4. Содержание отчета

1. Описание схемы триггера.

2. Диаграммы сигналов, действующих на входах и выходах триггера, описание диаграммы сигналов.

3. Схема счетчика, регистра.

4. Диаграммы сигналов, действующих на входах и выходах регистра при использовании формирователя одиночных импульсов, описание диаграмм сигналов.

5. Диаграммы сигналов, действующих на входах и выходах регистра, счетчика при использовании генератора импульсов блока коммутаторов.

Контрольные вопросы

1. Каковы диаграммы сигналов в схемах триггеров?

2. Чем отличаются D-триггеры от JK-триггеров?

3. На какие входы схем триггеров поступают синхросигналы?

4. Как построить схему счетчика с заданным коэффициентом пересчета?

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Лачин В.И., Савелов Н.С. Электроника: учебное пособие. Изд. 6-е, перераб. и дополн. – Ростов на Д.: Феникс, 2007. – 703 с.

2. Угрюмов Е. Цифровая схемотехника. – СПб.: БХВ, 2001. – 528 с.

3. Валенко В.С. Полупроводниковые приборы и основы схемотехники электронных устройств. – М.: ДОДЭКА-XXI. 2001. – 365 с.

Лабораторная работа ЭУ-12

“ИССЛЕДОВАНИЕ ЦИФРОВЫХ РЕГИСТРОВ И СЧЕТЧИКОВ”

1. Цель работы

Цель работы – ознакомление с характеристиками регистров и счетчиков и применением их в цифровой схемотехнике.

Общие сведения

Регистры и счетчики в интегральном исполнении построены на основе триггеров, которые, в свою очередь, выполнены на основе логических элементов. Логические элементы представляют собой схемы, оперирующие с логическими сигналами, т.е. сигналами, принимающими значения только двух уровней – высокого и низкого (нулевого). Обычно сигнал высокого уровня обозначают единицей, низкого уровня – нулем.

Для описания поведения логических схем и триггеров используют алгебру логики. Переменные в алгебре логики принимают два значения “1” и “0”. Основными функциями алгебры логики являются функции ИЛИ (логического сложения X₁+X₂), И (логического умножения X₁·X₂), отрицания (инверсии) (функция НЕ). Эти функции определяются комбинационной табл. 1.

Таблица 1

0	0	0	0	1
0	1	1	0	1
1	0	1	0	0
1	1	1	1	0

Функция НЕ является функцией одного аргумента, функции И, ИЛИ могут быть функциями многих аргументов:

(умножение).

(сложение).

Существуют и другие логические функции. По комбинационной таблице можно составить выражение соответствующей логической функции.

Логические функции И, ИЛИ, НЕ реализуются соответствующими логическими элементами, обозначения которых приведены на рис. 1.

Р и с. 1. Обозначения логических элементов

Наиболее распространены логические элементы, реализующие комбинированные функции И–НЕ, ИЛИ–НЕ (рис. 2).

Р и с. 2. Обозначения логических элементов

Элемент И также называется вентильной схемой, так как он пропускает информационный сигнал, действующий на одном из входов, (например, X₁) на выход только при наличии на другом входе сигнала высокого уровня (X₂=1). Это видно непосредственно из табл. 1.

Триггерные схемы

Триггер – это схема с двумя устойчивыми состояниями, кодируемыми цифрами 0 и 1. Обычно считают, что триггер находится в состоянии 1, если сигнал на его выходе Q имеет высокий уровень (единичный сигнал). Соответственно считают, что триггер находится в состоянии 0, если сигнал на его выходе имеет низкий уровень (нулевой сигнал).

Триггер имеет информационный вход D и тактовый вход C. При поступлении на информационный вход логического сигнала (“0” или “1”) триггер устанавливается в соответствующее состояние и запоминает его, другими словами, в триггер записывается информация. Информация может записываться в триггер только при наличии на тактовом входе единичного сигнала (тактового сигнала или синхросигнала).

Кроме указанных входов, триггер имеет установочные входы R и S, которые позволяют устанавливать триггер в состояние 0 или 1 путем подачи на эти входы комбинации сигналов, определяемых комбинационной табл. 2.

