METOD-CPM

Складіть таблиці істинності для синтезованих тригерних структур. Проаналізуйте теоретично їх швидкодію. Зверніть увагу на недоліки синтезованого D-тригера, пов'язані зі "змаганням" сигналів. Поміркуйте, як їх усунути? Проаналізуйте роботу і оцініть швидкодію двоступеневого RSC-тригера.

При синтезі D- та JK-тригерів рекомендуємо використати співвідношення алгебри логіки: X × X = 0; X È 0 = X . Поясніть недоліки синтезованого JK-тригера. Як уникнути самозбудження?

Синтез Т-тригера виконайте на базі D- та JK-тригерів.

Для контролю отриманих результатів скористуйтеся табл.2.2.

Таблиця 2.2 – Рівняння збудження для тригерних структур

13

2.3 Опис лабораторного обладнання

Дослідження проводяться на полі П1 УЛМ (рис. А.2). Необхідну структуру збирають за допомогою з'єднувальних дротів.

Рекомендується використовувати ЛЕ DD1.3, DD1.4, DD1.6, DD1.7. У разі необхідності розширення можливостей підключення зовнішніх ланцюгів до контактів ЛЕ використовуйте "монтажне АБО", які містяться на полі П1 та на полі ПК2.

Крім синтезованих тригерних структур, є можливість дослідити D- і JK-тригери в інтегрованому варіанті серії К155 (К155ТМ2 рис. 2.1 і К155ТВ1 – рис. 2.2 відповідно). Вони реалізовані на полі П2: D-тригери на DD2.5, DD2.6; JK-тригери на DD2.1 DD2.2 DD2.3 DD2.4. Згодом ці тригери будуть використані при побудові регістрів, лічильників імпульсів та інших функціональних імпульсних і цифрових пристроїв.

Інтегральна мікросхема К 155ТМ2 містить два синхронні D-тригери з

інверсними асинхронними потенціальними входами R та S . При D ×C = 1 (перехід з 0 в 1) схема працює як D-тригер, якщо С=0 – як RS-тригер. Якщо R=S=0, тактовий сигнал не змінює стану тригера (стан не визначено).

Інтегральна мікросхема К155ТВ1 містить один синхронний JK-тригер із вхідною логікою по входу J та K, прямим тактовим (синхронізуючим) вхо-

дом С, а також з двома інверсними асинхронними входами R і S .

Статичне дослідження тригерних структур на різних етапах можна проводити, подаючи на інформаційні входи логічні рівні "0" або "1" від задатчика кодів (Поле ПК.2: натиснена кнопка відповідає рівню логічної одиниці, що підтверджується світлодіодом) або від задатчиків логічних рівнів "0" та "1", розташованих на П.1. Також можна використовувати одиничні імпульси, які формуються генератором F (ПК.3). При натисканні відповідних кнопок або зовнішнім генератором, який приєднується через узгоджувальні формувачі "Gзовн" ПК.1.

14

Значення логічних рівнів у характерних точках досліджуваної схеми можна фіксувати за допомогою світлодіодних індикаторів стану або логічного пробника (поле ПК.3; сектор „ Индикация состояний”). Можна також використовувати осцилограф з відкритим входом.

Динамічні дослідження тригерних структур проводять, використовуючи інформаційні та синхронізуючі сигнали необхідного знака, які надходять з генератора тактових сигналів (ГТС) FG (поле ПК.1). Можливе також використання сигналів зовнішніх генераторів (через формувач "Gзовн.").

Генератор FG призначений для формування періодичних послідовностей інформаційних та синхронізуючих імпульсів (як прямих, так і інверсних), які використовуються для дослідження тригерних структур. Часові діаграми вихідних сигналів зображено на рис. 2.3. Використання цих сигналів дозволяє забезпечити всю комбінаторику збудження тригерних структур.

