Электронно-цифровые элементы и устройства. Лабораторный практикум. Учебное пособие

3.2. Составьте таблицу, содержащую информацию о переменных x3, x2, x1, x0, задаваемых переключателями SA4, SA3, SA2, SA1, шестнадцатеричный код задаваемого числа и информацию о сегментах a, b, c, d, e, f, g, h (рис. 20). В таблице должно быть 13 столбцов и 16 строк.

3. 3. Перебирая все коды от0000 до 1111 и наблюдая за свечением сегментов индикатора HG1, заполните все строки таблицы.

Содержание отчета

В отчете должна быть цель работы, а также материалы по пунктам исследования 1 - 3, т. е. схемы устройств и элементов, таблицы исследований, временные диаграммы, объяснения работы элементов и узлов платы.

Контрольные вопросы

1.Какие функции выполняет дешифратор? Объясните назначение входов дешифратора.

2.Какой код называют унитарным?

3.Какие функции выполняет демультиплексор? Объясните назначение входов демультиплексора.

4.Чем отличается демультиплексор от дешифратора?

5.Что такое мультиплексор?

6.Как работает мультиплексор? Объясните назначение входов мультиплексора.

7.Как организуется передача информации по одноканальной линии связи?

8.Что такое шифратор, приоритетный шифратор?

9.Для каких целей могут использоваться дешифратор и шифратор в устройствах управления?

10.Для какой цели используются многосегментные индикаторы в устройствах управления?

11.Как осуществляется управление свечением сегментов в многосегментных индикаторах?

51

Лабораторная работа № 4.

ИССЛЕДОВАНИЕ ТРИГГЕРОВ

Цель работы: исследование режимов работы триггеров на интегральных микросхемах, используемых в вычислительной технике и устройствах управления.

Краткие теоретические сведения

Триггер (переводится как «защелка») – дискретная схема с положительной обратной связью, имеющая два устойчивых состояния. Используется как элемент памяти и составляющая часть схем управления.

Базовый электронный триггер состоит из двух транзисторов, работающих в режиме усилителей постоянного тока. Выход каждого усилителя подключен ко входу другого. Получается система с положительной обратной связью, которая не может устойчиво работать как усилитель. Поэтому после включения питания и окончания переходных процессов через один транзистор начинает проходить большой коллекторный ток(т. е. он хорошо открыт), а через второй протекает слабый ток (он закрыт). Такое состояние может сохраняться сколь угодно долгопока включено питание.

Однако простой триггер не удобен для хранения информации, ибо после включения питания значение информации в нём непредсказуемо. Также надо иметь в виду, что в вычислительных устройствах триггеры входят в состав запоминающих устройств, содержащих множество триггеров. И нужно обеспечить удобную запись и чтение информации с каждого строго выбранного триггера. По этим и иным причинам в вычислительной технике -ис пользуют специальные триггеры, состоящие из нескольких транзисторов. Некоторые из них исследуются в данной лабораторной работе.

Работа выполняется с помощьюсменной платы П2. Схема платы представлена на рис. 23. Исследуются RS-триггер с установкой нулями, собранный на логических элементахD l.1, D1.2; RS-триггер с установкой единицами на элементахD2. 2, D2.4 и два D- триггера (D3. 1, D3.2.) на интегральной схеме D3 с воз-

52

можностью установки в “0” или "1" с помощью входов R, S. Установка требуемого состояния в триггере D3.1 выполняется с помощью кнопок SB2, SB3. При нажатых кнопках выдаётся "0", а в отжатом состоянии - логическая единица. Переключатель SAl задаёт требуемое значение сигнала D на триггер D3.1. С помощью кнопки SBl выдаётся тактовый сигнал С. Схема F - формирователь импульса, выполненный на RS-триггере (рис. 12), позволяет избежать дребезга контактов кнопки SB1 в момент её нажатия.

