Лабораторная работа №5 Исследование триггеров и счетчиков в программе Electronics Workbench
Цель работы: изучение структуры и алгоритмов работы синхронных и асинхронных триггеров; изучение принципов построения синхронных счетчиков.
Используемые приборы и оборудование в программе Electronics Workbench: двухвходовые логические элементы, RS-, JK- и D-триггеры; двухпозиционные переключатели, логические пробники, семисегментные индикаторы; источник сигнала «5 В», источник сигнала «0 В».
1. Краткие теоретические положения
Общие сведения. Триггерами называют класс электронных устройств, обладающих способностью сколь угодно долго находиться в одном из двух устойчивых состояний.
В отличие от комбинационных логических схем (КЛС), триггеры – это логические устройства с памятью. Это свойство обеспечивается наличием в них обратных связей. Выходные сигналы триггеров в общем случае зависят не только от текущих входных сигналов, но и предыдущих состояний триггера, а значит, и от предыдущих входных сигналов.
Триггеры могут быть синхронными и асинхронными. В зависимости от алгоритма работы триггеры могут иметь информационные, установочные и управляющие (тактовые) входы. Установочные входы устанавливают состояние триггера независимо от состояния других входов. Управляющие входы (входы синхронизации) управляют записью данных, подающихся на информационные входы.
Наиболее распространенными являются триггеры RS-, JK-, D- и T-типов.
RS-триггер – это один из простейших автоматов с памятью, который может находиться в одном из двух устойчивых состояний (0 или 1). Он имеет два установочных входа: S (Set – установить в 1) и R (Reset – сбросить в 0). Если подать на оба установочных входа нули, то триггер хранит предыдущее состояние. Каждое состояние устойчиво и поддерживается за счет обратных связей. Подача на оба информационных входа единиц запрещена. RS-триггер обычно выполняется с парафазными выходами на элементах И-НЕ или ИЛИ-НЕ. RS-триггер может асинхронным или синхронным.
Зависимость Qt+1 от Qt характеризует свойство запоминания предыдущего состояния. Граф на рис. 1 показывает эту зависимость для RS-триггера.
Рис. 1. Граф переходов RS-триггера Рис. 2. Граф переходов RS-триггера (другой вариант)
Этот граф показывает, что схема, которая находилась в состоянии Q=0, сохраняет это состояние при воздействии входных наборов R=0; S=0 и R=1; S=0. Если же на вход схемы, находящейся в состоянии Q=0 подействовать набором R=0; S=1, то она переходит в состояние Q=1 и сохраняет его под действием наборов R=0; S=0 и R=1; S=0. На рис. 2 этот граф перерисован более компактно: входные сигналы, которые могут принимать значения как 0, так и 1, обозначены как Х, а последовательность обозначения входных сигналов соответствует порядку R, S.
Триггер типа JK может быть выполнен только синхронным. Помимо информационных входов J и K он имеет тактирующий вход (или вход синхронизации) C. Также он может иметь асинхронхронные установочные входы Ra и Sa, которые имеют приоритет над входами J и K.
D-триггер также выполняется синхронным. Он имеет один информационный вход (D – Date), может иметь также асинхронные входы сброса в 0 и установки в 1.
Счетчиком называют схему, предназначенную для выполнения микроопераций счета и хранения слов. Если микрооперация счета выполняется в канонической двоичной системе счисления (с естественным порядком весов), то такой счетчик называется счетчиком с естественным порядком счета. Если микрооперация выполняется в неканонической системе, то такой счетчик называется счетчиком с произвольным порядком счета.
По способу реализации цепей переноса (заема) между разрядами счетчики подразделяются на следующие типы: с последовательным переносом; с параллельным переносом; с групповым переносом.