Запитання та завдання для самоперевірки

1. Функцію якого електричного пристрою виконує мультиплексор для логічних сигналів?

2. Яким аналітичним рівнянням описується робота мультиплексора з управляючим входом?

3. Як реалізувати схему мультиплексора з управляючим входом на елементах «І-НЕ»?

4. Розробіть, зберіть і випробуйте схеми на основі базового дешифратора і елементів «І-НЕ» або, які реалізують задану функцію F. На вході дозволу встановити активний рівень. Варіанти задач приведені нижче.

Лабораторна робота № 16

Тема: «Експериментальні дослідження тригерів у програмах Electronics Workbench та Multisim»

Мета роботи: Навчитися моделювати роботу цифрових пристроїв з елементами пам’яті у програмах Electronics Workbench та Multisim.

Тригер має два стійкі стани: Q=1 і Q=0, тому його іноді називають бістабільною схемою. В якому з цих станів опиниться тригер, залежить від сигналів на входах тригера і від його попереднього стану, тобто він має пам'ять. Можна сказати, що тригер є елементарним елементом пам'яті. Тип тригера визначається алгоритмом його роботи. Залежно від алгоритму роботи, тригер може мати настановні, інформаційні і управляючі входи. Настановні входи встановлюють стан тригера незалежно від стану інших входів. Входи управління дозволяють запис даних, що подаються на інформаційні входи. Найпоширенішими є тригери RS, JK, D і Т- типів.

1. Тригер типа rs

RS-тригер - найпростіший автомат з пам'яттю, який може знаходитися в двох станах. Тригер має два входи: установки S (set - установка) і скидання R (reset - скидання), на які подаються вхідні сигнали від зовнішніх джерел. При подачі на вхід установки активного логічного рівня тригер встановлюється в 1 ( ), при подачі активного рівня на вхід скидання тригер встановлюється в 0 ( ). Якщо подати на обидва входи установки (збудження) пасивний рівень, то тригер зберігатиме попередній стан виходів:

Опис роботи RS-тригера можна доповнити графом рис. 3.1 (графічний спосіб).

Графік на рис. 3.1 а показує, що схема, яка знаходилася в стані Q=0, зберігає цей стан як при дії вхідного набору R=0, S=0, так і при дії R=1, S=0. Якщо ж на вхід схеми, що знаходиться в стані Q=0, подіяти набором R=0, S=1, то вона переходить в стан Q=1 і зберігає його при вхідних наборах R=0, S=1, або R=0, S=0.

На рис. 3.1 б той же граф тригера намальований більш компактно. Вхідні сигнали, які можуть приймати будь-які значення (як 0, так і 1), позначені як X, а позиція позначення відповідає послідовності R, S.

Рис. 3.1. Граф роботи RS-тригера

3. D-тригер.

D-тригер має один інформаційний вхід D (data - дані). Інформація з входу D заноситься в тригер по позитивному перепаду імпульсу на рахунковому вході C і зберігається до наступного позитивного перепаду на рахунковому вході тригера. Крім рахункового С і інформаційного D входів, тригер забезпечений асинхронними R і S входами. На рис. 3.2 зображено граф роботи D тригера.

Е ксперимент 1. Зберіть схему зображену на рис. 3.3. Включіть схему. Послідовно подайте на схему наступні сигнали: S=1, R=0; S=0, R=0. Поясніть отримані результати.

Рис. 3.3. Дослідження RS-тригера

Експеримент 2. Дослідження JK-тригера, побудованого на базі логічних елементів «і» RS-тригерів.

Зберіть схему зображену на рис. 3.4. Включіть схему. Змінюючи рівень сигналу на вході С, складіть тимчасові діаграми сигналів на виходах Q1 і Q2 обох RS-тригерів і замалюйте їх в розділі "Результати експериментів". Вкажіть режим роботи тригера. Визначте моменти зміни сигналів Q1 і Q2 по відношенню до моментів зміни сигналу С. Відобразить відмінність в перемикання RS-тригерів на діаграмах.

Рис. 3.4. Дослідження JK-тригера, побудованого на базі логічних елементів «і» RS-тригерів

Експеримент 3. Дослідження роботи D-тригера в рахунковому режимі.

Зберіть схему, зображену на рис. 3.5. Подаючи на рахунковий вхід С тактові імпульси за допомогою ключа [С] і визначаючи стан виходів тригера за допомогою пробників, складіть тимчасові діаграми роботи тригера в рахунковому режимі і занесіть їх в розділ "Результати експериментів".

