Лабораторные электричество

момент времени. К комбинационным логическим устройствам относятся преобразователи кодов, шифраторы, дешифраторы, сумматоры, мультиплексоры, демультиплексоры. Последовательностные логические устройства (ПЛУ) наряду с комбинационными узлами содержат элементы памяти. Их логическое состояние определяется комбинациями входных переменных как в данный, так и в предыдущие моменты времени.

На основе элементов памяти строятся триггеры – электронные схемы, имеющие два устойчивых состояния, каждое из которых скачкообразно устанавливается подачей соответствующей комбинации входных сигналов и сохраняется в течение заданного времени после окончания действия этих сигналов.

Взависимости от типа используемых элементов памяти триггеры подразделяются на три класса: статические, динамические и статикодинамические. В данной лабораторной работе исследуются статические триггеры.

Вобщем случае статические триггеры содержат схему управления комбинационного типа и элемент памяти – бистабильную ячейку (БЯ), представляющую собой простейший триггер. Структурная схема статического триггера показана на рис. 11.4а. Состояние триггера

определяется значением выходного сигнала Q , причем если Q 1, то Q 0, а если Q 0, то Q 1. На рис. 11.4б приведена схема бистабильной ячейки, выполненной на биполярных транзисторах, из которой видно, что действие БЯ основано на сильной положительной обратной связи в усилительных цепях.

В современной цифровой электронике триггеры строятся на основе ЛЭ ИЛИ - НЕ, И - НЕ, передаточные характеристики которых подобны характеристике инвертирующего усилителя. На рис. 11.5 показаны схемы и условные обозначения простейших асинхронных RS -триггеров на основе этих ЛЭ. Здесь же представлены характеристические уравнения и таблицы состояний, поясняющие их принцип действия. Они имеют два управляющих (информационных) входа S (set – установка) и R (reset – сброс). RS -триггер

91

триггеров поясняют временные зависимости синхросигналов рис. 11.7в. Передним фронтом входного синхроимпульса (в момент времени t1 ) сначала

отключается ведомый триггер, сохраняя свое состояние, затем (в момент времени t2 ) ведущий триггер переключается в зависимости от комбинации

входных информационных сигналов. Задним фронтом синхроимпульса сначала (в момент времени t3 ) отключается ведущий триггер от источника

информационных сигналов, а затем (в момент времени t4 ) его состояние

записывается в ведомый триггер. Выходной сигнал в двухступенчатых триггерах задерживается относительно управляющих сигналов на величину длительности синхроимпульса.

Рис. 11.6. Синхронный RS -триггер

В зависимости от комбинации управляющих сигналов, вызывающих изменение состояния, триггеры подразделяются на функциональные типы. Тип триггера определяется по его характеристическому уравнению или таблице состояний, которые указывают значения выходного сигнала Qn 1

после переключения триггера (в момент времени tn 1 ) в зависимости от значений управляющих сигналов и выходного сигнала Qn до переключения триггера (в момент времени tn ). В цифровых устройствах наиболее часто

93

триггеру; при этом вход синхронизации C является счетным входом. D - триггер также выполняет функции T -триггера, если вход D соединяется с инверсным выходом Q . Варианты схем T -триггеров, условные обозначения и характеристическое уравнение приведены на рис. 11.10.

Рис. 11.10. Варианты схем T -триггеров

В синхронных триггерах различных типов часто вводят входы предварительной установки SD и сброса RD . Подачей сигналов на эти входы

можно асинхронно изменять состояние выхода Q до прихода синхроимпульсов.

На базе триггеров в сочетании с базовыми ЛЭ и КЛУ создаются последовательностные логические схемы, выполняющие ряд важных функций в цифровых устройствах. Наибольшее применение находят ПЛУ типа: счетчики, регистры, генераторы чисел (кодов). Счетчики – это ПЛУ, на выходах которых образуется число, соответствующее количеству поступивших на вход импульсов. Основным параметром счетчика является модуль счета KC – максимальное число импульсов, которое может посчитать

счетчик и после поступления которого счетчик возвращается в исходное состояние. Модуль счета счетчика KC равен или меньше числа устойчивых

состояний. Разрядность счетчика равна числу триггеров, используемых в счетчике. Поэтому счетчик, имеющий m разрядов, имеет 2m устойчивых состояний, а его модуль счета KC может быть равным или меньше 2m.

Количество поступивших на счетный вход импульсов представляется на выходах счетчика в виде двоичного числа в прямом или обратном коде. Обычно счетчики имеют вспомогательные входы установки S , позволяющие предварительно установить на выходах заданное число, и входы сброса R , подача сигнала на которые переводит счетчик в исходное состояние. Частота импульсов на выходе последнего разряда счетчика в KC раз меньше частоты

импульсов, поступающих на его вход. Поэтому счетчики широко используются в качестве делителей частоты. По типу функционирования счетчики бывают суммирующие, вычитающие, реверсивные; по структурной организации: последовательные, параллельные, параллельнопоследовательные, асинхронные, синхронные.

