Лабораторна робота № 2 Дослідження тригерів

МЕТА РОБОТИ

Вивчити будову і принцип роботи тригерів RS-, D таT- типів

ОСНОВНІ ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

Найпростішими логічними пристроями з пам’яттю є тригери, які можуть знаходитися в одному з двох стійких станів і переходити з одного стану в другий внаслідок дії зовнішніх сигналів. Перехід в кожний наступний стан залежить не тільки від поточних значень вхідних сигналів, але й від попереднього стану тригера. Інформація про попередній стан тригера, яка надходить з виходів тригера разом із зовнішніми сигналами керує його роботою. Тому тригери є пристроями із зворотними логічними зв’язками.

Логічна функція, яка встановлює залежність стану, в який переходить тригер з поточного стану при дії заданих сигналів керування, називається функцією переходів тригера. Функції переходів задаються логічними формулами або у вигляді таблиць.

Асинхронний RS-тригер з прямими входами S (set-встановити) і R (reset-знову встановити, тобто скинути) і двома виходами - та може бути реалізований на логічних елементах АБО-НЕ (рисунок 2.1) та І-НЕ (рисунок 2.2).

Літерами, ,позначають вихідні логічні сигнали тригера до поступлення вхідних сигналів, а літерами та - вихідні сигнали тригера після дії вхідних сигналів. Тригер називають асинхронним тому, що перехід в новий стан відбувається відразу після надходження вхідного сигналу .

а) б) в)

Рисунок 2.1-Позначення асинхронного RS-тригера (а), реалізація на логічних елементах АБО-НЕ (б) та часові діаграми вхідних та вихідних сигналів тригера(в)

При відсутності вхідних сигналів (R=0, S=0) тригер зберігає інформацію на виході (Q=0 або Q=1). Після надходження сигналу на вхід установлення (S=1) тригер встановлюється в стан “1”(Q=1). Подача сигналу на вхід скидання (R=1) призводить до скидання тригера в стан “0”(Q=0). Одночасна подача сигналів на два входи (S=1, R=1) заборонена, тому що при цьому неможливо передбачити стан тригера.

На рисунку 2.2 приведене позначення асинхронного RS-тригера, його реалізація на логічних елементах І-НЕ та часові діаграми вхідних і вихідних сигналів тригера. У схемах асинхронних тригерів мають місце зворотні зв’язки з виходів тригера на входи логічних елементів, що дозволяє враховувати його попередній стан. Таблиця 2.1 - це таблиця істинності RS- тригера для ряду вхідних сигналів.

а) б) в)

Рисунок 2.2-Позначення асинхронного RS-тригера (а), його реалізація на логічних елементах І-НЕ (б) та часові діаграми вхідних та вихідних сигналів тригера (в)

Таблиця 2.1

0	0	1	1	1	0	1	0
0	1	1	0	1	0	0	1
0	0	1	1	0	1	0	1
1	0	0	1	0	1	1	0
1	1	0	0	1	0	заборонена комбінація

В першому рядку таблиці 2.1 показано, що відсутність вхідних сигналів S=R=0 призводить до появи на виходах i логічних одиниць.

Попередній стан сигналу дає на виходах елемента ІІ (рисунок 2.2, б) логічні одиниці, якщо на вході S був сигнал 0. Отже, на виході отримують інверсний сигнал. Попередній стан сигналу дає на одному з входів елемента І сигнал 0, в зв’язку з чим на виході цього елемента І-НЕ отримують. Отже, відсутність сигналів на входах S і R не викликає зміни вихідних сигналів. Поява сигналу R=1, S=0 призводить до зміни станів вихідних сигналів (, ). Подача сигналів S=1, R=0 призводить до нової зміни станів вихідних сигналів (,). Одночасна подача сигналів S=1,R=1 викликає, і призводить до появи Q=1,. Такий сигнал не використовується. В скороченому вигляді таблицю істинності можна зобразити наступним чином:

Таблиця 2.2

0	0	Qn
0	1	0
1	0	1
1	1	Заборонена комбінація

Якщо в пристрої є декілька асинхронних RS-тригерів, тоді часто виникає необхідність синхронізації перемикань тригерів у часі, оскільки неодночасне їх перемикання може призвести до виникнення непередбачених станів. В таких випадках використовуються синхронні тригери.

Синхронні тригери мають додатковий тактовий вхід і сприймають інформацію на входах лише за наявністю тактового імпульсу. На рисунку 2.3 зображені позначення синхронного тригера та його схема, яка реалізована на логічних елементах І-НЕ. Із схеми видно, що за відсутністю тактового сигналу на вході

а) б)

Рисунок 2.3 - Позначення синхронного тригера (а) та його реалізація на логічних елементах І-НЕ (б)

С (С=0) на виходах і логічні одиниці, ,. Як було показано вище, елементи І і ІІ (рисунок 2.3, б), маючи такі вхідні сигнали, не змінюють сигналів на виходах Q,.

Найбільш універсальним серед синхронних тригерів є JК-тригер. Схемна реалізація його досить складна, але для використання тригера достатньо знати призначення його виводів та алгоритм роботи. На рисунку 2.4 зображені схемне позначення JК-тригера та часова діаграма, яка пояснює його роботу.

