Лаброб4(тригери)

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 4

Дослідження тригерів

Влабораторній роботі виконуються такі досліди:

•Дослідження RS - тригера;

•Дослідження D - тригера;

•Дослідження JK - тригера.

Мета роботи:

Ознайомлення з принципами побудови тригерів та їх експериментальне дослідження в пакеті Electronics Workbench v5.12.

План виконання лабораторної роботи

1 Вивчити розділ «4.1 Теоретичні відомості».

2 Відповісти на контрольні питання розділу «4.4 Контрольні питання».

3Ознайомитись з віртуальними приладами, які використовуються в лабораторній роботі (розділ «4.2 Опис контрольно-вимірювальних приладів»).

4 Виконати лабораторну роботу згідно розділу «4.3 Завдання лабораторної роботи».

5 Оформити звіт по лабораторній роботі.

1

4.1 Теоретичні відомості

До тригерів прийнято відносити всі запам’ятовуючі пристрої, що мають два стійких стани. В основі будь-якого тригера лежить схема, що має два стійких стани – бістабільна схема (БС) і схема керування (СК) (рис. 4.1 а).

Схема керування перетворює вхідні сигнали таким чином, щоб виконувався заданий закон перемикання тригера в цілому. Для забезпечення надійного перемикання в точках A

для деяких типів тригерів повинні бути застосовані затримки.

Для цієї мети можуть використовуватись запам'ятовуючі елементи на основі БС того ж типу, що вже є в тригері (рис. 4.1 б).

а)

б)

Рис. 4.1 – Будова тригерів

Схему такого тригера називають схемою типу M − S (від англ. “master-slave”), оскільки стан основної БС, названої відомою, повторює стан додаткової БС, названої ведучою.

2

Вхідні сигнали в залежності від ролі, яку вони виконують, поділяються на три категорії:

-інформаційні (логічні);

-підготовчі;

-виконавчі (командні).

Сигнали на інформаційних входах визначають інформацію, яка буде записана в тригер. Роль підготовчих і виконавчих сигналів – допоміжна: за допомогою підготовчих сигналів можна в потрібний момент часу перервати дію тригера або групи тригерів,

зберігаючи при цьому інформацію на виході.

Виконавчі сигнали задають момент прийому вхідної інформації тригером і служать для синхронізації роботи ряду пристроїв, що утворюють функціональний вузол. Ці сигнали часто так і називають – синхронізуючими або тактовими.

Входи тригера за характером вхідних сигналів поділяються на ті ж три категорії:

-інформаційні (логічні);

-попереднього встановлювання (підготовчі);

-тактові (синхронізуючі).

Класифікацію тригерів можна проводити за різними ознакам.

За способом організації логічних зв’язків розрізняють:

-тригери з роздільним встановленням станів «0» і «1» ( RS - тригери);

-з лічильним входом ( T - тригери);

-універсальні з роздільним встановленням станів «0» і «1» ( JK - тригери);

-з прийомом інформації по одному входу ( D - тригери);

-універсальні з керованим прийомом інформації по одному входу ( DV - тригери);

-комбіновані (наприклад RST -, JKRS -, DRS - тригери і т. д.);

-з складною вхідною логікою.

За записом інформації тригери поділяються на:

-асинхронні;

-синхронні.

3

Тригери, стани яких змінюються в інтервалі дії рівнів «1» або «0» тактового імпульсу,

називаються тригерами, що спрацьовують за рівнем, а тригери, стани яких змінюються по закінченні дії рівнів «1» або «0» тактового імпульсу, називаються тригерами з внутрішньою затримкою. Інформаційні сигнали впливають на тригер тільки на протязі дії тактового імпульсу.

В синхронних тригерах з динамічним керуванням записувана інформація надходить в момент зміни амплітуди тактового імпульсу в певних напрямках, тобто під час наростання або спаду його фронту.

За кількістю інформаційних входів тригери можуть бути:

-одновходові;

-двухвходові;

-багатовходові.

