать схему, созданную в пункте 4, используя программу СФЛМ. Составить программу моделирования и получить временную диаграмму, подтверждающую правильность составленной программы, Сохранить текст программы для последующего использования в отчёте.

2.2. Способы описания дискретных схем, содержащих триггеры и счётчики

В практическом занятии рассматриваются основные типы триггеров, схемы простейших двоичных счётчиков, счётчики, в схеме которых используются единичные триггеры.

2.2.1. Асинхронные rs-триггеры.

В задании 1 требуется исследовать работу простейших типов триггеров с использованием программы Electronics Workbench. Простейшим типом триггеров является асинхронный RS-триггер. Рассмотрим две основные схемные реализации этого триггера: в базисах И-НЕ и ИЛИ-НЕ. Реализация в базисе И-НЕ представлена на рис. 2.1 (триггер с инверсными входами).

S’ и R’ – инверсные S и R входы триггера; Q и Q’- прямой и инверсный выходы триггера; [S] и [R] – клавиши переключения (ключи) контактов реле, позволяющие подавать на входы триггера сигналы 0 и 1. В схеме на рис. 2.1 выходной сигнал Q = 1.

Та же схема при выходном сигнале Q = 0 представлена на рис. 2.2.

Рис. 2.1. При S’= 0 R’ = 0 (S = 1; R = 1) триггер переходит в запрещённое (неопределённое) состояние, характеризующееся одинаковыми сигналами на обоих выходах. В базисе И-НЕ оба выходных сигнала единицы, то есть Q = 1; Q’ = 1. Запрещённое состояние RS-триггера в базисе И-НЕ представлено на рис. 2.3.

Рис. 2.2.

Рис. 2.3.

RS-триггер в базисе ИЛИ-НЕ (RS-триггер с прямыми входами) имеет прямые входы S и R и обратное расположение прямого и инверсного выходов Q и Q’.

На схеме, приведенной на рис. 2.4, выходной сигнал триггера Q = 1.

Рис. 2.4.

Н а схеме, приведенной на рис. 2.5, триггер находится в состоянии Q = 0.

Рис. 2.5.

При S = 1 R = 1 триггер переходит в запрещённое (неопределённое) состояние, характеризующееся одинаковыми сигналами на обоих выходах. В базисе ИЛИ-НЕ оба выходных сигнала нули, то есть Q = 0 Q’ = 0 (рис. 2.6).

Рис. 2.6.

RS-триггер с прямыми входами имеется в библиотеке триггеров программы Electronics Workbench. RS-триггер с инверсными входами можно построить на двух элементах И-НЕ. Обозначение входов и выходов RS-триггера в базисе ИЛИ-НЕ в библиотеке триггеров программы Electronics Workbench показано на рис. 2.7.

Рис. 2.7.

RS-триггер с инверсными входами имеется в библиотеке триггеров программы СФЛМ. Обозначение RS-триггера с инверсными входами согласно ЕСКД показано

на рис. 2.8 (программа СФЛМ).

Рис. 2.8.

Комбинированные триггеры DRS и JKRS снабжаются асинхронными RS- входами как инверсными, так и прямыми.

Обозначение JKRS-триггеров с инверсными и прямыми S и R входами в программе Electronics Workbench.(согласно международному стандарту) показано на рис. 2.9. Вверху вход S, внизу вход R.

Рис. 2.9.

О бозначение JKRS-триггера с инверсными S и R асинхронными входами и трёхвходовыми конъюнкторами по входам J и K согласно ЕСКД (программа CФЛМ) показано на рис. 2.10

Рис. 2.10.

В полной таблице истинности асинхронного RS-триггера (табл. 10) буквой Ф обозначено запрещённое (неопределённое) состояние триггера. Из полной таблицы состояния триггера получаем с помощью карты Карно (табл. 11), закон функционирования асинхронного RS-триггера, (используя выделенные структуры).

= + (при ).

Таблица 10

0	0	0	0
0	0	1	0
0	1	0	1
0	1	1	Ф
1	0	0	1
1	0	1	0
1	1	0	1
1	1	1	Ф

Таблица 11

\	0	1
00	0	0
01	1	Ф
11	1	Ф
10	1	0

Из полной таблицы истинности получаем обобщённую таблицу переходов

(табл. 12) и сокращённую таблицу истинности асинхронного RS-триггера (табл. 13).

Таблица 12

0	0	0	Ф
0	1	1	0
1	0	0	1
1	1	Ф	0

Обобщённая таблица переходов показывает, какой комбинацией входных сигналов достигается переход триггера из старого состояния в новое состояние . Буква Ф здесь означает, что переход происходит при любом значении входного сигнала.

Таблица 13

0	0
0	1	0
1	0	1
1	1	Ф

Все таблицы справедливы для обеих схемных реализаций асинхронного RS-триггера.