Рис. 23. Схема платы П2

53

Порядок выполнения работы

1. Исследование триггера на элементах ИЛИ-НЕ. Триггер собран на элементах D2.2, D2.4. Для удобства входные сигналы подаются с кнопок SB2, SB3 через инверторы D2. 1, D2. 3 и нажатой кнопке будет соответствовать логическая единица на соответствующем входе. Состояния входных сигналов триггера индицируются светодиодами HL1, HL2.

1.1. Выделите из рис. 23 и изобразите отдельно схему RSтриггера на элементах ИЛИ-НЕ вместе с блоком управления и индикации. Переменную х1, снимайте с SB2, а х2 - с SB3.

1.2.Заготовьте таблицу для записи управляющих сигналов

исостояний триггера, содержащую значения сигналов х1, х2 от

SB2, SB3, и состояния светодиодов HL1, HL2 HL3, HL4 (табл.7).

Таблица 7

1.3.Экспериментально исследуйте триггер, нажимая кнопки SB2, SB3 и заполняя все колонки таблицы.

1.4.Проанализируйте эксперименты и выясните соответствие между входными сигналами х1, x2 и входами триггера R, S, а

также между выходами Q, Q и соответствующими индикаторами. Занесите обозначения в соответствующие клетки второй строки таблицы. В строки последней колонки таблицы вставьте названия выполняемых операций или состояния триггера: установка нуля, установка единицы, хранение, запрещенное состояние.

Найдите запрещённое состояние и убедитесь в недопустимости его использования в триггерах.

54

1.5. На основе выполненных экспериментов составьте таб-

лицу переходов триггера (т. е. таблицу зависимости Q, Q от R, S). 1.6. Составьте граф состояний триггера.

2. Исследование триггера на элементах И-НЕ. Триггер соб-

ран на элементах D1. 1, D1. 2. Сигнал х1 снимается с SB2, а х2 - с SB3.

2.1.Выделите и изобразите отдельно схему RS-триггера на элементах И-НЕ вместе с блоками управления и индикации.

2.2.Заготовьте таблицу (табл. 8) для записи управляющих сигналов и состояний триггера, содержащую значения сигналов

х1, х2, кнопок SB2, SB3, состояния световых индикаторовHL5, HL6.

Таблица 8

2.3.Экспериментально исследуйте триггер при всех возможных состояниях кнопок SB2, SB3, заполняя все столбцы таблицы.

2.4.На основе экспериментов выясните соответствие между х1, х2 и R, S, а также соответствие световых индикаторов прямому и инверсному выходам триггера. Заполните пустые клетки таблицы аналогично табл. 7. Проанализируйте запрещенное состояние.

2.5.По результатам экспериментов изобразите таблицу переходов триггера в общепринятом виде.

3.Исследование RS-триггера в интегральном исполнении.

Используется D-триггер на микросхеме D3.1 К155ТМ2. Однако в нём имеются входы R и S, которые имеют более высокий при-

55

оритет перед входамиD, С, поэтому его можно использовать в режиме RS-триггера.

3.1. Выделите из рис. 23 и изобразите отдельно схему триггера на ИМС D3.1 совместно с элементами индикации. Входами D, С не пользуйтесь. Состояние входа R задавайте кнопкой SB3,

a S - с SB2. Светодиод HL9 показывает значение Q, a HL8 - Q .

3.2.Заготовьте таблицу для записи управляющих сигналов

исостояний триггера (SB3, SB2, R,S, Q, Q , НL9, HL8), анало-

гичную табл. 8.

3.3.Заполните таблицу переходов, используя результаты вашего эксперимента.

3.4.Дайте заключение о типе триггера(с установкой нулями или единицами). Проанализируйте запрещённое состояние.

4. Исследование тактируемого D- триггера. Используется схема D3. 1. Входной сигнал устанавливается переключателем SAl. Тактовый сигнал задаётся кнопкой SBl. Состояние выхода Q

индицируется HL9, a Q - HL8.

4.1. Выделите и изобразите отдельно схему D- триггера с переключателем, кнопкой, индикаторами.

4.2. Заготовьте таблицу (табл. 9) для записи управляющих сигналов и состояний триггера, содержащую входы D (SAl), C

(SBl) и выходы Q (HL9), Q (HL8).

