Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электроника. Лабораторный практикум. В 2 частях. Ч.1. Учебное пособие
.pdf
синхронными. Работа синхронного JK-триггера может быть пред-
( )
=++
i ii i
ставлена в виде логического выражения:
Q J Q KQ C Q C
+
1
.
(62)
УГО и реализация на ЛЭ синхронного JK-триггера показаны на
рис. 61. Временная диаграмма, поясняющая работу синхронного
JK-триггера, представлена на рис. 62. В табл. 28 представлены состояния синхронного JK-триггера.
TT
J
Q
С
K
A
J
&
Q
&
Q
С
K
&
Q
&
B
Рис. 61. Условное графическое
обозначение синхронного
JK-триггера и его реализация
на базе логических элементов
С
J
K
A
B
Q
Q
t
t
t
t
t
t
t
Рис. 62. Временная диаграмма,
поясняющая работу
синхронного JK-триггера
Таблица состояний синхронного JK-триггера
C J K Q Q Примечание
0 x x Q
0
0
1
1
Таблица 28
i – 1
0
1
0
1
Q
i – 1
0 1
1 0
Q
i – 1
Q
Q
Q
i – 1
i – 1
i – 1
Хранение
Хранение
Установка «0»
Установка «1»
Инверсия
101
Счетчиком называется последовательностное устройство, предназначенное для счета импульсов и фиксации их числа в двоичном
коде.
Импульсами счета для триггеров более старших разрядов являются сигналы с выходов Q или Q
триггеров младших разрядов.
Это представление справедливо как для суммирующих, так и для
вычитающих счетчиков. Различия при этом состоят в направлении
переключения предыдущего разряда, вызывающего переключение
следующего. При суммировании следующий разряд переключается
при переходе предыдущего от «1» к «0» под действием сигнала переноса, а при вычитании – при переходе предыдущего от «0» к «1»
под действием сигнала. Следовательно, различие между вариантами
заключается в разном подключении входов триггеров к выходам
предыдущих.
Простейший вид счетчика – двоичный – может быть построен
на основе T-триггера. T-триггер изменяет свое состояние на прямо
противоположное при поступлении на его вход синхронизации импульсов. Обычно требуется посчитать большое количество импульсов. В этом случае можно использовать выходной сигнал первого
счетного триггера как входной сигнал для следующего триггера, т. е.
соединить триггеры последовательно. Так можно построить любой
счетчик, считающий до максимального числа, кратного степени
два. Такой счетчик называется двоичным счетчиком, а тот факт, что
состояние триггеров меняется на противоположное в различные
моменты времени по мере распространения цифрового сигнала,
отображается термином асинхронный двоичный счетчик.
Схема счетчика, позволяющего посчитать любое количество импульсов, меньшее шестнадцати, приведена на рис. 63. Количество
поступивших на вход импульсов можно узнать, подключившись к
выходам счетчика Q1…Q4. Это число будет представлено в двоичном коде. Для того чтобы разобраться, как работает схема двоичного
счетчика, воспользуемся временными диаграммами сигналов на
входе и выходах этой схемы, приведенными на рис. 64.
Пусть первоначальное состояние всех триггеров счетчика будет нулевым. Это состояние мы видим на временных диаграммах.
102
Q1 Q2 Q3 Q4
S
D
C
R
TT
Рис. 63. Четырехразрядный двоичный счетчик
C
Q1
Q2
Q3
Q4
четырехразрядного двоичного счетчика
S
D
C
R
Рис. 64. Временная диаграмма
TT TT TT
S
D
C
R
S
D
C
R
t
t
t
t
t
После поступления на вход счетчика тактового импульса (который
срабатывает по заднему фронту) первый триггер изменяет свое
состояние на противоположное, т. е. единицу.
Так как по приходу первого импульса изменилось состояние
первого триггера, этот триггер содержит младший разряд двоичного
числа (единицы).
Подадим на вход счетчика еще один тактовый импульс. Значение
первого триггера снова изменится на прямо противоположное.
Наэтот раз на выходе первого триггера, а значит и на входе второго,
сформируется задний фронт, значит, второй триггер тоже изменит
103
свое состояние на противоположное. Это отчетливо видно на временных диаграммах, приведенных на рис. 64.
Продолжая анализировать временную диаграмму, можем определить, что на выходах приведенной схемы счетчика последовательно появляются цифры от 0 до 15. Эти цифры записаны
в двоичном виде. При поступлении на счетный вход счетчика
очередного импульса содержимое его триггеров увеличивается
на 1. Поэтому такие счетчики получили название суммирующих
двоичных счетчиков.
Существуют готовые микросхемы асинхронных двоичных счетчиков. Классическим примером такого счетчика является микросхема 555ИЕ5. Подобные схемы существуют и внутри САПР программируемых логических интегральных схем.