а) б)

Рисунок 2.4-Схемне позначення JК-тригера (а) та його часова діаграма (б)

При наявності нульових сигналів на входах J, С, К тригер зберігає свій стан. Сигнал J=1 вмикає тригер: після закінчення тактового імпульсу С=1 тригер приймає стан “ввімкнено” і .Сигнал на вході К вимикає тригер по зрізу тактового імпульсу С. За наявністю сигналів J=К=0 надходження тактових імпульсів не викликає змін у стані тригера. Якщо ж вхідні сигнали J=К=1, надходження тактового імпульсу перекидає тригер до протилежного стану: (для RS-тригерів така вхідна комбінація сигналів заборонена).

Промисловістю випускаються готові JК-тригери у вигляді інтегральних мікросхем (ІМС), які мають додаткові установчі входи R і S. Ці входи асинхронні. Після подачі R=0, S=1 тригер миттєво встановлює на виході Q_n+1=1, а після подачі сигналів R=1, S=0 встановлює . Таблиця істинності JК-тригера має вигляд (таблиця 2.3):

Таблиця 2.3

J	К	Qn+1
0	0	Qn
1	0	1
0	1	0
1	1

На базі JК-тригера можна побудувати ряд інших тригерів, наприклад:

1 Синхронний RS-тригер. Якщо прийняти, що J=S, К=R, а комбінацію J=1, К=1 вважати забороненою, тоді таблиця істинності JК-тригера буде еквівалентною до таблиці істинності RS-тригера з тією різницею, що зміна вихідних сигналів для JК-тригера відбу-вається лише в момент зрізування тактового імпульсу на вході С.

2 Лічильний Т-тригер (“tumble”-перекидатися). В цьому тригері входи J та К під’єднуються до потенціалу, що відповідає логічній одиниці: J=1, К=1, а вхід синхронізуючого тактового імпульсу позначають Т. В момент зрізу чергового тактового імпульсу тригер перекидається в попередній стан Q_n+1=Q_n. Позначення Т-тригера та часові діаграми його роботи приведені на рисунку 2.5.

а) б)

Рисунок 2.5-Схемне позначення (а) та часові діаграми роботи

Т-тригера (б)

З діаграм видно, що частота повторення сигналу на виході Q вдвічі менша від частоти повторення тактових імпульсів Т, тобто він ділить вхідну частоту на два. Тому Т-тригери використовують в лічильниках, подільниках частоти, різного роду перемикачах.

3 D-тригер. В D-тригері J==D. Він має тільки тактовий вхід С та вхід D. D-тригер може бути виконаний на базі JК-тригера вмиканням на входах J, К елемента НЕ, який забезпечує виконання умови J==D. В такому тригері використовують лише другий та третій рядки таблиці істинності JК-тригера. З таблиці видно, що в D-тригері Q_n+1=D, тобто тригер запам’ятовує сигнал на вході D в момент тактового імпульсу і тримає його до наступного тактового імпульсу (“delay”-затримка). Тому цей тригер може використовуватися як елемент пам’яті.

Промисловістю випускаються спеціальні ІМС - D-тригери (по два-чотири тригери). Мікросхеми D-тригерів мають особливість, що перемикання D-тригера відбувається на фронті тактового імпульсу. Схемне позначення та часові діаграми роботи D-тригера приведені на рисунку 2.6.

а) б)

Рисунок 2.6-Схемне позначення (а) на часові діаграми D-тригера (б)

Використовуються також тригери із синхронізуючим входом, але без інформаційних входів. Вони працюють аналогічно, як і Т-тригери, в яких сигнал на вході Т сталий і дорівнює одиниці. Такий тригер при подачі кожного тактового імпульсу змінює свій стан на протилежний. Він і є основним елементом подільників частоти, хоча окремо і не випускається. Однак цей тригер легко реалізувати на основі D-тригера, як показано на рисунку 2.7.

Рисунок 2.7-Схемне позначення тактуючого Т-тригера на основі

D-тригера

ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ

Робота виконується на платі П2 з використанням техноло-гічних карт ІІ-1, ..., ІІ-7.

1 Дослідити роботу RS-тригера (плата П2, технологічні карти ІІ-1, ІІ-2, ІІ-3). Скласти таблицю зміни станів в залежності від вхідних сигналів, враховуючи всі можливі комбінації вхідних сигналів.

2 Дослідити роботу D-тригера (плата П2, технологічні карти ІІ-4,

ІІ-5) враховуючи всі можливі комбінації вхідних сигналів.

3 Дослідити роботу Т-тригера (плата П2, технологічні карти ІІ-6, ІІ-7) враховуючи всі можливі комбінації вхідних сигналів.

ОБРОБКА РЕЗУЛЬТАТІВ ДОСЛІДЖЕННЯ

1. За таблицею зміни станів RS-тригерів пояснити принцип їх роботи. Побудувати часові діаграми вхідних та вихідних напруг.

2. Побудувати часові діаграми роботи D-тригера.

3. Побудувати часові діаграми роботи Т-тригера.

Зробити висновки про виконану роботу.