2831

тате невозможно одномоментное переключение нескольких сигналов, что необходимо при исследовании перехода последовательностных схем из запрещенного состояния в режим хранения.

3.2.1.Выполните на лабораторном стенде коммутацию, соответствующую разработанной схеме для рис. 5.1 (п. 3.1.2), проверьте ее правильность. Сигналы на R и S подавайте с поля констант, на индикацию выведите R, S, Q и Q#. Сохраните схему как LR5_1.

3.2.2.Установите микросхему в колодку согласно правилу, приведенному выше, включите питание стенда и щелкните «Соединиться с устройством». Для продвижения диаграммы можно перевести генератор G1 в режим «1 Гц» и запустить (можно пользоваться и кнопкой). Выполните все переходы по плану эксперимента, кроме «запрет → хранение» и проверьте соответствие плану, наблюдая значения Q и Q# в поле индикации и на диаграмме. Сделайте вывод.

3.2.3.Аналогично проведите исследование для схемы, приведенной на рис. 27 (схему сохраните как LR5_2).

3.2.4.Аналогично проведите исследование по п. 3.1.5 (запрещенное состояние у этого триггера отсутствует). Схему сохраните как LR5_3.

3.2.5.Проведите исследование D-триггера с динамическим управлением. Заполните в таблице истинности значения выходных сигналов в режиме «запрет», исследуйте зависимость стабильного состояния после перехода от уровней сигналов на D- и С-входах. Сделайте вывод.

3.2.6.Проведите исследование известных из лекционного курса [1] схем «включить-выключить» с заданным приоритетом команд, а также Т-триггера. Схемы сохраните.

3.2.7.Проведите исследование (см. п. 3.1.7) JK-триггера с учетом приоритетов и запрещенных состояний.

3.2.8.Занесите в отчет результаты экспериментов и ВЫВОДЫ по каждому типу триггеров.

61

4.КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Дайте общее определение триггеров, их классификацию и определения подклассов.

2.Объясните, какие процессы происходят в RSтриггере (рис. 27) при каждом переходе, занесенном в составленную вами таблицу, и как составляют таблицу возбуждений.

3.Объясните, какие процессы происходят при переводе RS-триггера (рис. 26) в запрещенное состояние и выходе из него. Что показывают проведенные вами эксперименты по исследованию этого состояния?

4.Какую функцию выполняет D-триггер и в чем разница между триггерами с разными типами управления.

5.В чем суть приоритетности одних входов триггера перед другими?

6.Какие уровни следует подать на информационный и тактовый входы в комбинированном триггере DRS, если предполагается использовать только асинхронные входы? Для чего?

7.Готовые наборы нескоммутированных Т-триггеров не выпускаются. Предложите схемы коммутации микросхем

триггеров другого типа для получения Т-триггеров, поясните их работу. Работу какой из этих схем вы наблюдали в ходе экспериментов? Какую из этих схем вы использовали в ходе предшествующих лабораторных работ?

8.Есть ли запрещенные состояния у JK-триггера и у исследованной вами микросхемы типа ТВ?

9.Какие функциональные узлы ЦЭ строят на основе D-триггеров и какие – на основе Т-триггеров?

62

Лабораторная работа №6

СИНТЕЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ КОЛЬЦЕВЫХ КОММУТАТОРОВ

1.Цель работы

1.1.Изучить возможности различных последовательностных микросхем применительно к задаче синтеза кольцевых коммутаторов;

1.2.Разработать схемы реализации кольцевых коммутаторов на различной элементной базе с предотвращением их входа в ложные состояния.

2.Теоретические сведения

Для использования совместно с различными датчиками и исполнительными системами роботов нередко требуются многофазные генераторы (МФГ) – схемы, выдающие на множество своих выходов упорядоченную систему импульсов. МФГ обычно состоят из генератора тактовых импульсов и формирователя системы импульсов (распределителя). Простейшие разновидности МФГ – генераторы обегающего импульса (паузы)

игенераторы многофазной системы меандров.

Вгенераторах трехфазной системы меандров (рис. 34) распределитель, называемый фазорасщепителем или кольцевым коммутатором (КК), строят на тактируемых синхронных триггерах (см. предыдущую лабораторную работу), используя как отдельные микросхемы DCили JK-триггеров, так и последовательностные микросхемы повышенной интеграции, созданные на основе DCили T-триггеров (регистры сдвига и счетчики).