9.2. Описание лабораторного модуля
Работа проводится на лабораторном модуле «Логические элементы и триггеры», лицевая панель которого представлена на рис. 65.
В работе исследуются последовательностные цифровые схемы:
JK-триггер, RS-триггер, собираемый, например, на основе двух
логических элементов «И–НЕ»,
асинхронный четырехразрядный
двоичный счетчик, который имеет общий вход сброса R, счетный
вход С и четыре выхода (Q1, Q2,
Q3, Q4), соответствующие младшему и старшему разрядам четырехразрядного кода соответственно. Все исследуемые цифровые
микросхемы построены на основе КМОП-логики (комплемен-
Рис. 65. Модуль логических
элементов и триггеров
тарная структура «металл–оки-
сел–полупроводник»).
104
Источник «Уровень логический» предназначен для формирования логических сигналов высокого «1» и низкого «0» уровней.
Включение соответствующих сигналов осуществляется при помощи
тумблеров SA1 и SA2. С помощью светодиодов осуществляется
индикация сигналов, соответствующих логической «1».
Генератор «Импульс одиночный» формирует одиночные импульсы с положительной (
) и отрицательной ( ) полярностями. При нажатии на кнопку SB1 на выходе генератора, находящемся в состоянии «0», вырабатывается сигнал логической
«1», а при нажатии на кнопку SB2 – сигнал логического «0».
С помощью светодиодов осуществляется индикация сигналов
логической «1».
Генератор импульсов предназначен для образования последовательности прямоугольных импульсов с частотами 0,1 кГц; 0,2кГц
и 1,6 кГц.
Устройства коммутации (тумблеры, кнопки) предназначены
для подключения входных цепей исследуемых схем к соответствующим гнездам. Органы управления и индикации объединены в
функцио нальные группы и снабжены надписями на лицевой панели
(см.рис. 65).
9.3. Методические указания по выполнению лабораторной работы
9.3.1. Исследование RS-триггера
Экспериментальные исследования RS-триггера выполняются в
соответствии со схемой, представленной на рис. 66. Для увеличения
числа гнезд используют коннекторы. S- и R-входы подключите
к выходным гнездам «Уровень логический». Включите тумблер
«Питание».
Составьте таблицу истинности RS-триггера, задавая тумблерами
SА1 и SА2 различные комбинации входных логических сигналов
(Х1, Х2), подаваемых на входы S и R.
Уровню логической «1» на выходе триггера Q и соответствует
свечение светодиодов. Результаты занесите в табл. 29. Выключите
тумблер «Питание»!
105
«1»
«0»
Уровень
логический
«1»
«0»
Рис. 66. Схема соединений для исследования RS-триггера
Результаты экспериментальных исследований RS-триггера
S R Q Q
0 1
1 0
1 1
0 0
Примечание: комбинация входных сигналов R = S = 0 является запрещенной!
SA1
SA2
X1
X2
S
Q
&
R
1
Q
Таблица 29
Проверку работы RS-триггера осуществляют подключением выходных гнезд генератора импульсов с частотой 0,1 кГц
и 0,2кГц к S- и R-входам триггера соответственно (рис. 66).
Включите тумблер «Питание». Сохраните на внешнем носителе
осциллограммы сигналов на входах и выходах RS-триггера. Для
этого осциллограф необходимо перевести в режим внешней
синхронизации EXT, соединив вход осциллографа TRIG IN
сгнездом генератора импульсов 0,1 кГц. Затем вход осциллографа СН1 подключите ко входу S триггера, а вход осциллографа СН2 – ко входу R (корпус осциллографа «⊥» соедините с
общей точкой модуля). Переключите вход осциллографа СН2
к выходу Q, а затем к инверсному выходу триггера, сохраните
осциллограммы выходных сигналов. Для размножения входов
и выходов RS-триггера используйте коннекторы. Выключите
тумблер «Питание»!
106
9.3.2. Исследование JK-триггера
Экспериментальные исследования JK-триггера необходимо выполнять в соответствии со схемой, представленной на рис. 67. Для
этого J- и K-входы подключите к выходным гнездам «Уровень логический», а синхронизирующий вход С – к гнезду (
) генератора
«Импульс одиночный». Включите тумблер «Питание».
Cоставьте таблицу истинности JK-триггера, задавая тумблерами
SА1 и SА2 различные комбинации входных логических сигналов
(Х1, Х2) при одновременном нажатии на кнопку SB2 (синхронизирующий импульс).
Уровню логической «1» на выходе триггера Q соответствует
свечение светодиода. Состояние инверсного выхода определите с
помощью осциллографа. Результаты занесите в табл. 30. Обратите
внимание, на каком фронте синхроимпульса С происходит переключение JK-триггера. Выключите тумблер «Питание»!