Найпоширенішими є одно- і двухвходові тригери. Не слід плутати кількість інформаційних входів з кількістю фактичних входів, на які поступають інформаційні сигнали, так як реально діючий інформаційний вхід в структурі тригера може бути кон’юнкцією, диз’юнкцією або якою-небудь функцією декількох логічних змінних, діючих на інформаційних входах.

За кількістю тактових входів розрізняють:

-однотактні тригери;

-двохтактні тригери;

-багатотактні тригери.

Іноді до двохтактних відносять двохступінчаті тригери ( MS - схеми), але необхідно пам’ятати, що основне призначення останніх – отримання ефекту часової затримки інформаційних сигналів в структурі тригера, якщо такий ефект не можна реалізувати з використанням яких-небудь фізичних методів, наприклад з допомогою накопичення зарядів тощо.

За видом вихідних сигналів тригери поділяють на

-статичні;

-динамічні.

4

Статичні тригери – тригери, в яких вихідні сигнали в стійких станах залишаються незмінними у часі.

Динамічні тригери – тригери, у яких вихідні сигнали в стійких станах змінюються в часі.

За способом запам’ятовування інформації тригери можуть бути:

-з логічною організацією пам’яті;

-з фізичною організацією пам’яті.

Тригери з логічною організацією пам’яті виконуються на логічних елементах “І”, “АБО’, “НІ”, “І-НІ”, “АБО-НІ”, “І-АБО-НІ’ тощо, а тригери з фізичною організацією пам’яті є елементами запам’ятовуючих пристроїв, в яких використовуються нелінійні властивості матеріалів або вольт-амперні характеристики компонентів.

За способом зберігання інформації розрізняють:

-тригери з активним зберіганням інформації (вхідний інформаційний сигнал діє постійно);

-тригери з пасивним зберіганням інформації (вихідний інформаційний сигнал може бути отриманий тільки за допомогою спеціального опитувального сигналу).

До схемотехнічних параметрів відносять параметри логічних елементів, на яких

-рівні «0» і «1»;

-вхідні і вихідні струми і т. д.

На відміну від логічних елементів, параметрами тригера є:

-дозволяючий час тригера tдозв. .

Це найменший інтервал часу між вхідними сигналами мінімальної тривалості, які викликають безперебійне перемикання тригера. Очевидно, що t залежить від того, яке значення вкладається в слова “безперебійне перемикання тригера”.

5

Прийнято рахувати, що тригер перемикається безперебійно, якщо будь-яке значення вихідного сигналу, що визначається правилами роботи, має тривалість не меншу ніж

середній час затримки поширення t одного логічного елемента схеми;

-максимальна частота перемикання тригера f max :

Так як, як було показано вище, вихідні сигнали тригера під дією вхідних сигналів з частотою f max мають тривалість t зт.п.сер. , то, враховуючи тривалість фронтів наростання і спадання, можна зробити висновок, що ці вихідні сигнали є недостатніми для надійної передачі інформації в логічні кола, так як рівні «1» і «0» в цьому випадку не будуть фіксуватись.

Для забезпечення їхньої фіксації прийнято зменшувати частоту в 1,5 рази і вважати її робочою, тобто:

f = f max . (4.2)

роб.

1,5

(параметр f роб. вказується в паспорті або ТУ для найгірших умов роботи);

-мінімальна тривалість вхідного сигналу tі :

i =1

де:

k– кількість елементів в ланцюгу від входу інформаційного або тактового сигналу до входу елемента, на якому замикається тригерне кільце оберненого зв’язку;

6

-час затримки переключення тригера t зат.пер. :

i =1

де:

l– кількість елементів в ланцюгу від входу інформаційного або тактового сигналу до виходу елемента, на якому підтверджується стан тригера.

Звизначення tі і t зат.пер. випливає, що l = k + 1 . Одиниця характеризує затримку

випадку швидкодію цифрових пристроїв, які виконані на їхній основі.