Основу счетчиков составляют T -триггеры, которые в свою очередь образуются из JK - или D -триггеров. Варианты схем суммирующих счетчиков приведены на рис. 11.11 – 11.13.

Схема параллельного синхронного двоичного счетчика с модулем счета KC =16 показана на рис. 11.11.

95

ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

Лабораторная установка состоит из базового стенда и набора сменных накладных плат с условными изображениями логических схем. На лицевой панели стенда установлены два вольтметра для измерения входного и выходного постоянного напряжения. Входной вольтметр соединен с потенциометром, позволяющим плавно изменять UВХ . В зоне потенциометра

расположены два гнезда для подачи регулируемого напряжения на входы логических схем. Для подключения выходного вольтметра имеется гнездо UВЫХ . В правой части лицевой панели расположены: цифровой индикатор

СЧЕТЧИК ИМПУЛЬСОВ с тумблером СЧЕТ-УСТ."0" и гнездо ВХОД для подключения индикатора к счетчикам; три гнезда НАГРУЗКА для подключения нагрузки к логическим элементам; тумблер и индикаторная лампочка включения сети. В правой части лицевой панели расположены: два тумблера и гнезда УРОВЕНЬ ЛОГИЧЕСКИЙ для задания комбинаций сигналов, соответствующих логическим 0 и 1; кнопочные переключатели и гнезда задания ОДИНОЧНЫЙ ИМПУЛЬС; выходные гнезда встроенного генератора, лампочки указателя номера накладной платы; переключатели ЛОГИКА, ТРИГГЕРЫ, СЧЕТЧИКИ для включения схемы с нужным номером; контактные гнезда входов и выходов логических схем; блок модульных переключателей коммутации логических схем, которые

97

задавайте различные значения входных сигналов, а выходной сигнал наблюдайте по показаниям вольтметра UВЫХ . Постройте графики

временных зависимостей входных и выходного сигналов, а также таблицу истинности ЛЭ. Отвинтите винты и снимите накладную панель 1.

1.3. Исследуйте логические элементы "И", "НЕ", "ИЛИ".

Установите накладную плату 2 на лицевую панель стенда и закрепите ее двумя невыпадающими винтами. При этом загорится лампочка 2 индикации. Переключатель ЛОГИКА поставьте в положение 2.

Входы исследуемого ЛЭ соедините с гнездами УРОВЕНЬ ЛОГИЧЕСКИЙ, а выход с гнездом вольтметра UВЫХ . Задавая различные

значения входных сигналов тумблерами УРОВЕНЬ ЛОГИЧЕСКИЙ и контролируя уровень выходного сигнала вольтметром UВЫХ , постройте

графики их временных зависимостей и таблицу истинности ЛЭ "И", "НЕ", "ИЛИ". Отвинтите винты и снимите накладную панель 2. Переключатель ЛОГИКА установите в положение 0.

2. Исследование триггеров 2.1. Исследуйте RS -триггер.

Установите накладную плату 3 на лицевую панель и укрепите ее двумя невыпадающими винтами. При этом загорится лампочка 3 индикации. Переключатель ТРИГГЕРЫ установите в положение 3. Соедините с помощью соединительных проводов гнезда УРОВЕНЬ ЛОГИЧЕСКИЙ с входами 2 и 4. Тумблерами УРОВЕНЬ ЛОГИЧЕСКИЙ задавайте

различные комбинации входных сигналов R и S . Контролируя

вольтметром UВЫХ уровень выходных сигналов Q и Q (гнезда выхода 2, 4), постройте таблицу состояний и графики временных зависимостей входных и выходных сигналов ( R , S , Qt 1 , Qt 1 при Qt 0,1). Отвинтите

винты и снимите накладную плату 3. Соединительным проводом соедините выход Q триггера (гнездо выход 2) с гнездом UВЫХ .

2.2. Исследуйте JK - и D -триггеры.

Установите накладную плату 4 на лицевую панель и укрепите ее двумя невыпадающими винтами. При этом загорится лампочка 4 индикации. Переключатель ТРИГГЕРЫ установите в положение 4. Исследуйте работу JK -триггера типа К155ТВ1. Подайте с помощью соединительных проводов сигналы на входы установки триггера R и S (гнезда вход 1, 5) с

входных сигналов J , K , нажатием кнопки ИМПУЛЬС ОДИНОЧНЫЙ подать одиночный синхроимпульс на вход C . По показаниям выходного вольтметра проследить моменты переключения триггера, а также

99