«1»
«0»
Уровень
логический
«1»
«0»
Рис. 67. Схема соединений для исследования JK-триггера
Результаты экспериментальных исследований JK-триггера
J K C Q Q
0 1
1 0
1 1
0 0
SA1
SA2
X1
X2
SB2
J
C
K
TT
Q
Q
Таблица 30
107
Проверку работы JK-триггера необходимо осуществлять в счетном режиме. Для этого на входы J и K подайте сигналы логической «1»
с выходных гнезд «Уровень логический», а на вход С – прямо угольные
импульсы с частотой 1,6 кГц с выхода генератора импульсов.
Сохраните на внешнем носителе три осциллограммы: C(t), Q(t),
Q
(t). Сначала вход осциллографа СН1 подключите к синхронизирующему входу С триггера, а вход осциллографа СН2 – к выходу Q
(корпус осциллографа «⊥» соедините с общей точкой модуля), затем
переключите вход осциллографа СН2 к инверсному выходу Q
триггера, сохраните осциллограммы сигналов. Убедитесь, что сигналы
Q и Q
противоположны по знаку. Выключите тумблер «Питание»!
9.3.3. Исследование асинхронного четырехразрядного двоичного
счетчика
Составьте таблицу состояний асинхронного четырехразрядного
двоичного счетчика. Для этого соберите схему в соответствии с рис.
68, подключив выходные гнезда генератора «Импульс одиночный»
к синхронизирующему С- и R-входам счетчика. Включив питание
модуля, установите все разряды счетчика (Q1…Q4) в исходное (нулевое) положение. Для этого необходимо нажать на кнопку SB2 и
подать сигнал логического «0» на входы R всех триггеров. Заполните
таблицу состояния счетчика (табл. 31), периодически нажимая на
кнопку SВ1, формирующую одиночные положительные импульсы
(
) на входе С счетчика. Состояния выходных разрядов счетчика
(Q1, Q2, Q3, Q4) определите по свечению светодиодов.
Проверку работы счетчика осуществляют подключением выходного гнезда генератора импульсов с частотой 1,6 кГц к синхронизирующему С-входу. Включите тумблер «Питание». Сохраните на внешнем
носителе осциллограммы сигналов на входе C и выходах Q1, Q2, Q3
счетчика. Для этого осциллограф переведите в режим внешней синхронизации EXT, соединив вход осциллографа TRIG IN с выходом
старшего разряда счетчика Q4. Масштаб развертки осциллографа
TIME/DIV переведите в положение 0,5 ms/DIV. Затем вход осциллографа СН1 подключите к выходу младшего разряда Q1 счетчика, а вход
осциллографа СН2 – к входу С (корпус осциллографа «⊥» соедините
108
Q1 Q2 Q3 Q4
S
D
C
R
SB1
Генератор
«Импульс
одиночный»
SB2
«Сброс»
S
TT
D
C
R
S
TT
D
C
R
Рис. 68. Схема соединений для исследования асинхронного
четырехразрядного двоичного счетчика
Результаты экспериментальных исследований асинхронного
четырехразрядного двоичного счетчика
TT
S
TT
D
C
R
Таблица 31
№ импульса
(вход C)
Q1 Q2 Q3 Q4
Состояние триггеров
Уст. «0» 0 0 0 0
1
2
…
15
с общей точкой модуля). Сохраните осциллограммы сигналов С и Q1.
Последовательно переключая вход осциллографа СН1 к выходам Q2,
Q3, сохраните осциллограммы выходных сигналов счетчика.
Выключите тумблер «Питание»!
9.4. Содержание отчета
Отчет выполняется СТРОГО индивидуально и должен содержать
следующие пункты:
1. Наименование и цель работы.
2. Принципиальные электрические схемы для выполненных
экспериментальных исследований.
109
3. Результаты экспериментальных исследований, помещенные
в соответствующие таблицы.
4. Обработанные осциллограммы.
5. Выводы по работе.
Контрольные вопросы
1. Что называется триггером?
2. Чем отличаются последовательностные схемы от комбинационных?
3. Что означает термин «запрещенная комбинация» для RS-триггера?
4. При каких комбинациях входных сигналов изменяется состояние
RS-триггера?
5. В каком положении устанавливается выход
ухода синхронизирующего импульса для различных сочетаний сигналов
J и K?
6. Чем отличаются таблицы истинности RS- и JK-триггера?
7. Начертите схему Т-триггера, реализованную на базе JK-триггера.
8. Начертите схему D-триггера, реализованную на базе JK-триггера.
9. На основе каких элементов строятся счетчики?
10. Начертите схему двоичного суммирующего четырехразрядного счет-
чика на базе JK-триггеров.
11. Чем отличаются асинхронные счетчики от синхронных? Перечислите основные преимущества синхронных счетчиков по сравнению с
асинхронными.
12. Сколько разрядов должен иметь двоичный счетчик, чтобы обеспечить
возможность счета 64 импульсов?
Q и Q JK-триггера после
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]