Таблица 2
Sn	Rn	Qn+1
0	0	0
0	1	0
1	0	1
1	1	X

Как видно из таблицы, при нулевых сигналах и триггер не меняет своего состояния ( ), при других комбинациях он устанавливается в состояние, соответствующее сигналу на входе S.

Комбинация сигналов является запрещенной, при ней триггер устанавливается в неопределенное состояние.

Триггер может работать в счетном режиме, когда он пересчитывает по модулю 2 счетные импульсы, поступающие на его вход. Такие счетные триггеры являются основой различного рода счетчиков.

Счетчики

Счетчики бывают суммирующими и реверсивными (т.е. могут как суммировать импульсы, так и вычитать их). Они характеризуются коэффициентом пересчета К (максимальным количеством сосчитанных импульсов), который зависит от числа разрядов счетчика (каждому разряду соответствует один триггер). Для n-разрядного счетчика максимальное значение К определяется соотношением .

Условное обозначение и диаграммы сигналов суммирующего четырехразрядного двоичного счетчика представлены на рис. 3.

Р и с. 3. Суммирующий двоичный счетчик. Обозначение и диаграмма напряжений

Легко убедиться, что в интервале времени после i-того входного импульса (i=1,2…) на выходах счетчика действует двоичный код, соответствующий числу i. Вход счетчика R служит для его сброса (очистки); при подаче на этот вход сигнала “1” на выходах счетчика установится нулевой код (0000).

В вычитающих счетчиках при поступлении счетных импульсов сигналы на выходах изменяются в соответствии с диаграммами, изображенными на рис. 3 , но в обратном направлении (справа налево).

Очевидно, четырехразрядный счетчик имеет коэффициент пересчета . После подачи на вход такого счетчика, предварительно установленного в состояние 0, шестнадцати импульсов, счетчик опять установится в нулевое состояние.

Можно заметить, что при поступлении на вход счетчика импульсов частотой с выходов счетчика снимаются импульсы с частотами соответственно (см. рис. 3).

Таким образом, счетчик может быть использован в качестве делителя частоты импульсов в 2, 4, 8, и 16 раз.

Часто возникает необходимость применения счетчика, имеющего коэффициент пересчета, меньший максимального. Такие счетчики обычно выполняются на основе стандартных двоичных счетчиков с использованием комбинационных схем, формирующих импульс сброса после появления на выходах счетчика кода, соответствующего двоичному эквиваленту числа К.

В качестве примера можно привести схемы счетчиков (рис. 4) с коэффициентами К=6, К=7. Работа таких схем очевидна из рассмотрения диаграммы сигналов (см. рис. 3). После поступления, например, 6-го счетного импульса на вход счетчика на его выходах устанавливается код, равный двоичному эквиваленту цифры 6 (0110), и на входе вентильной схемы счетчика (&) действует единичный сигнал, сбрасывающий счетчик в нулевое состояние.

Р и с. 4. Схемы двоичных счетчиков

В серийно выпускаемых схемах счетчиков вентильные схемы для удобства расположены внутри микросхемы, так что, например, счетчик имеет два входа сброса (B,). Такие счетчики могут быть использованы для деления частоты входных импульсов в К раз.

Регистры

Регистры также строятся на основе триггеров и служат для запоминания (записи) двоичного кода. Регистр (рис. 5), предназначенный для записи 4-разрядного кода, имеет 4 входа ,тактовый вход С и 4 выхода . После поступления тактового импульса на вход С регистр запоминает двоичный код, действующий на входах непосредственно перед появлением заднего фронта тактового импульса.

Информационные сигналы на выходах регистра, соответствующие записанному в него коду, появляются в момент заднего фронта тактового импульса.

Р и с. 5. Параллельный запоминающий регистр

В цифровой схемотехнике применяются также микросхемы, которые могут выполнять роль как регистра, так и счетчика – реверсивные счетчики с возможностью предварительной записи кода, например, микросхемы К155ИЕ6, К155ИЕ7. Эти микросхемы имеют установочные входы , тактовый вход С, счетный вход и вход сброса.

Функции этих входов аналогичны описанным выше.