Лаба 3

Цель: изучить различную организацию синхронных триггерных схем; овладеть методом логического проектирования синхронного двухступенчатого триггера; получить навыки проектирования синхронных триггерных схем на VHDL; приобрести опыт экспериментального исследования заданного типа триггера.

Задание. Дана таблицы переходов и уравнения, описывающие логическую структуру триггера:

Таблица переходов
E1(t)	E2(t)	Q(t+1)
0 0 1 1	0 1 0 1	Q(t) 1 0 0

Требуется:

1. Провести синтез логической структуры синхронного двухступенчатого триггера (E₁E₂-триггер);

2. Провести синтез логической структуры синхронного триггера с динамическим управлением записью (DV-триггер и JK-триггер);

3. Построить временные диаграммы спроектированных триггеров;

4. Описать триггер на VHDL;

5. Разработать схему исследования спроектированных триггеров с использованием макроэлементов стенда и осциллографа;

6. Получить результаты экспериментальных исследований.

Напишем таблицу состояний и матрицу переходов E₁E₂-триггера.

Таблица 1. Таблица состояний E1E2-триггера								Таблица 2. Матрица переходов E1E2-триггера
		Q(t+1)
0	0	x							1	x
0	1	0							0	1
1	0	1							1	0
1	1	Q(t)							x	1

Построим таблицу истинности, исходя из задания и таблицы 2.

Таблица 3. Таблица истинности функций возбуждения.

№	C	E1	E2	Q(t)	F1( )	F2( )	Q(t+1)
0	0	0	0	0	1	x	Q(t)
1	0	0	0	1	x	1
2	0	0	1	0	1	x	Q(t)
3	0	0	1	1	x	1
4	0	1	0	0	1	x	Q(t)
5	0	1	0	1	x	1
6	0	1	1	0	1	x	Q(t)
7	0	1	1	1	x	1
8	1	0	0	0	1	x	Q(t)
9	1	0	0	1	x	1
10	1	0	1	0	0	1	1
11	1	0	1	1	x	1
12	1	1	0	0	1	x	0
13	1	1	0	1	1	0
14	1	1	1	0	1	x	0
15	1	1	1	1	1	0

Найдем минимальную ДНФ для функций F₁ и F₂ с помощью диаграмм Вейча.

Диаграммы Вейча функций возбуждения:

	12	13	9		8													1			1		x		1														x			0		1		x
	14	15	11		10													1			1		x		0														x			0		1		1
	6	7	3		2											1			x		x		1										x			1		1		x
	4	5	1		0											1			x		X		1										x			1		1		x
Эталонная диаграмма											Диаграмма F1																Диаграмма F2

Выпишем минимальные ДНФ функций:

Представим функции в базисе «Штрих Шеффера»:

Построим схему спроектированного E₁E₂-триггера на базе элементов «И-НЕ» с асинхронными входами и предварительной установки триггера в состояние 0 или 1 соответственно (рисунок 1).

Параметры временной диаграммы работы синхронного двухступенчатого E₁E₂-триггера (представлена на рисунке 2):

Задержка переключения сигнала из 1 в 0: 2 нс.

Задержка переключения сигнала из 0 в 1: 3 нс.

Длительность асинхронной установки в 1 или 0: 5 нс.

Длительность синхросигнала: 7 нс

Длительность сигнала после окончания синхросигнала: 10 нс

Одна клетка равна 1 нс.

Задержка переключения выходного сигнала из 1 в 0:

Задержка переключения выходного сигнала из 0 в 1:

Напишем таблицу состояний и матрицу переходов DV-триггера.

Таблица 4. Таблица состояний DV-триггера								Таблица 5. Матрица переходов DV-триггера
D	V	Q(t+1)							D	V
0	0	Q(t)
0	1	0							1	1
1	0	Q(t)							0	1
1	1	1

Построим таблицу истинности, исходя из задания и таблицы 5.

Таблица 6. Таблица истинности функций возбуждения.

№	E1	E2	Q(t)	F1( )	F2( )	Q(t+1)
0	0	0	0			Q(t)
1	0	0	1
2	0	1	0	1	1	1
3	0	1	1
4	1	0	0			0
5	1	0	1	0	1
6	1	1	0			0
7	1	1	1	0	1

Найдем минимальную ДНФ для функций F₁ и F₂ с помощью диаграмм Вейча.

Диаграммы Вейча функций возбуждения:

	6	7	5		4								0	0										1	1
	2	3	1		0						1											1
Эталонная диаграмма									Диаграмма F1										Диаграмма F2

Зададим такие значения неизвестных переменных a_i и b_i, чтобы функция F₂ (V) принимала единичное значение.

= 1

	0	0		0	0					1	1		1	1
	1	1		1	0					1	1		1	1
Диаграмма F1									Диаграмма F2

Выпишем минимальные ДНФ функций: