Лабораторная работа №2 ИССЛЕДОВАНИЕ ТРИГГЕРОВ С ВНУТРЕННЕЙ ЗАДЕРЖКОЙ

Цель работы: исследование двухступенчатых триггерных схем, выявление их достоинств и недостатков.

Краткие теоретические сведения

Требование устойчивой работы цифровых устройств вызывает в ряде случаев необходимость задержек в переключении триггеров. Это

3) двухступенчатые триггеры с запрещающими связями;

4) шестиэлементные двухступенчатыеИтриггеры.

Двухступенчатые триггеры с инвертором

Двухступенчатый RS-триггер с инвертором рассматривался ранее (см. рис. 1.41). С помощью редактора программы WEWB32 введите эту схему в компьютер и исследуйте ее работу с использованием тех же средств, что и в предыдущей лабораторной работе.

Схема двухступенчатого D-триггера с инвертором, собранная на использовании двух одноступенчатых D-триггеров, была представлена на рис. 1.39,а. Ту же схему можно собрать, используя только один базовый элемент И-НЕ (см. рис. 2.7).

Исследуйте работу данной схемы теми же средствами.

Важными условиями работы двухступенчетого триггера с инвертором являются:

83

1)длительность синхроимпульса должна превышать время переключения первой ступени (условие «маскировки»);

2)время переключения первой ступени должно превышать время формирования инвертором выходного сигнала (это условие выполняется практически всегда).

Следующ й т п двухступенчатых триггеров – триггеры с разнополярным управлением – практически ничем не отличаются от только что рассмотренных. Вместо инвертора здесь во втором триггере используется инверсный вход для тактируемого сигнала C. Теоретически такой триггер должен переключаться быстрее, однако собрать его на элемен-

Связь Б

Рис. 2.8. Двухступенчатый RS-триггер с запрещающими связями

Принцип работы такого триггера в следующем. При записи информации в первую ступень триггера на элементах первой ступени

84

(точки А и Б на рис. 2.8) формируются сигналы блокировки второй ступени, которые по цепям связи передаются во вторую ступень, запрещая ее работу. После записи в первую ступень сигналы блокировки снимаются.

Преимуществом триггера с запрещающими связями является более высокое быстродействие и возможность использования в нем эле-

Сментов одного типа.

Шест элементный двухступенчатый D-триггер

Шест элементная схема легла в основу многих типов триггеров. редиреально выпускаемых триггеров такого типа наибольшее распространен е меют м кросхемы К155ТМ2, содержащие два шестиэлементных D-тр ггера с входами предустановки и сброса. Схема такого D-тр ггера (полов на микросхемы К155ТМ2) представлена на рис. 2.9.

бА Д И

Рис. 2.9. Двухступенчатый шестиэлементный D-триггер: а – схема; б – обозначение

Контрольные вопросы и задания

1.Исследовать схемы на рис. 2.7, 2.8, 2.9 теми же программными средствами, что и в предыдущей лабораторной работе.

85

2. Написать отчет о проведенных исследованиях с выводами по каждому исследованному типу триггеров с внутренней задержкой.

3. Какие проблемы возникают при использовании одноступенчатых триггеров и какими путями они решаются?

4. От каких условий зависит работа двухступенчатого триггера с Синвертором?

5. Можно ли собрать схему триггера с разнополярным управле- н ем на элементах одного типа?

6. Как ми достоинствами обладают триггеры с запрещающими

связями? Ла ораторная работа №3 бАИССЛЕДОВАНИЕ РЕГИСТРОВ

Цель ра оты: сследование схем регистров различного назначения с спользован ем компьютерных технологий проектирования устройств цифровой техники.

Необходимые теоретические сведения по данной теме изложены в лекционном курсе и в материале практического занятия №8. Перед выполнением лабораторной работы этот материал следует повторить.

Реализация различных схемДрегистров, рассмотренных на вышеупомянутом практическом занятии, здесь будет производиться средствами схемотехнического моделирования, которыми обучающиеся уже пользовались при выполнении двух предыдущих лабораторных работ.

Реализация схемы параллельного регистраИ

Соберите следующую схему в виртуальной среде схемотехнического моделирования (рис. 2.10).

В этой схеме четырехразрядного регистра использован двухступенчатый D-триггер, схема которого была приведена на рис. 2.9. Здесь и далее рекомендуется выбирать для триггеров технологию ТТЛШ (LS). В этом случае неподключенный вывод будет эквивалентен подаче логической единице. Это значительно уменьшит количество необходимых связей в схеме, сделает ее более простой. Поэтому, выбрав из меню необходимый триггер и перенеся его в поле для ввода схемы, щелкните по нему дважды левой кнопкой мыши. В появившемся меню триггера нажмите на ttl (транзисторно-транзисторная логика), а в появившемся новом меню нажмите на LS, а затем на кнопку Accept.

86

Си

бАР с. 2.10. Параллельный регистр на базе D-триггера

С помощью тех же манипуляций с мышью следует присвоить символы ключам, которые закрепятся за соответствующими клавишами клавиатуры. Например, ключ, помеченный символом [R], теперь можно будет включать и выключать нажатиемДклавиши «R». Эта клавиша здесь используется для стирания числа в регистре (сброс).

Набрать четырехразрядное двоичное число здесь можно с помощью ключей [0], [1], [2], [3], где [0] – младший разряд двоичного числа. Например, при включении ключей [0] и [2] и выключенном состоянии ключей [1], [3] на вход регистра будет подаватьсяИдвоичный код 0101. Чтобы записать этот код в регистр, необходимо вновь замкнуть ключ [R], после чего разомкнуть и замкнуть ключ [С]. В этом случае засветятся нулевой и второй светодиоды, а на цифровом индикаторе высветится цифра 5, которая соответствует двоичному коду 0101. Запись во все разряды параллельного регистра происходит одновременно, а время задержки записи равно времени задержки переключения одного триггера. Поэтому быстродействие параллельного регистра не зависит от его разрядности.

Реализация схемы последовательного регистра

Соберите следующую схему в виртуальной среде схемотехнического моделирования (рис. 2.11):

87

Си

для записибАпоследовательного кода, преобразования его в параллельный код. Здесь значение информационногоДвхода D при прохождении среза сигнала С записывается в младший (старший) разряд регистра. При

Рис. 2.11. Последовательный регистр на базе D-триггера

Это схема четырехразрядного последовательного регистра, собранная на базе того же двухступенчатого D-триггера. Он предназначен

прохождении последующего среза сигнала С код регистра сдвигается на

один разряд влево (вправо), а в освободившийся младший (старший) разряд регистра записывается значение информационного входа D, которое он имеет в данный момент. ПроследитьИи понять логику работы

данного последовательного регистра можно, подключив к его схеме генератор слов (Word Generator) и логический анализатор (Logic Analyzer), как это показано на рис. 2.12.

Выполните это исследование в пошаговом режиме работы, чтобы усвоить в динамике логику работы последовательного регистра.

Быстродействие последовательного регистра зависит от его разрядности. Его время задержки будет равно суммарному времени задержки всех входящих в него триггеров, образующих его разряды. Это основной недостаток последовательных регистров. Достоинство же его в том, что он может работать как регистр сдвига.

88

Сдвиг двоичного кода влево (вправо) равнозначен удвоению (делению на 2) двоичного числа. Эта операция используется в алгоритме умножения чисел.

Си бА Д И

Рис. 2.12. Исследование работы последовательного регистра

Реализация схемы регистра сдвига

В рассмотренной выше схеме последовательного регистра ввод данных и сдвиг кода происходят одновременно, эти операции не разде-

89

лены. Рассмотрим схему сдвигового регистра с параллельным вводом данных, работающую в двух режимах: режиме записи и режиме сдвига

(рис. 2.13).