2.2.2. D-, T-, DRS-, JK-, JKRS-триггеры

D-триггеры предназначены для перезаписи информации со входа D на выход Q после поступления разрешающего сигнала С = 1 на синхронный (тактирующий) вход триггера.

О бозначение входов и выходов D-триггера в библиотеке триггеров программы Electronics Workbench представлено на рис. 2.11.

Рис. 2.11.

Обозначения одноступенчатого и двухступенчатого D-триггеров согласно

Е СКД (программа СФЛМ) представлено на рис. 2.12.

Рис. 2.12.

Обозначение DRS-триггера в библиотеке триггеров программы Electronics Workbench

представлено на рис. 2.13. Сверху инверсный асинхронный вход S’, снизу инверсный

а синхронный вход R’.

Рис. 2.13.

D-триггер в состоянии Q = 1 после переключения сигнала С с нуля на единицу (после прохождения переднего фронта импульса по тактирующему входу) представлен на рис. 2.14.

Рис. 2.14.

D-триггер в состоянии Q = 0 после переключения сигнала С с нуля на единицу (после прохождения переднего фронта импульса по тактирующему входу) представлен на рис. 2.15.

Рис. 2.15.

D-триггер, модифицированный в асинхронный T-триггер, представлен на рис. 2.16.

Рис. 2.16.

DRS-триггер с инверсными установочными RS-входами, работающий в режиме D-триггера (S’=1 R’=1) представлен на рис 2.17. D-триггер находится в состоянии Q = 1 после прохождения по входу С переднего фронта тактирующего импульса (переход от 0 к 1).

Рис. 2.17.

JKRS-триггер с прямыми установочными RS-входами, работающий в режиме JK-триггера (S = 0; R = 0; J = 1; K= 0) представлен на рис.2.18. JK-триггер находится в состоянии Q = 1 после прохождения переднего фронта тактирующего импульса по входу С (переход от 0 к 1).

Рис. 2.18.

JKRS-триггер с инверсными установочными RS-входами, работающий в режиме JK-триггера (S’= 1 R’= 1 J=1 K=0) представлен на рис. 2.19. JK- триггер находится в состоянии Q = 1 после прохождения заднего фронта тактирующего импульса по входу С (переход от 1 к 0).

Р ис. 2.19.

JK-триггер может быть модифицирован в асинхронный Т-триггер при J = 1 K = 1;

п ри этом тактирующий вход играет роль Т-входа, как показано на рис. 2.20.

Рис. 2.20.

JK- триггер может быть модифицирован в синхронный Т-триггер объединением входов J и K. Сигнал Т, поступает по этому объединённому входу, как показано на рис. 2.21.

.

Рис. 2.21.

DRS- и JKRS-триггеры работают как D- и JK-триггеры при выполнении условия R’S’= 1. При R’S’ 1 они работают как RS-триггеры. Полные таблицы истинности DRS- (табл. 14) и JKRS-триггеров (табл. 15) при приведены ниже.

Таблица 14

					Вид триггера
0	0	0	0	0	D
0	0	0	1	0	RS
0	0	1	0	0	RS
0	0	1	1	0	RS
0	1	0	0	1	RS
0	1	0	1	1	RS
0	1	1	0	Ф	RS
0	1	1	1	Ф	RS
1	0	0	0	0	D
1	0	0	1	1	D
1	0	1	0	0	RS
1	0	1	1	0	RS
1	1	0	0	1	RS
1	1	0	1	1	RS
1	1	1	0	Ф	RS
1	1	1	1	Ф	RS

Таблица 15

						Вид триггера	№ строки
0	0	0	0	0	0	JK	0
0	0	0	0	1	0	JK	1
0	0	0	1	0	1	JK	2
0	0	0	1	1	1	JK	3
0	0	1	0	0	0	RS	4
0	0	1	0	1	0	RS	5
0	0	1	1	0	0	RS	6
0	0	1	1	1	0	RS	7
0	1	0	0	0	1	RS	8
0	1	0	0	1	1	RS	9
0	1	0	1	0	1	RS	10
0	1	0	1	1	1	RS	11
0	1	1	0	0	Ф	RS	12
0	1	1	0	1	Ф	RS	13
0	1	1	1	0	Ф	RS	14
0	1	1	1	1	Ф	RS	15
1	0	0	0	0	1	JK	16
1	0	0	0	1	0	JK	17
1	0	0	1	0	1	JK	18
1	0	0	1	1	0	JK	19
1	0	1	0	0	0	RS	20
1	0	1	0	1	0	RS	21
1	0	1	1	0	0	RS	22
1	0	1	1	1	0	RS	23
1	1	0	0	0	1	RS	24
1	1	0	0	1	1	RS	25
1	1	0	1	0	1	RS	26
1	1	0	1	1	1	RS	27
1	1	1	0	0	Ф	RS	28
1	1	1	0	1	Ф	RS	29
1	1	1	1	0	Ф	RS	30
1	1	1	1	1	Ф	RS	31