2.4 Порядок виконання роботи

Зберіть на макеті задану тригерну структуру, синтез якої ви зробили, готуючись до лабораторної роботи. Підключіть вимірювальні прилади. Для збудження тригерних структур достатньо використати внутрішнє джерело тестових сигналів. Часові діаграми вихідних сигналів тестового генератора зображено на рис. 2.3.

Дослідження тригерних структур здійснюють у статичному та динамічному режимах. При дослідженні у статичному режимі треба скласти таблицю істинності і порівняти з теоретичною. Дослідження у динамічному режимі складається з фіксації сигналів у характерних точках схеми. Епюри сигналів фіксуються в одному часовому масштабі. Для цього використовують режим зовнішньої синхронізації.

При статичному дослідженні зверніть увагу на чітко визначену послідовність та комбінацію сигналів, що подаються на входи тригерної структури, переконайтеся у правильності її функціонування.

При динамічному дослідженні оцініть швидкодію (час перемикання), користуючись осцилографом у режимі зовнішньої синхронізації розгортки або за допомогою вимірювача частоти у режимі вимірювання часового інтервалу. В ролі синхронізуючого імпульсу (або стартового імпульсу) необхідно використовувати синхронізуючий імпульс генератора тестових сигналів (див. ПК.1) або інформаційний імпульс для асинхронних тригерів того самого генератора. Зробіть поетапну оцінку затримання відгуку на сигнал збудження (для двоступеневих тригерних структур – як по передньому, так і по задньому фронту синхронізуючого імпульсу).

15

К155ТМ2 (рис. 2.1). Зверніть увагу на наявність затверджених входів S та R . Визначте їх призначення і переконайтеся у можливості встановлення тригера у необхідний стан під дією цих сигналів. Керуючі імпульси необхідного знака рекомендується отримати за допомогою формувача одиничних імпульсів F (поле ПК.3). Перевірте, чи не відбувається блокування роботи схеми при статичному керуванні по цих входах. Це важливо при побудові функціональних імпульсних та цифрових пристроїв. Зберіть схему двоступеневого D-тригера на двох RSC-тригерах (рис. 2.4). Перед цим виконайте синтез RSC-тригера і зберіть його на лабораторному макеті.

Перевірте функціонування двоступеневого D-тригера у статичному та динамічному режимах. Зверніть увагу на послідовність роботи тригера за наявності сигналу на вході С. З`ясуйте, коли відбувається запис інформації з D-входу в перший тригер, а коли перезапис у другий. Визначте час цих операцій у динамічному режимі.

Рисунок 2.4 – Функціональна схема двоступеневого тригера

При дослідженні JK-тригера, побудованого відповідно до результатів синтезу, зверніть увагу на те, що ця структура має властивість збуджуватися і працювати як кільцевий генератор. Проаналізуйте, чому відбувається і чим визначається період автоколивань, як усунути це збудження. Проведіть дослідження більш розвинених структур JK-тригерів: мікросхеми К155ТВ1 (рис. 2.2) і двоступеневого тригера (рис. 2.5).

Рисунок 2.5 – Функціональна схема двоступеневого JK-тригера

Програма дослідження та сама, як і для дослідження D-тригера. Обов'язково зверніть увагу на різницю у функціонуванні JК-тригера і RSC- тригера. Поміркуйте, як на базі JК-тригера побудувати D-тригер? Перевірте це питання експериментально на IMC К155ТВ1, використовуючи додатково логічні елементи поля П.1.

17

При дослідженні Т-тригера, побудованого у відповідності з результатами синтезу, у вас можуть виникнути труднощі, характерні для дослідження JК-тригерів, пов'язаних зі збудженням схем. Проаналізуйте причини цього явища. Зберіть і дослідіть у статичному та динамічному режимах схему двоступеневого Т-тригера (рис. 2.6).