Си Р с. 2.13. Исследование работы регистра сдвига

Задача данной схемы следующая. В момент времени t = t0 прочитать слово d3d2d1d0 и записать этот параллельный код в регистр q3q2q1q0 = d3d2d1d0. В момент времени t = t1 осуществить сдвиг этого кода на

ет режимубАзаписи. Этот сигнал открывает нижний элемент И и закрыва-

один разряд вправо (деление на 2).

триггеров (разрядов регистра).ДПо тактовому импульсу [C] код с входов триггеров q3q2q1q0 = d3d2d1d0 переместится в регистр – запись произведена.

В момент t = t0 на вход [V] подается сигнал V = 0, что соответству-

ет верхний элемент И схемы сборки, состоящей из двух элементов И,

элемента НЕ и элемента ИЛИ. Через открытые нижние элементы раз-

ряды кода d3d2d1d0 и попадают на входы 1D соответствующих разрядов

В момент t = t1 на вход [V] подается сигналИV = 1, что соответствует режиму сдвига. Нижняя схема сборки блокируется и открывается верхняя. На вход 1D первого триггера (если считать триггеры слева направо) будет поступать сигнал D = 0 («земля»), на вход 1D второго – выход первого триггера, на вход 3-го – выход 2-го, на вход 4-го – выход 3-го триггера. По тактовому импульсу [C] код с входов триггеров 0q3q2q1 переместится в регистр – произведен сдвиг кода в регистре на один разряд вправо. При этом содержимое младшего разряда пропало, а в освободившийся старший разряд регистра записался 0.

Если подать еще один тактовый импульс [C], оставаясь в режиме сдвига (V = 1), то код регистра сместится еще на один разряд вправо.

90

Таким образом, данный сдвиговый регистр обеспечивает сдвиг слова на число разрядов, равное числу поступивших на этот регистр тактовых импульсов.

Наберите эту схему (рис. 2.13) в редакторе схемотехнического моделирования и проведите наблюдение за ее работой в пошаговом режиме, чтобы усвоить в динамике логикуработы сдвигового регистра.

СРегистр циклического сдвига

Если соед н ть выход последнего D-триггера в регистре сдвига (рис. 2.13) с входом 1D первого триггера, то получится регистр цикли- ического сдв га, схема которого представлена на рис. 2.14.

бА Д

Рис. 2.14. Исследование работы регистраИциклического сдвига

В этой схеме светодиоды q3,q2,q1,q0 переставлены с входов 1D соответствующих триггеров на их выходы, чтобы можно было читать текущее содержимое регистра, и добавлен цифровой индикатор, преобразующий двоичный код в шестнадцатеричный.

Выполните соответствующие изменения уже в набранной вами схеме в редакторе схемотехнического моделирования и проведите наблюдение за ее работой в пошаговом режиме, чтобы усвоить в динамике логику работы циклического регистра сдвига.

91

Реверсивные регистры сдвига

Различают регистры прямого сдвига (в сторону старших разрядов) и обратного сдвига (в сторону младших разрядов). Регистры, выполняющие только обратные сдвиги, можно получить из регистров прямого

обеспечивающий возможность сдвигов в обоих направлениях.

Для получения реверсивного регистра из прямого регистра сдвига необход мо к нформационным входам каждого триггера подключить вент льный элемент И-ИЛИ-НЕ (рис. 2.15).

На входы верхнего И-элемента подается сигнал P и сигнал D в прямом направлении (в сторону старших разрядов), а на входы нижнего И-элемента – сигнал P и сигнал D в обратном направлении (в сторону младших разрядов). Если признак вида сдвига P = 1, то при прохождении тактового импульса C удет происходить сдвиг слова в прямом направлении, а если P = 0, то в обратном.

Здесь разряды следует связывать не через прямые, а через обратные выходы триггеров, чтобы скомпенсировать инверсию на выходе

92