Таблица 9

4.3. Нажмите и отпустите кнопку SB2. Установите D=0, запишите Q, Q . При установленном D=0, нажмите и держите

56

SBl. Запишите Q, Q . При установленном D=0 отпустите SB1.

Запишите Q, Q .

4.4.Аналогично п. 4.3 повторите процесс, но при D=l.

4.5.По таблице выясните, по фронту или спаду сигнала С происходит запись информации.

5. Исследование Т-триггера. Из уравнений D-триггера

Q(T+1)=D(T) и Т-триггера Q(t +1) = Q(t) следует, что D(t) = Q(t) . Поэтому, соединив инверсный выход D-триггера с его входом (Y с х2), получаем Т- триггер.

5.1. Выделите и изобразите схему Т-триггера на основе D3. 2 с кнопкой SBl (тактовый сигнал) и HL7 (сигнал Q).

5.2. Заготовьте таблицу, аналогичную табл. 9 для записи управляющих сигналов и состояний триггера, содержащую D, С, Q, у которой вместо SA1 записывается состояние HL8.

5.3.Не нажимая SBl, запишите D, С, Q. Нажмите SBl и не отпуская, запишите D, С, Q. Отпустите SBl и запишите D, С, Q. Так повторите 2-3 раза.

5.4.По результатам эксперимента изобразите временные диаграммы D(t), C(t), Q(t), достроив диаграммы рис. 24.

Рис. 24. Временные диаграммы T - триггера

Содержание отчета

В отчете должна быть цель работы, а также материалы по пунктам исследования 1 - 5, т. е. схемы узлов и элементов, таблицы исследований, временные диаграммы, граф состояний, объяснения о недопустимости запрещенного состояния.

57

Контрольные вопросы

1.Что такое триггер?

2.На каких элементах можно реализовать RS-триггеры?

3.Покажите на схеме триггера обратную связь. Какой она является: положительной или отрицательной?

4.Какое назначение входов R, S?

5.Почему в RS-триггере одно из состояний называют -за прещенным?

6.Чем отличаются в управлении RS-триггеры на элементах И-НЕ от триггеров на элементах ИЛИ-НЕ?

7.Как составить таблицу переходов триггера?

8.Как изображаются состояния триггера и переходы между ними на графе состояний?

9.Что такое D-триггер?

10.На какой ИМС реализованD-триггер в данной лабораторной работе?

11.Чем отличается синхронный триггер от асинхронного?

12.Как показывается на условных графических изображениях триггеров динамический вход С?

13.Какую функция выполняет динамический вход Dв-

триггере?

14.Что такое JK-триггер?

15.Что такое T-триггер?

16.Как получить из D-триггера T-триггер?

Лабораторная работа № 5.

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕГИСТРОВ

Цель работы: исследование режимов работы регистров, составленных из триггеров или выполненных на ИМС. В работе используются сменные платы П2 и П3.

Краткие теоретические сведения

Регистром называется устройство для хранения и преобразования цифровых кодов. Регистр можно определить также как устройство, содержащее несколько параллельно или последовательно включенных триггеров с общим управлением, объединенных в одной ИМС.

58

По структуре соединения триггеров регистры делятся на параллельные, последовательные или сдвиговые, универсальные.

По типу сигнала записи различаются параллельные регистры с занесением информации в триггеры уровнем сигнала -за

SB1, а индикация результата– светодиодами HL9 (отображает Q1) и HL7 (отображает Q2).

Для получения последовательного регистра переключатель SA5 надо переключить в верхнее положение. Входная информа-

59

ция подводится ко входуD1 от переключателя SA1 по одному биту. Продвижение информации осуществляется кнопкой SB1 и формирователем импульсов F.

Схема платы П3 представлена на рис. 27.

Рис. 27. Схема платы П3

Плата используется при исследовании регистров и сумматоров. Регистр выполнен на ИМС D1 К155ИР1.. Тактовые сигналы выдаются генератором F с кнопкой SB1. Вход V управляющий. При V=1 (от переключателя SA5) регистр работает в парал-

60