foto1
foto1
foto1
foto1
foto1

Знання - це скарб, а навчання - ключ до нього.

Навчання - світло, а не навчання тьма.

Знання за гроші не купиш.

Знання - це сила, а незнання - робоча сила?

Хорошого спеціаліста робота сама шукає.

Електротехніка

Лабораторна робота № 8

Тема: Послідовні системи - тригери

Мета: Ознайомитись з логічними елементами та навчитись проектувани найпростіші логічні схеми.

Обладнання: Комп'ютер.

Теоретичні відомості:

Тригер це цифровий автомат , що має два стійких стани рівноваги 0,обо 1. Стан тригера визначається по його вхідному сигналу. Під впливом вхідного сигналу тригер скачкоподібно переходить від одного стійкого стану до іншого , при цьому скачкоподібно змінюється рівень напруги його вихідного сигналу.  Для зручності використання  в схемах обрахувальних пристроїв тригери як правило мають два виходи : прямий Q (називается  “вихід 1”) та  інверсний Q^ (“ вихід 0”). В одиничному стані  триггера на виході Q имеют високий рівень сигнала, а в нульовому – низкий. На виході Q^ навпаки.

Тригери поділяються на дві великі групи - динамічні і статичні. Названі вони так за способом представлення вихідної інформації.

Динамічний тригер являє собою систему, один зі станів якої (одиничне) характеризується наявністю на виході безперервної послідовності імпульсів певної частоти, а інше - відсутністю вихідних імпульсів (нульове). Зміна станів проводиться зовнішніми імпульсами (рис. ). Динамічні тригери в даний час використовуються рідко.

До статичних триггерам відносять пристрої, кожен стан яких характеризується незмінними рівнями вихідної напруги (вихідними потенціалами): високим - близьким до напруги харчування і низьким - близько нуля. Статичні тригери за способом представлення вихідної інформації часто називають потенційними.

Статичні (потенційні) тригери, в свою чергу, поділяються на дві нерівні щодо практичного значення групи - симетричні і несиметричні тригери. Обидва класи реалізуються на двокаскадної підсилювачі з позитивним зворотним зв'язком, а назвою своїм вони зобов'язані способам організації внутрішніх електричних зв'язків між елементами схеми.

Симетричні тригери відрізняє симетрія схеми і за структурою, і за параметрами елементів обох плечей. Для несиметричних тригерів характерна неідентичність параметрів елементів окремих каскадів, а також і зв'язків між ними.

Симетричні статичні тригери складають основну масу тригерів, що використовуються в сучасній радіоелектронної апаратури. Схеми симетричних тригерів у найпростішій реалізації (2х2ІЛІНЕ) показані на рис. 4.

Основний і найбільш загальний класифікаційний ознака - функціональний - дозволяє систематизувати статичні симетричні тригери за способом організації логічних зв'язків між входами і виходами тригера у визначені дискретні моменти часу до і після появи вхідних сигналів. З цієї класифікації тригери характеризуються числом логічних входів і їх функціональним призначенням (рис. ).

Друга класифікаційна схема, незалежна від функціональної, характеризує тригери за способом введення інформації і оцінює їх за часом поновлення вихідної інформації щодо моменту зміни інформації на входах (рис. ).

Кожна з систем класифікації характеризує тригери за різними показниками і тому доповнює одна одну. Приміром, тригери RS-типу можуть бути в синхронному і асинхронному виконанні.

Асинхронний тригер змінює свій стан безпосередньо в момент появи відповідного інформаційного сигналу (ів), з деякою затримкою яка дорівнює сумі затримок на елементах складових даний тригер.

Синхронні тригери реагують на інформаційні сигнали тільки при наявності відповідного сигналу на так званому вході синхронізації С (від англ. Clock). Цей вхід також позначають терміном "такт". Такі інформаційні сигнали називають синхронними. Синхронні тригери у свою чергу підрозділяють на тригери із статичним (статичні) і динамічним (динамічні) управлінням по входу синхронізації С.

Одноступінчасті тригери складаються з одного ступеня представляє собою елемент пам'яті і схему управління, поділяються на тригери із статичним управлінням і тригери з динамічним управлінням.

Тригери із статичним управлінням сприймають інформаційні сигнали при подачі на вхід З логічної одиниці (прямий вхід) або логічного нуля (інверсний вхід).

Тригери з динамічним управлінням сприймають інформаційні сигнали при зміні (перепаді) сигналу на вході С від 0 до 1 (прямий динамічний С-вхід) або від 1 до 0 (інверсний динамічний С-вхід). Також зустрічається назва "тригер керований фронтом ".

Двоступінчаті тригери бувають, як правило, зі статичним керуванням. При одному рівні сигналу на вході С інформація, відповідно до логіки роботи тригера, записується в перший ступінь (другий ступінь заблокована для запису). При другом уровне этого сигнала происходит копирование состояния первой ступени во вторую (первая ступень заблокирована для записи), выходной сигнал появляется в этот момент времени с задержкой равной задержке срабатывания ступени. Обычно двухступенчатые триггеры применяются в схемах, где логические функции входов триггера зависят от его выходов, во избежание временны́х гонок. Двухступенчатые триггеры с динамическим управлением встречаются крайне редко. Двухступенчатый триггер обозначают ТТ.

Закони  функціонування тригерів задаються таблицями переходів з компактним записом при якому в стовбчику стану  може бути вказано що новий стан співпадає  з попереднім або є його протилежністю.

Тригер типу RSмає два входи роздільної установки в

аздельной установки в нулевое и единичное состояния. Воздействие по входу S (обозначен по первой букве слова set – установка) приводит триггер в единичное состояние, а воздействие по входу R (от первой буквы слова reset – сброс) – в нулевое. Одновременная подача сигналов S и R не допускается, что является недостатком для RS-триггера.

Асинхронний RS-триггер на элементах И-НЕ показан на рисунке 3.3.1.1. Триггер образован из двух комбинационных схем И-НЕ, соединенных таким образом, что возникают положительные обратные связи, благодаря которым в устойчивом состоянии выходной транзистор одной схемы ИЛИ-НЕ закрыт, а другой открыт. Таблица 3.1.1.1 определяет закон функционирования триггера. На рисунке 3.3.1.2 приведена временная диаграмма иллюстрирующая работу асинхронного RS-триггера.

Рисунок 3.3.1.1 - Схема асинхронного RS-триггера на элементах И-НЕ

R

S

Q

Примечание

0

0

Q

Хранение

0

1

1

Установка 1

1

0

0

Установка 0

1

1

-

Запрещено

Таблица 3.3.1.1 - Таблица переходов асинхронного RS-триггера на элементах ИЛИ-НЕ

Рисунок 3.3.1.2 - Диаграмма работы асинхронного RS-триггера

При R=1 и S=0 триггер устанавливается в нулевое состояние Q=0; при R=0 и S=1 он устанавливается в единичное состояние Q=1; при R=S=0 триггер сохраняет состояние, в котором он находился до момента поступления на его входы нулевых сигналов. При R=S=1 на прямом и инверсном выходах устанавливается нулевой сигнал. Триггероное кольцо превращается в два независимых инвертора, и при переходе к хранению (R=S=0) триггер может устанавливаться в любое состояние. Поэтому такая комбинация входных сигналов запрещена.

Синхронизируемый однотактный RS-триггер приведен на рисунке 3.3.1.3. Такие RS-триггеры имеют два информационных входа R и S и вход синхронизации C. Кроме того, триггер может иметь несинхронизируемые входы R и S. В этом случае функционирование триггера осуществляется либо под воздействием несинхронизируемых входов при С=0, либо под воздействием синхронизируемых входов. В последнем случае на несинхронизируемых входах должны присутствовать сигналы, которые не влияют на состояние схемы. На рисунке 3.3.1.4 приведена временная диаграмма иллюстрирующая работу синхронного однотактного RS-триггера. 

Рисунок 3.3.1.3 - Схема синхронного RS-триггера

Рисунок 3.3.1.4 - Диаграмма работы синхронного RS-триггера

Таблица 3.3.1.2 определяет переходы RS-триггера  для синхронизируемых входов R и S. Работа в соответствии с данной таблицей осуществляется при сигнале несинхронизируемого входа R=1 и при С=1.

R

S

Q

Примечание

1

1

Q

Хранение

1

0

1

Установка 1

0

1

0

Установка 0

0

0

-

Запрещено

Таблица 3.3.1.2 - Таблица переходов для однотактного RS-триггера

Входная информация заносится в синхронизируемый однотактный RS-триггер через элементы входной логики 1 и 2 в момент поступления сигнала синхронизации С. В отсутствие сигнала синхронизации триггер может быть установлен в состоянии 0 путем подачи на несинхронизируемые вход R сигнала R=0.

Двухтактный RS-триггер. Устойчивая работа однотактных RS- триггеров в схеме с передачей информации между триггерами возможно только в случае, если занесение в триггер информации осуществляется после завершения передачи информации о прежнем его состоянии в другой триггер (см. рисунок 3.3.1.5). Это достаточно просто обеспечивается при использовании двух серий находящихся в противофазе синхросигналов. Таблица 3.3.1.3 задает закон функционирования такого двухтактного триггера. Этот тирггер изменяет свои состояния только после окончания действия сигнала синхронизации С=1 (переход в режим хранения информации). Поэтому из двухтактных триггеров можно строить произвольные схемы, в том числе подавать сигналы с выхода триггера на его вход.

R

S

Q

Примечание

0

0

Q

Хранение

1

0

0

Установка 0

0

1

1

Установка1

1

1

-

Запрещено

Таблица 3.3.1.3 - Таблица переходов для двухтактного RS-триггера

Такой принцип обмена информации реализован в двухтактных RS- триггерах.