Побудуйте асинхронний Т-тригер на базі D-тригера (на прикладі використання ІМС К155ТМ2), проведіть статичні та динамічні дослідження. Визначте поріг спрацьовування тригера, його динамічну завадостійкість, використовуючи для цього зовнішній генератор Г5-54. Усі отримані результати порівняйте з теоретичними і зробіть висновки.

2.5 Вказівки до реєстрації результатів, їх обробки і оформлення

При дослідженні роботи тригерних структур у статичному режимі складіть таблицю істинності, а в динамічному режимі – зафіксуйте осцилограми напруг на виходах ЛЕ синтезованої структури в єдиному часовому інтервалі (синхронізацію треба робити синхроімпульсом для синхронних тригерів). Оцініть дозволену здатність тригера. Переконайтесь, що динамічні та статичні дослідження ідентичні і дають повне уявлення про реалізацію алгоритму роботи тригера.

Звіт оформити відповідно до рекомендацій, поданих у загальних положеннях.

2.6 Контрольні запитання та завдання

1.Чим відрізняються синхронні та асинхронні тригерні структури?

2.Отримайте характеристичне рівняння RS-тригера в загальному вигляді для випадків реалізації в базисах “I-HI” та “ АБО-НІ”? Наведіть функціональні схеми тригерів. Визначте швидкодію.

3.Таблиця перемикань Е-тригера. Отримайте характеристичне рівняння в загальному вигляді для випадку реалізації в базисі “ І-НІ”. Наведіть функціональну схему тригера. Визначте швидкодію.

18

4. Таблиця перемикань RSC-тригера. Отримайте характеристичне рівняння в загальному вигляді для випадку реалізації в базисі “ І-НІ”. Наведіть функціональну схему тригера. Визначте швидкодію.

5.Таблиця перемикань D-тригера. Отримайте характеристичне рівняння в загальному вигляді для випадку реалізації в базисі “ І-НІ”. Наведіть функціональну схему тригера. Визначте швидкодію.

6.Чим відрізняється двоступенева структура D-тригера від одноступеневої? Особливості впливу тригера на дію синхронізуючого сигналу. Визначте час перемикання.

7.Таблиця перемикань JК-тригера. Отримайте характеристичне рівняння в загальному вигляді для випадку реалізації в базисі “ І-НІ”. Наведіть функціональну схему тригера. Визначте швидкодію.

8.Чому ця структура одноступеневого JК-тригера схильна до самозбудження? Як цього уникнути?

9.У чому різниця двоступеневої структури JК-тригера від одноступеневої? Проаналізуйте роботу тригера за функціональною схемою, оцініть його швидкодію.

10.У чому різниця двоступеневої структури Т-тригера від одноступеневої? Проаналізуйте роботу тригера за функціональною схемою, оцініть його швидкодію.

11.Як дослідити асинхронні тригерні структури на макеті?

12.Як дослідити синхронні тригерні структури на макеті?

13.Проаналізуйте роботу ІМС К155ТМ2.

14.Проаналізуйте роботу ІМС К155ТВ1.

15.Як побудувати D- і T-тригери на базі JK-тригера?

16.Як побудувати Т-тригер на базі D-тригера?

3 ДОСЛІДЖЕННЯ ЦИФРОВИХ ПРИСТРОЇВ З ПАМ’ЯТТЮ

3.1М е т а р о б о т и – вивчення принципів синтезу і побудови цифрових пристроїв з пам’яттю – паралельних регістрів, регістрів зсуву, кільцевих лічильників та генераторів кодових послідовностей на їх базі, лічильників імпульсів за заданим модулем (підсумовуючих, від`ємних, реверсивних); засвоєння методики експериментального дослідження їх статичних та динамічних характеристик.

3.2Вказівки до організації самостійної роботи

При підготовці до роботи необхідно: опрацювати теоретичний матеріал

[1, с. 360-368; 2, с.446-462; 3, с. 104-112; 4, с. 51-77] та конспект лекцій; ви-

конати рекомендації з підготовки до лабораторних робіт (див. загальні положення); провести синтез цифрових пристроїв у відповідності з індивідуаль-

19

ним завданням (табл. 3.1) і виконати експериментальне дослідження на УЛМ за програмою п.3.4.