Рассмотрим, например, схему на JK-триггерах (рис. 35), предназначенную для получения системы импульсов, приведенной на рис. 34, б. Если здесь не вводить корректирующий элемент DD3, а подключить K-вход DD1 к выходу В триггера

63

Рис. 34

DD2, то такой КК после включения питания начнет выдавать:

64

fти

Рис. 35

Таким образом, КК без коррекции делит fти либо на 6, либо на 2 – случайно, в зависимости от начальной установки. Работа по второму варианту не дает трехфазной системы импульсов, поэтому обычно рекомендуется в начале работы обнулять триггеры по R-входу. Однако, если в дальнейшем (например, под действием помехи) КК попадет в ложное состояние, то его

нормальное функционирование не восстановится. В схеме же, приведенной на рис. 35, любое из ложных состояний за один или два такта переходит в одно из заданных. Поскольку ложная последовательность 010-101 состоит из шести знаков, существует 6 вариантов схемы автоматического перехода в штатное состояние.

При использовании RSили JK-триггеров удобнее всего управлять только одним входом любого из них, запрещая в нужный момент прохождение на него импульса и таким образом задерживая этот триггер в прежнем состоянии. В результате за два такта возможно получение любого состояния, входящего в правильную последовательность, из состояний 010

или 101.

Например, на переходе с третьего триггера на первый возможно получить при J1 = 0 в состоянии 010 переход в 001, при К1 = 0 в состоянии 101 – переход в 110. Для реализации заданного перехода следует записать состояние выбранного входа при всех восьми возможных состояниях выходов и исправить единицу на ноль в одном из состояний, входящих в

65

неправильную последовательность. Затем записывается формула связи, подлежащей коррекции, в полной дизъюнктивной форме и проводится ее упрощение. В формулу связи в качестве членов дизъюнкции входят конъюнкции состояний выходов триггеров, соответствующих единичному состоянию выбранного входа. При единичном состоянии выхода он записывается в прямой, а при нулевом – в инверсной форме.

Нетрудно проверить, что в любом состоянии правильной последовательности дополнительная логическая связь не влия-

ет на работу схемы: J1 Q3 . Кроме описанных способов ис-

ключения неправильной последовательности возможны и другие, например блокировка тактового сигнала на одном из триггеров и т.п. Выбор этих способов определяется простотой схемной реализации.

Еще один вариант кольцевого коммутатора (фазорасщепителя) на триггерах, но DC-типа, приведен на рис. 36. Как и

Рис. 36

предыдущая схема, этот КК обеспечивает самостоятельный переход из ложного состояния в одно из штатных максимум за два такта fти.

66

Нетрудно установить, что в обоих схемах триггеры образуют цепочку в виде регистра сдвига, охваченного инвертирующей обратной связью, и дополненную логическими узлами для вывода из ложных циклов. Отсюда естественно использовать для организации КК регистр сдвига в виде интегральной схемы, например, К555ИР8. Ее следует дополнить элементами для инвертирующей связи третьего выхода со входом и для получения неинвертированного сигнала В или С. Ввиду неопределенного состояния регистра при подаче питания и возможности сбоев во время работы следует предусмотреть логику вывода из ложных циклов, аналогичную приведенным выше.

Вариант КК на основе двоичного счетчика должен вклю-

чать либо элементы, формирующие нужную последовательность нулей и единиц непосредственно из позиционного кода на выходе счетчика, либо элемент, формирующий бегущую единицу (или бегущий нуль), а следом за ним логику, формирующую меандры из этого унитарного кода. Второй вариант удобнее в реализации, ибо наиболее сложная часть преобразования выполняется специальной схемой формирователя обегающего импульса.

3.Порядок выполнения работы

3.1.Предварительное задание

3.1.1.Изобразите в заготовке отчета временную диаграмму, включающую меандр на входе КК и трехфазную систему выходных импульсов A-B-C (рис. 34, б).

3.1.2.Пользуясь справочником или Редактором схемы программы управления лабораторным стендом, найдите УГО микросхемы К555ТВ9 и переработайте схему, приведенную на рис. 35:

изобразите ее, используя элементы микросхем К555ТВ9, логические элементы DD3 не применяйте, K-вход DD1 подключите к выходу В триггера DD2. S-вход первого триггера, R-вход второго и S-вход третьего соедините и выведите в ви-

67

де цепи S1. R-вход первого триггера, S-вход второго и R-вход третьего соедините и выведите в виде цепи R1. Дайте остальным цепям имена (G1-A-B-C-A#-B#-C#). Сделайте распиновку микросхем;

переработайте полученную схему, добавив логику, эквивалентную DD3, но выполненную на К555ЛА3, изобразите полученную схему, дайте добавленным цепям имена (желательно по номерам задействованных вЫходов), сделайте распиновку;

оставьте в заготовке место для текстового вывода о работе вариантов схемы.

