Лабораторная работа № 1

Синтез триггерных схем. Асинхронные и синхронные триггеры.

Цель работы: изучение методов синтеза триггерных схем и их преобразования друг в друга, построения асинхронных и синхронных триггеров различных типов

Порядок выполнения работы и требования к отчету:

1) Ознакомится с теоретическим описанием лабораторной работы.

2) Выполнить задания по лабораторной работе.

3) Отчет по лабораторной работе должен содержать:

- тему и номер работы;

- цель работы;

- ход работы с подробным описанием выполнения заданий;

- вывод о проделанной работе;

- спецификацию по каждой схеме.

Отчет оформляется в соответствии с правилами оформления текстовых документов (в соответствии с ГОСТ 2.105-05).

Краткие теоретические сведения

Триггер – это последовательностное цифровое устройство, комбинационная схема которого построена по логической схеме с обратными связями. Триггеры имеют как правило два устойчивых состояния, поэтому триггеры используются для хранения одного бита информации, кроме того, с помощью триггеров могут выполняться некоторые логические операции.

Различают четыре типа триггеров:

1) RS-триггер, основной триггер вычислительной технике, триггер на два входа;

2) D- триггер, триггер запоминания;

3) T – триггер, триггер счетный;

4) JK- триггер, универсальный триггер на два входа.

По способу приема информации триггеры делятся на асинхронные и синхронные. Асинхронные триггеры воспринимают информацию в момент появления ее на информационных входах. Синхронные триггеры реагируют на входную информацию при наличии сигнала разрешения на вспомогательном входе, на входе синхронизации (рис. 7, а – прямая синхронизация, разрешение единицей; б – инверсная синхронизация, разрешение нулем)

а) б)

Рисунок 7 - Синхронный D-триггер, синхронизация статическая:

Постановка задачи синтеза триггерных схем.

Основным триггером в вычислительной технике является RS–триггер, который рассмотрен достаточно полно на лекционных занятиях по дисциплинам «Схемотехника ЭВМ» и «Теория автоматов». Поэтому задачей синтеза триггерных схем является задача синтеза трех типов триггеров: D-триггера, T-триггера, JK-триггера.

При синтезе вышеуказанных триггеров следует принять во внимание, что общая схема разрабатываемого триггера состоит из двух частей: комбинационной схемы КС и RS – триггера (рис. 8).

Рисунок 8- Общая схема синтезируемого триггера

На входе общей схемы могут быть и информационные, и вспомогательные входы. Например, если разрабатывать асинхронный Т-триггер, то на входе общей схемы будет только один информационный вход Т. Таким образом, из общей схемы любого типа триггера видно, что основной составной частью всех трех типов триггеров является RS - триггер.

1) Синтез асинхронного d-триггера

Общая схема D-триггера представлена на рис. 9.

а) б)

Рисунок 9 – D-триггер

Как видно из общей схемы D-триггера, синтез триггерной схемы сводится к определению переключательных функций для R и S в зависимости от переменной D, которые определяют логическую схему блока КС. Для этого формулируются правила работы D-триггера и составляется таблица синтеза.

D–триггер - это триггер запоминания одного бита информации, то есть запоминания цифры “0” или “1”. Таким образом, D–триггер устанавливается в то состояние, которое соответствует информации на D – входе. Так, если на входе подается цифра “0”, то D–триггер должен установиться в “0” и хранить эту информацию, и, соответственно, если на вход подается “1”, то D–триггер должен устанавливаться в “1” и должен ее хранить до поступления новой информации.

На основании сформулированных правил составляется таблица синтеза (табл. 5).

Таблица 5

			И-НЕ		ИЛИ-НЕ
0	0
0	1
1	0
1	1

В таблице синтеза в столбец заполняется состояние, в которое переходит схема в соответствии с правилом работы D-триггера

Столбцы и , И-НЕ, заполняются необходимыми значениями сигналов на входы RS для RS-триггера на элементах И-НЕ. Необходимые значения сигналов RS должны быть сформированы на выходе блока КС таким образом, чтобы RS-триггер вместе с комбинационной схемой блока КС функционировали по правилу D-триггера.

Столбцы и , ИЛИ-НЕ, заполняются также необходимыми значениями сигналов на входы R и S для RS-триггера на элементах ИЛИ-НЕ.

Следует отметить, что в некоторых клетках таблицы синтеза могут устанавливаться два значения входного сигнала для RS-триггера. В этом случае значение входного сигнала (“ноль” или “единица”) не влияет на переход в новое необходимое состояние схемы, но может быть использовано для доопределения любой цифрой незаполненной клетки диаграммы Вейча, для получения более оптимальной минимизации переключательной функции или .

Проведем синтез D-триггера на элементах И-НЕ. Для этого с помощью диаграммы Вейча для двух переменных получим функции и (рис 10 и 11).

Функции R и S зависит от двух переменных – и . Заполним ДВ для значениями из столбца .

Рисунок 10 - ДВ для функции D-триггера на элементах И-НЕ

ДВ для S заполняем значениями из столбца . Клетку номер “ноль” с неопределенностью также доопределяем “нулем”.

Рисунок 11 - ДВ для функции D-триггера на элементах И-НЕ

Таким же образом проводится синтез D-триггера на элементах ИЛИ-НЕ. По полученным переключательным функциям реализуем схему D триггера на элементах ИЛИ-НЕ и на элементах И-НЕ