Рис. 3.5. Дослідження роботи D-тригера в рахунковому режимі

Експеримент 4. Дослідження JK-тригера в рахунковому режимі (Т-тригер). Зберіть схему, зображену на рис. 3.6. Включіть схему. Змінюючи стан входу С відповідним ключем, замалюйте в розділі "Результати експериментів" діаграми роботи тригера в рахунковому режимі.

Рис. 3.6. Дослідження роботи JK - тригера в рахунковому режимі

Порядок виконання роботи і зміст звіту.

Попередньо слід зазначити про особливості завдання в цифрові схеми сигналів (одиночних імпульсів довільної тривалості) від механічних перемикачів (ключі, тумблери). Безпосереднє використання механічного перемикача в якості джерела сигналів для дослідження синхронних схем цифрових автоматів використовувати не можна через вібрації механічних контактів при перемиканні.

Рис. 2.23 Схема формування одиночного сигналу довільної тривалості

Це призводить до генерації цілої послідовності коротких імпульсів (з частотою 10 ... 50 Гц), перш ніж установиться одиничний або нульовий рівень сигналу. Підключення RS- тригера так, як це показано на рис. 2.23, усуває дану проблему, оскільки тригер зреагує на перший імпульс послідовності, що надходить на вхід R або на S. Тривалість імпульсу визначається часом натискання кнопки перемикача S1.

Однак у програмі EWB 5.12 (і наступних з назвою Multisim 6, 7 і 8) модель однополюсного перемикача позбавлена ​​даного недоліку, тому його можна використовувати безпосередньо, так як це ви вже робили при дослідженні комбінаційних схем.

При складанні схем слід розрізняти символи напруги - + Vcc, який завжди дорівнює + 5V і VDD, який приймає будь-які інші значення, а також символ, що позначає нульовий рівень і символ, відповідний логічному рівню «1».

Послідовність виконання

Зібрати схему RS- тригера і провести її аналіз відповідно до таблиці переходів рис. 2.3, в. Сигнали на схему подавати від схеми формування одиночного сигналу довільної тривалості з використанням двохпозиційного перемикача (рис. 2.24). Стани виходів тригера индицировать логічними пробниками.

Рис. 2.24. Схема формування вхідних сигналів.

При проведенні дослідження дати пояснення такого факту. Якщо перед початком моделювання схема тригера сигналами на R -і S входах була встановлена ​​в режим зберігання, то запуск процесу моделювання демонструє її невизначений стан (стрибкоподібне зміна станів тригера). Пояснення цього факту допоможе вам уникнути помилок у моделюванні інших тригерних структур, зібраних з окремих дискретних компонентів.

Увага! На екрані схеми моделювання помістити текст з назвою досліджуваної схеми, а також таблицю перемикання тригера.

Повторити дії П. 1 для - тригера (рис. 2.4).

Зібрати схему сполучення генератора слова GW з логічним аналізатором LA, як це показано на рис.2.25 Проведіть моделювання (встановивши у відповідних вікнах приладів параметри, вказані на рис. 2.25) з метою перегляду особливостей.

Рис. 2.25. Схема перегляду сигналу Data ready

стробирования інформаційного сигналу GW сигналом Data ready. Результат моделювання показують, що фронт (positive edge) сигналу Data ready збігається з моментом зраді зміни інформаційного сигналу в GW, в той час як зріз (negative edge) розташовується в середині тимчасового інтервалу генерації інформаційного сигналу (рівень «1» або «0»)

У програмі EWB 5.12 не можна назвати задовільною синхронізацію роботи логічного аналізатора LA c генератором слова GW, тому для отримання правильних тимчасових діаграм роботи цифрових автоматів за допомогою даних приладів, логічний аналізатор повинен бути включений у режим жорсткої (зовнішньої) синхронізації від GW зрізом сигналу Data ready. Цей випадок відображений на рис. 2.26 при отриманні тимчасових діаграм роботи динамічного D -тригер (логічний примітив) в режимі асинхронного Т-триггера, тактируемого фронтом.

При використанні наступних, більш досконалих, версій програм "EWB-Multisim 6, 7 і 8" використання зовнішньої синхронізації LA, для зняття тимчасових діаграм, не є обов'язковою. До речі, характер сигналу Data ready, що виробляється GW, теж змінився. Тому настройка LA для роботи в режимі зовнішньої синхронізації від GW повинна проводиться після відповідного перегляду сигналу Data ready. Краще, якщо ви в схемі перегляду рис. 2.25, замініть логічний аналізатор на 2-х канальний осцилограф. У програмах Multisim 7 (і далі), даний прилад здатний при знятті осцилограм імпульсних процесів враховувати реальні тимчасові затримки логічних елементів.