3.1.3. Аналогично переработайте схему, приведенную на рис. 36:

изобразите ее, используя элементы микросхемы К555ТМ2, логические элементы не применяйте, S-входы триггеров соедините и выведите в виде цепи S1, R-входы соедините и выведите в виде цепи R1;

переработайте полученную схему, добавив логику (микросхему выберите самостоятельно), изобразите полученную схему;

оставьте в заготовке место для текстового вывода о работе вариантов схемы.

3.1.4.Разработайте схему КК на основе регистра

К555ИР8:

пользуясь справочником или Редактором схемы программы управления лабораторным стендом, найдите УГО этой микросхемы и изучите функции каждого ее входа;

разработайте на основе К555ИР8 схему КК, аналогичную приведенной на рис. 36. Один из входов DS используйте как сигнал разрешения Е. Для получения инвертирующей обратной связи и полярности выходных сигналов используйте инверторы. Изобразите полученную схему;

добавьте к схеме логический элемент, исключающий одно из ложных состояний (по аналогии с рис. 6.3), подберите микросхему, на которой можно выполнить как этот элемент, так и инверторы, изобразите полученную схему;

68

разработайте способ реверсирования порядка фаз A-B-C → C-B-A, подберите логическую микросхему, позволяющую выполнить узел реверсирования (входной сигнал узла обозначьте как F/R#, что означает forward / reverse), изобразите полученную схему.

оставьте в заготовке место для текстового вывода о работе вариантов схемы.

3.1.5.Разработайте схему КК на основе счетчика К555ИЕ15:

пользуясь справочником или Редактором схемы программы управления лабораторным стендом, найдите УГО этой микросхемы и изучите функции каждого ее входа;

подберите элемент, формирующий бегущую единицу (или бегущий нуль) из позиционного трехразрядного кода на выходе счетчика (используйте вход тактирования счетчика С2), а также способ получения шеститактной последовательности состояний счетчика;

добавьте в схему логику, формирующую трехфазную систему меандров из полученного унитарного кода, приведите ее к базису И-НЕ, запишите таблицу состояний, изобразите полученную схему.

3.2.Рабочее задание

3.2.1.Соберите на стенде первую из схем, разработанных

вп. 3.1.2 (не забудьте установить в стенд нужные микросхемы!). Тактовый сигнал возьмите с генератора G1, цепи S1 и R1 подключите к линиям ввода констант в левой части поля редактирования схемы, определите уровни сигнала в этих цепях, необходимые для функционирования КК. На поле индикации выведите сигналы G1, A, B, C. Запишите схему в свой каталог под именем ТВ9-1.

3.2.2.Опробуйте работу КК, убедитесь, получили ли вы трехфазную систему меандров с заданным сдвигами фаз. Если да, то переходите к следующему пункту, если нет – выключите питание стенда и снова включите.

69

3.2.3. Не прерывая работу схемы, обнулите цепь S1 или R1, убедитесь по диаграмме, что импульсов на выходе нет, и снова установите в лог. ˶1". Объясните вид импульсов на вы-

ходах. Убедитесь, что повторное кратковременное обнуление S1 или R1 не приводит к восстановлению генерации трехфазной системы меандров. Выключите питание стенда и снова включите. Восстановилась ли нормальная работа схемы?

3.2.4.Соберите на стенде вторую из схем, разработанных

вп. 3.1.2. Установите уровни сигнала в цепях S1 и R1, необходимые для функционирования КК. Проверьте функционирование схемы, запишите её как ТВ9-2.

3.2.5.Не прерывая работу схемы, обнулите цепь S1 или R1, убедитесь по диаграмме, что импульсов на выходе нет, и снова установите в лог. ˶1". Объясните вид импульсов на вы-

ходах. Убедитесь, что повторное кратковременное обнуление S1 или R1 теперь приводит к восстановлению генерации трехфазной системы меандров. Выключите питание стенда и снова включите. Восстанавливается ли нормальная работа схемы?

3.2.6.Сделайте вывод о результатах исследования, запишите его в отчет.

3.2.7.Соберите на стенде первую из схем, разработанных

вп. 3.1.3 (не забудьте установить в стенд нужные микросхемы!). Подключите и настройте цепи G1, S1 и R1. На поле индикации выведите сигналы G1, A, B, C. Запишите схему в свой каталог под именем ТМ2-1.

3.2.8.Повторите действия по пп. 3.2.2 и 3.2.3.

3.2.9.Соберите на стенде вторую из схем, разработанных

вп. 3.1.3. Установите уровни сигнала в цепях S1 и R1, необходимые для функционирования КК. Проверьте функционирование схемы, запишите её как ТМ2-2.

3.2.10.Не прерывая работу схемы, обнулите цепь S1 или R1, убедитесь по диаграмме, что импульсов на выходе нет, и

70