Тригери являють собою елементарні послідовні автомати і характеризуються:

-числом інформаційних входів не більше трьох (більшість реалізованих схем тригерів мають не більше двох входів);

-числом внутрішніх станів для споживача інформації з тригера, рівним двом, чому відповідає одна внутрішня змінна, яку прийнято позначати символом Q ;

-числом вихідних змінних Y не більше однієї, причому значення Y співпадає з значенням Q ; як правило, в тригерах поряд з значенням Q утримується інверсна змінна

і є повними, тобто тригери володіють повною системою переходів.

7

Тригер RS типу містить два входи:

-вхід S (від англ. “set” – установлювати) – вхід установки тригера в стан Q =1;

-вхід R (від англ. “reset” – скидати) – вхід установки тригера в стан Q =0.

Схема RS - тригера на елементах “АБО-НІ” та його умовне графічне позначення наведені на рисунку 4.2.

Рис. 4.2 – Схема RS - тригера на елементах “АБО-НІ” (а), його умовне графічне позначення (б) та таблиця істинності (в)

Роботу такого тригера можна описати таким чином:

-при управляючих сигналах Si = Ri =0 стан тригера не змінюється, тобто, якщо Qi =0,

то і Qi +1 =0, якщо Qi =1, то і Qi +1 =1,

де:

Si , Ri , Qi – стани входів і виходу в i -ий момент часу;

Qi +1 – стан виходу в (i + 1) -ий момент часу;

-при Si =1, Ri =0 на виході тригера встановлюється сигнал Qi +1 =1;

при цьому якщо Qi =0, то стан тригера зміниться, якщо Qi =1, то тригер зберігає свій стан;

-при Si =0, Ri =1 на виході тригера встановлюється сигнал Qi +1 =0;

при цьому якщо Qi =0, то тригер зберігає свій стан, якщо Qi =1, то стан зміниться на

протилежний;

- поєднання вхідних сигналів Si = Ri =1 є забороненим для даного типу тригера, стан

Qi +1 при цьому є невизначеним.

8

З опису випливає, що стан RS - тригера на елементах “АБО-НІ” (тригера з прямими входами) змінюється при переході відповідного вхідного сигналу з «0» у «1».

На рисунку 4.3 наведено схему та умовне графічне зображення RS - тригера на елементах “І-НІ” (інверсний тригер).

Його функціонування аналогічне функціонуванню тригера з прямими входами з тією лише різницею, що стан тригера змінюється при зміні вхідного сигналу з «1» у «0», а

забороненою комбінацією є комбінація Si = Ri =0.

в)

Рис. 4.3 – Схема інверсного RS - тригера на елементах “І-НІ” (а) , його умовне графічне позначення (б) та таблиця істинності (в)

Розглянуті два типи тригерів є асинхронними, тому що їхнє спрацьовування відбувається в моменти відповідних змін вхідних сигналів.

9

У синхронних тригерах є додатковий вхід C для синхронізуючих сигналів. Інформація,

яка подається на входи R та S , записується в тригер тільки при C =1.

На рисунку 4.4 зображений синхронний RS - тригер на елементах “І-НІ”. Синхронні тригери порівняно з асинхронними характеризуються більш високою завадостійкістю.

в)

Рис. 4.4 – Схема синхронного RS - тригера на елементах “І-НІ” (а), його умовне графічне позначення (б) та таблиця істинності (в)

RS - тригери за структурою M − S можуть бути реалізовані на основі синхронних RS -

тригерів.

У схемі, зображеній на рисунку 4.5 між основною (елементи D8 , D9 ) і допоміжною

(елементи D3 , D4 ) БС включений інвертор, що блокує передачу інформації на основну БС при записі її на допоміжну БС.

Дійсно, при C =1 сигнал R або S записується в RS - тригер на елементах D3 , D4 .

Однак зміна на його виходах не передається на входи другого RS - тригера (на елементах

D8 , D9 ), тому що сигнал з виходу інвертора перешкоджає цьому.

10