Таблиця 3.1 – Варіанти індивідуальних завдань з дослідження цифрових пристроїв з пам’яттю

модулем для послідовних лічильників визначає напрямок лічення: складання

(+) або віднімання (-).

Синтез вказаних пристроїв виконати з використанням діаграм Вейча або карток Карно. Перетворити отримані функції збудження для реалізації в базисі “ І-НІ”.

При синтезі кільцевий лічильник на регістрі зсуву треба забезпечити автоматичним виходом зі стану, який не використовується (складіть графи переходів).

Для перевірки вірності отриманого результату скористайтеся таблицею 3.2, у якій при різних значеннях модуля М для заданої кодової послідовності внутрішніх станів лічильника (рекомендовано задати ту саму стосовно вашого завдання) указані функції збудження, а також J1 та К1 (залежно від варіан-

20

Продовження табл. 3.2

3.3 Опис лабораторного обладнання

Дослідження проводять на полі П.2 УЛМ – використовують елементи пам'яті DD2.1 – DD2.6 .

При побудові регістрів і лічильників додатково використовують ЛЕ поля П.1.

Регістри та лічильники в інтегрованому виконанні досліджують, корис-

туючись полем П.3 DD3.2 (К155ИР1), DD3.3 (К155ИЕ7), DD3.11 (К155ИЕ8).

Опис мікросхем наведено в навчальному посібнику [1].

Статичне дослідження виконують за допомогою одиничних імпульсів з виходу формувача F, розташованого на полі ПК3. Динамічне дослідження проводять, використовуючи генератор сітки частот G, розташованого на ПК1.

3.4 Порядок виконання роботи

Додатково перед виконанням індивідуальних завдань проведіть експериментальне дослідження паралельних регістрів на D-тригерах (рис.3.1) та на ІМС К155ИР1, лічильників імпульсів на ІМС К155ИЕ7 і К155ИЕ8, регістрів зсуву на D- і JK-тригерах (рис.3.2 та 3.3 відповідно). Конкретизація об'єктів дослідження наведена у табл. 3.3.

Проведення досліджень плануйте таким чином, щоб мати змогу перейти до виконання індивідуальних завдань з найменшими втратами часу.

Дослідження запропонованих цифрових пристроїв проведіть у статичному режимі. Вхідну інформацію на регістри треба подавати з формувача коду, розташованого на ПК2. Зверніть увагу на те, що при використанні JK-тригерів код повинен бути заданий парафазно, тобто необхідно додатково використати інвертор. Керуючі сигнали також отримайте від формувача коду. Тактові (зсуву) імпульси та імпульси "скид" отримайте з формувачів одиничних імпульсів. З`ясуйте, чи будуть функціонувати регістри при R=0, поясніть отриманий результат. Контроль стану тригерів здійснюйте за допомогою світодіодних індикаторів (див. ПК2) або за допомогою осцилографа з відкритим входом.

21

Таблиця 3.3 – Варіанти завдань і використані ІМС

Рисунок 3.1 – Функціональна схема паралельного регістра зсуву на D-тригерах ІМС серії К155ТМ2

Рисунок 3.2 – Функціональна схема регістра зсуву на JK-тригерах

Рисунок 3.3 – Функціональна схема послідовного регістра зсуву на D-тригерах ІМС серії К155 ТМ2

Дослідження ІМС К155ИР1, до 155ИЕ7, К155ИЕ8 проведіть з урахуванням алгоритму їх функціонування.

За результатами проведеного синтезу реалізуйте останній на макеті і проведіть його дослідження в статичному і динамічному режимах. При статичному дослідженні перевірте відповідність роботи лічильника заданому ал-

22