Рисунок 3.3.1.5 - Схема двухтактного RS-триггера

Простейшая схема двухвходного двухтактного RS-триггера показана на рисунке 3.3.1.5, она состоит из двух однотактных RS-триггеров и инвектора в цепи синхронизации. При поступлении на вход RS-триггера сигнала C=1 входная информация заносится в первый однотактный RS- триггер, а второй при этом будет хранит информацию, относящуюся к предыдущему периоду представления. По окончании действия сигнала синхронизации, когда С=0, а С^=1, первый RS- триггер перейдет в режим хранения, а второй примет то же состояние, что и первый. В результате к следующему такту на входе двухтактного RS- триггера появится сигнал нового состояния. На рисунке 3.3.1.6, приведена временная диаграмма иллюстрирующая работу двухтактного RS-триггера.

Рисунок 3.3.1.6 - Диаграмма работы двухтактного RS-триггера

Проектирование схем в Electronics Workbench

При проектировании схем в Electronics Workbench использовались элементы панели инструментов "Digital" и соответствующие функциональные элементы : Or, Nor, And, Nand.

Рисунок 3.3.1.7 - Панель инструментов "Digital"

Триггер типа D (от слова delay – задержка) принимает информацию по одному входу и реализует функцию временной задержки. D-триггер имеет только режимы установки 1 и 0. В связи с этим несинхронизируемый D-триггер не применяется, т.к. его выход будет просто повторять входной сигнал. Синхронизируемы однотактный D-триггер задерживает рапространение входного сигнала на время паузы между синхросигналами (задержка на полпериода). Для задержки на период (на один такт) используется двухтактный D-триггер.

Inputs

Outputs

D

C

S

R

Q

Q^

X

X

1

0

0

1

X

X

0

1

1

0

X

X

0

0

1

0

X

0

1

1

Q'

QB'

X

1

1

1

Q'

QB'

0

RE

1

1

0

1

1

RE

1

1

1

0

Таблица 3.3.1.4 - Таблица истинности D-триггера

Рисунок 3.3.1.8 - Условное обозначение D-триггера

Параметры синхронного D- триггера:

D - информационный вход триггера
C - синхронизирующий вход
S - установка 1
R - установка 0
Q - информационный выход
Q^ - инверсный информационный выход
Параметры S и R служат для задания начальных условий

Триггер типа JK - универсален, с раздельной установкой нулевого и единичного состояния, в зависимости от соединения его входов он может работать как RS, T, D триггера. В отличие от триггера типа RS в нем не запрещена одновременная подача сигналов на оба входа. Входы J и K эквивалентны входам S и R установки триггера соответственно в состояния “1” и “0”.При объединении входов J и K и при подаче на них счетных импульсов.Вход J при раздельном использовании входов играет роль входа установки в единицу, а вход K - роль входа установки в нуль.

Рисунок 3.3.1.9 - Условное обозначение JK-триггера

Параметры синхронного JK-триггера:

C - синхронизирующий вход
J и K - информационные входы триггера
S
- установка 1
R - установка 0
Q - информационный выход
Q^ - инверсный информационный выход
Параметры S и R служат для задания начальных условий (см. таблицу 3.3.1.5)

Inputs

Outputs

J

K

C

S

R

Q

Q^

X

X

X

1

0

0

1

X

X

X

0

1

1

0

X

X

X

0

0

1

0

X

X

0

1

1

Q'

QB'

X

X

1

1

1

Q'

QB'

0

0

FE

1

1

Q'

QB'

0

1

FE

1

1

0

1

1

0

FE

1

1

1

0

1

1

FE

1

1

QB'

Q'

Таблица 3.3.1.5 - Таблица истинности синхронного JK-триггера

Триггер типа T называется триггером со счетным входом (или счетным триггером). Он изменяет свое состояние на противоположное каждый раз, когда на его вход приходит очередной сигнал. Обозначение триггера пришло от первой буквы анг.слова toggle-защелка.

Т.к. в Electronics Workbench не приводится T-триггер его можно получить объединив информационные входы JK-триггера.

Задание:

 

  1. Используя пакет Electronics Workbench спроектировать схемы RS, D, JK, T-триггеров на основе элементов, используя для составления схемы таблицу истинности и проанализировать работы триггеров.
  2. Составить отчет о выполнении лабораторной работы в MS Word. В отчет включить:
    - схемы триггеров;
    - временные диаграммы работы триггеров.

Задания выполняются соответственно по вариантам:

 

  1. Схема двухтактного RS-триггера на базе элементов ИЛИ-НЕ;
  2. Схема двухтактного RS-триггера с использованием микросхемы приведенной Electronics Workbench;
  3. Схема D -триггера с использованием микросхемы приведенной в Electronics Workbench;
  4. Схема JK-триггера с использованием микросхемы приведенной в Electronics Workbench;
  5. Схема T-триггера с использованием микросхемы приведенной в Electronics Workbench.

Примечание: Для построения и анализа работы T, D и JK триггеров используйте их условные обозначения.

 

Electronics Workbench
копія інформації  з сайту