6. Cодержание отчета
1. Исходная комбинационная таблица.
Карта Карно, соответствующая комбинационной таблице.
Преобразованное выражение логической функции.
Электрическая схема, реализующая заданную функцию.
Электрическая схема триггера, комбинационная таблица, соответствующая его работе, осциллограммы напряжений на входах и выходах триггера.
Электрические схемы дешифратора и шифратора, соответствующие комбинационные таблицы.
Контрольные вопросы
Как определить выражение функции по ее комбинационной таблице?
Как определить комбинационную схему по заданному выражению логической функции?
Каковы диаграммы сигналов в схеме триггера?
Как собрать схему дешифратора, исходя из заданной комбинационной таблицы?
Как собрать схему шифратора, исходя из заданной комбинационной таблицы?
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Лачин В.И., Савелов Н.С. Электроника: учебное пособие. Изд. 6-е, перераб. и дополн. – Ростов на Д.: Феникс, 2007. – 703 с.
Угрюмов Е. Цифровая схемотехника. – СПб.: БХВ, 2001. – 528 с.
Валенко В.С. Полупроводниковые приборы и основы схемотехники электронных устройств. – М.: ДОДЭКА-XXI. 2001. – 365 с.
Степаненко И.П. Основы микроэлектроники. Изд. 2-е. – М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2000. – 488 с.
Лабораторная работа ЭУ-11
“ИССЛЕДОВАНИЕ ТРИГГЕРНЫХ УСТРОЙСТВ”
1. Цель работы
Цель работы – ознакомление с характеристиками триггерных устройств цифровой схемотехники и изучение способов построения схем на их основе.
Триггерные устройства строятся на основе логических элементов, т.е. элементов, оперирующих с логическими сигналами, которые принимают значение только двух уровней – высокого и низкого (нулевого). Обычно сигнал высокого уровня обозначают единицей, низкого уровня – нулем. Для описания поведения логических триггерных схем используют алгебру логики.
Переменные в
алгебре логики принимают два значения
– “0” и “1”. Основными функциями алгебры
логики являются функции ИЛИ (логического
сложения X1+X2),
И (логического умножения X1X2),
отрицания (инверсии)
(функция НЕ).
Эти функции определяются комбинационными таблицами, представленными в табл. 1.
|
Таблица 1
| ||||
|
X1 |
X2 |
(X1+X2) |
X1X2 |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
|
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
|
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
Функция инверсии является функцией одного аргумента, функции И, ИЛИ могут быть функциями многих аргументов:
Y=X1X2…Xn (умножение); Y=X1+X2+…+Xn (сложение).
Логическая функция одного аргумента описывается комбинационной таблицей из 2 строк, двух аргументов – таблицей из 4 строк, n аргументов – таблицей 2n строк.
Комбинационная таблица функций Y=X1X2X3 и Y=X1+X2+X3 представлена в табл. 2.
|
Таблица 2
| ||||
|
X1 |
X2 |
X3 |
X1X2X3 |
X1+X2+X3 |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
|
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
|
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
|
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
|
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
|
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
Существуют и другие логические функции. По комбинационной таблице можно составить выражение соответствующей логической функции.
Логические функции И, ИЛИ, НЕ реализуются соответствующими элементами, обозначения которых приведены на рис. 1.
Р и с. 1. Обозначения логических элементов
Наибольшее распространение получили логические элементы, реализующие комбинированные функции ИЛИ–НЕ, И–НЕ (рис. 2).
Р и с. 2. Обозначения логических элементов с инверсией
Элемент И называется также вентильной схемой, так как он пропускает информационный сигнал, действующий на одном из входов, например X1, на выход только при наличии на другом выходе сигнала высокого уровня (X2=1). Это видно непосредственно из рассмотрения табл. 1.
Триггер
(триггерное устройство) – это схема с
двумя устойчивыми состояниями. Триггер
имеет два выхода – прямой Q
и инверсный
и несколько информационных входов, а
также может иметь тактовые входы. При
поступлении на информационные входы
определенной комбинации сигналов
триггер переходит из одного состояния
в другое и запоминает это состояние на
период отсутствия сигналов. Состояния
триггера кодируются цифрами 0 и 1.