Рис. 2.26 Установки логічного аналізатора в режим зовнішньої синхронізації.

Увага! Наступні пункти виконання роботи проводити з використанням розглянутих вище інструментів.

Переконайтеся, що функціонування --тригер повністю збігається з поведінкою будь-якого інтегрального тригера (D- або JK- типу) щодо їх настановних входів.

Зібрати схему синхронного D- тригера типу засувки рис. 2.6, а, зробити дослідження і побудувати тимчасові діаграми. Тимчасова діаграма повинна включати дві частини:

перша частина повинна показати пріоритетність виконання синхронним тригером «наказів» по ​​асинхронним входів, друга - показує особливості відпрацювання тригером наказів по синхронним входів при пасивних рівнях сигналів, що задаються на асинхронні входи.

Роботу моделі D- тригера засувки порівняти з роботою реальної схеми тригера ІС 7475.

Увага! При наборі програми випробувань (вхідних впливів) тригерів в GW рекомендується формувати сигнали (1 сигнал - 1 двійковий розряд) на асинхронні і синхронні входи тригерів за допомогою різних довічних зошити в інформаційних комбінаціях, намагаючись, по можливості, використовувати молодші розряди зошити. Працювати стане значно простіше.

Порівняти роботу тригера-засувки (рис. 2.6) з роботою D- тригера з динамічним управлінням (рис. 2.15) за програмою, заданої рис. 2.27. Динамічний тригер представити у двох варіантах: модель, виконана на логічних примітивах (рис. 2.15) і схема ІС 7474.

При складанні програми випробувань (запис інформаційних комбінацій в генератор слова GW) необхідно передбачити скид по асинхронному - входу всіх тригерів в стан «0».

Рис. 2.27 Програма випробувань тригера-засувки (рис. 2.6) і D- тригера з динамічним управлінням (рис. 2.15).

Дослідити режими роботи JK- тригера типу MS, використовуючи для цього таблицю переходів рис. 2.9, в:

Модель MS- тригера (рис. 2.9), доповнивши її асинхронними входами;

SN 7472. Зверніть увагу на те, що ця мікросхема має потрійні кон'юнктівние входи J і K, тобто тригер формує внутрішні J- і K- сигнали наступним чином:

  , .

Зроблено це з зручності побудови двійкових лічильників на тригерах даного типу (наступна лабораторна робота). При проведенні випробувань рекомендується все «зайві» J- і K- входи підключити до одиничного рівня.

При складанні програми випробувань необхідно передбачити скид по асинхронному - входу всіх тригерів в стан «0».

При виконанні моделювання зверніть увагу на той факт, що досліджувані схеми характеризуються різним видом тактирования по C - входу. Подумайте, які зміни потрібно внести в схему моделі, щоб вони «тактіровалісь» однаковим чином.

Дослідити помилкові спрацьовування JK- тригера, скориставшись готовим файлом Analys_jk_trig_false.ewb

Вибрати з наявного в програмі EWB-Multisim переліку типономиналов (part type) JK -тригер три різних тригера і провести їх дослідження за програмою,

подібної з П. 7.

Провести аналіз схеми з індивідуального завдання відповідно до заданого варіантом.

Хід виконання роботи

1. Повторити конспект (теоретичні Відомості).

2. Отріматі допуск до роботи.

3. Скласти у Electronics Workbench або Mulsim відповідні схеми.

4. Провести відповідні експеримент. Заповнити протокол та Скласти звіт по практічній работе.

5. Підключіті до схем осцилографи та замалюваті в звіті відповідні Тимчасові діаграмі роботи трігерів.

6. Зробити Висновки по отриманий діаграмам.

7. Відповісті на запитання для самоперевіркі.

Запитання для самоперевіркі

Чим відрізняється робота RS-тригера з прямими входами від роботи RS-тригера з інверснімі входами?

Чому комбінація сігналів 11 на входах RS-тригера назівається «Заборонений»?

В чому відмінність табліці переходів тригера від табліці функцій збудження?

Як властівість запам'ятовування Відображається в характеристичності рівняннях трігерів?

В чому принципова відмінність роботи синхронних трігерів від асинхронних?

Яка пріорітетність інформаційних и настановніх входів в синхронних тригерах?

Чому JK-тригер при J = K = 1 цієї статті не превращается в автогенератор?

Чому Т-тригер здобувши Назву рахункового? Яке число імпульсів ВІН может злічіті?

Як працює D-тригер, если D = Q?

Намалюйте граф-схему роботи JK-тригера.

Намалюйте Тимчасові діаграмі роботи відповідно D, RS та JK трігерів.

Намалюйте Умовні зображення відповідно D, RS та JK трігерів.