Обычно
считают, что триггер находится в состоянии
1, если сигнал на выходе Q
имеет высокий уровень (соответствует
логической “1”). При этом сигнал на
выходе
имеет низкий уровень, соответствующий
логическому “0”.
Триггер находится в состоянии 0, если сигнал на его выходе Q имеет низкий уровень (нулевой).
Триггеры могут работать в асинхронном режиме, при котором они изменяют свое состояние непосредственно в момент изменения сигналов на информационных входах.
Триггеры, работающие в синхронном режиме (тактируемые триггеры), могут менять свое состояние только при поступлении на тактовый вход тактирующего сигнала (синхронизирующего сигнала).
Наиболее распространенными являются D-триггеры и JK-триггеры (рис. 3).
Р и с. 3. Обозначение триггеров D- иJK-типов
D-триггер имеет один информационный вход D и устанавливается в состояние, соответствующее уровню сигнала (информации) на этом входе, но только при наличии на тактовом входе С тактового сигнала высокого уровня (С=1). При низком уровне тактового сигнала (С=0) триггер не воспринимает информацию с входа D. Кроме указанных входов D-триггеры обычно имеют еще и установочные входы S и R.
При подаче на вход S сигнала высокого уровня (единичного) триггер устанавливается в единичное состояние независимо от сигналов на информационных входах. При подаче на вход R единичного сигнала триггер устанавливается в нулевое состояние.
JK-триггер имеет два информационных входа J, K и тактируемый вход С. Триггер устанавливается в единичное состояние при комбинации сигналов J=1, K=0, а в нулевое соединение при комбинации сигналов J=0, K=1. При комбинации сигналов J=K=0 триггер не меняет своего состояния, при комбинации сигналов J=K=1 триггер меняет свое предыдущее состояние на противоположное.
JK-триггер, как и D-триггер, имеет установочные входы S и R и также воспринимает информацию только при единичном тактовом сигнале (С=1).
Триггерные устройства так же, как и логические схемы, могут описываться комбинационными таблицами и логическими функциями, определяющими состояние Qn триггера. В отличие от логических схем эти функции зависят не только от комбинации информационных сигналов, но и от значения функции (состояния триггера Qn-1) в момент времени tn-1, предшествующий моменту tn подачи на входы схемы комбинации сигналов.
D-триггер и JK-триггер описываются комбинационными таблицами, представленными в табл. 3.
|
D-триггер |
|
Таблица 3
JK-триггер (при Cn-1=1) | ||||
|
C |
D |
Qn |
Jn-1 |
Kn-1 |
Qn | |
|
0 |
0 |
Qn-1 |
0 |
0 |
Qn-1 | |
|
0 |
1 |
Qn-1 |
0 |
1 |
0 | |
|
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 | |
|
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
Qn-1 | |
D-триггер описывается логическим выражением
.
JK-триггер описывается логическим выражением
.
С учетом сигналов, подаваемых на R и S входы, триггеры описываются более сложными выражениями.
Наиболее распространенные D- и JK-триггеры имеют инверсные установочные входы R и S (рис. 4, рис. 5).
Р и с. 4. D-триггер Р и с. 5. JK-триггер
Эти триггеры устанавливаются сигналами низкого уровня (нулевыми), подаваемыми на R, S входы, в соответствии с табл. 4.
Комбинация
установочных сигналов R=S=1 (
)
является запрещенной, так как при этом
триггер устанавливается в неопределенное
состояние.
|
Таблица 4
| ||||
|
S |
R |
|
|
Qn |
|
0 |
0 |
1 |
1 |
Qn-1 |
|
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
|
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
1 |
1 |
0 |
0 |
|
Необходимо отметить, что при работе D- и JK-триггеров в синхронном режиме D-триггер меняет свое состояние в соответствие с комбинацией информационных сигналов в момент действия переднего фронта синхросигнала (по фронту сигнала), а JK-триггер – в момент действия заднего фронта синхросигнала (по спаду сигнала).
Р и с. 6. Диаграммы сигналов D-триггера
Они устанавливаются в состояние, соответствующее информационному сигналу, действующему в момент времени непосредственно перед фронтом синхросигнала.