Исследование триггеров

Изучение принципов построения триггеров. Исследование RS-триггеров, D-триггеров, T-триггеров, JK-триггеров. Взаимные преобразования триггеров. Экспериментальная проверка функционирования триггера

2014-08-26

38.68 KB

55 чел.


Поделитесь работой в социальных сетях

Если эта работа Вам не подошла внизу страницы есть список похожих работ. Так же Вы можете воспользоваться кнопкой поиск


Лабораторная работа № 2

Исследование триггеров

1  Цель работы

Изучение принципов построения триггеров. Исследование RS-триггеров, D-триггеров, T-триггеров, JK-триггеров. Взаимные преобразования триггеров. Экспериментальная проверка функционирования триггера.

2  Общие сведения

Триггеры (рис. 2.1) представляют собой простейшие конечные автоматы, имеющие два устойчивых состояния, и переходящие из одного состояния в другое под действием входных сигналов.

 

Рисунок 2.1. Триггер

Триггеры обладают двумя выходами, с которых снимаются взаимно инверсные выходные сигналы . Эти сигналы однозначно соответствуют нахождению триггера в одном из двух устойчивых состояний, поэтому триггер является автоматом Мура. Как и все конечные автоматы, триггеры могут быть синхронными и асинхронными. Импульсы, поступающие на вход синхронизации C, определяют момент записи в триггер входной информации с информационных входов Xc1 и Xc6. Относительно этих входов триггер является синхронным.

В то же время триггер может иметь входы асинхронной установки S и R, активные уровни сигналов на которых сразу переводят триггер в соответствующее состояние, независимо от сигнала синхронизации и сигналов на входах Xc1 и Xc6.

В зависимости от наборов входных сигналов и от способа функционирования различают RS-триггеры, D-триггеры, T-триггеры и JK-триггеры.

RS-триггер является наиболее простым по структуре. Помимо самостоятельного применения, этот триггер входит в качестве составного узла в структуры триггеров других типов. Его условные обозначения и схемы реализации приведены на рис. 6.2.

RS-триггер имеет два асинхронных входа: вход S (Set - установка) служит для установки триггера в состояние Q=1, вход R (Reset - сброс) - для установки триггера в состояние Q=0. Структура триггера представляет собой два усилителя-инвертора со входной логикой, соединенных последовательно и охваченных общей петлей положительной обратной связи. При реализации триггера на элементах ИЛИ-НЕ он имеет активные уровни входных сигналов высокие (рисунок 2.2, а), а при использовании элементов И-НЕ активные уровни входных сигналов - низкие (рисунок 2.2, б). Триггер имеет запрещенную комбинацию входных сигналов: одновременно входные сигналы R и S не могут иметь активных уровней. Логические свойства триггера отражаются таблицей переходов (табл. 2.1), в которой показаны значения выходного сигнала триггера  на (k+1)-м такте работы в зависимости  от значений входных сигналов и состояния  на k-м такте. В этой же таблице приведены и функции переходов триггеров.

a)                                                                        б)

а) триггер с прямыми входами

б) триггер с инверсными входами

Рисунок 2.2 - RS-триггеры

Таблица 2.1 - Таблица переходов RS-триггера

Вход S

Вход R

RS-триггер с

прямыми входами

RS-триггер с

инверсными входами

0

0

запрещенная комбинация

0

1

0

1

1

0

1

0

1

1

запрещенная комбинация

Функция переходов

Если каждый логический элемент в схеме триггера обладает задержкой , то полное время переключения RS-триггера .

Синхронный RS-триггер, или RSC-триггер, имеет тактовый вход C и устанавливается в новое состояние в соответствии с сигналами S и R, но только при С=1. При C=0 триггер сохраняет текущее состояние. Одновременно активные уровни сигналов на входах S и R допускаются только при C=0. Условное обозначение и схема синхронного RS-триггера, построенного на элементах И-НЕ, приведены на рис. 2.3. Логические элементы DD3 и DD4 образуют асинхронный RS-триггер, который управляется входными сигналами A и В. Эти сигналы формируются логическими элементами DD1 и DD2 из входных сигналов триггера S и R и сигнала синхронизации С. Пока С=0, сигналы А и B имеют неактивные уровни (логические единицы). Только при C=1 сигналы А и В принимают активные уровни и устанавливают RS-триггер в состояние, соответствующее входным сигналам S и R.

а) условное обозначение

б) схема триггера

Рисунок 2.3 - Синхронный RS-триггер

 

Функция переходов RSC-триггера получается из функции переходов RS-триггера после подстановки значений переменных A и B:

.                                 (2.1)

 

Полное время переключения RSC-триггера .

D-триггеры обычно выполняются синхронными и имеют, кроме входа синхронизации C, один информационный вход D. При C=1 триггер устанавливается в состояние, соответствующее сигналу на входе D, а при С=0 триггер сохраняет текущее состояние. Таблица переходов D-триггера представлена в табл. 2.2.

Таблица 2.2 – Переходы D-триггера

C

0

1

D

Функция переходов D-триггера получается из функции переходов RSC-триггера, если в ней положить . Тогда

.    (2.2)

После минимизации этого выражения, например, с помощью карты Карно, можно получить окончательно

.                                            (2.3)

Условное обозначение D-триггера и схема его реализации приведены на рис. 2.4.

 

 

Рисунок 2.4 - Условное обозначение и схема D-триггера

 

D-триггеры часто выполняются двухтактными, состоящими из двух RS-триггеров - основного и вспомогательного. Условное обозначение такого триггера и его схема приведены на рис. 2.5.

Рисунок 2.5 - Условное обозначение и схема двухтактного D-триггера

Двухтактный D-триггер состоит из двух синхронных RS-триггеров RS1 и RS2. Запись информации в триггер RS1 разрешается входным сигналом синхронизации C, а в триггер RS2 - инвертированным сигналом синхронизации. При действии тактового импульса C=1 информация со входа D записывается в основной триггер RS1. При этом вспомогательный триггер RS2 заблокирован. При C=0 информация из RS1 переписывается в RS2 и появляется на выходах схемы, а входы RS1 в это время закрыты.

Отличительной чертой двухтактных триггеров является то, что триггер изменяет  состояние своих выходных сигналов при изменении сигнала на входе синхронизации в определенном направлении: из «0» в «1» или из «1» в «0». В первом случае триггер имеет прямой динамический вход синхронизации, во втором - инверсный. Если динамический вход является прямым, то запись информации в основной триггер RS1 происходит по перепаду сигнала синхронизации из «1» в «0», а запись во вспомогательный триггер RS2 с одновременным установлением новых значений выходных сигналов - по перепаду сигнала синхронизации из «0» в «1». Графики переключений основного и вспомогательного триггеров для прямого и инверсного динамических входов приведены соответственно на рис. 2.6, а, б.

Рисунок 2.6. Графики переключений основного и вспомогательного триггеров для прямого (а) и инверсного (б) динамических входов

В двухтактных триггeрах полное время переключения .

JK-триггер имеет два информационных входа J и K. Он подобен RS-триггеру, но в нем исключена запрещенная комбинация входных сигналов. При одновременно активных уровнях сигналов на обоих входах JK-триггер, в отличие от RS-триггера, переходит в состояние, инверсное предыдущему. Таблица переходов JK-триггера представлены в табл. 2.3.

                                    Таблица 2.3 – Переходы JK-триггера              

J

K

0

0

0

1

0

1

0

1

1

1

Из таблицы переходов можно получить выражение для функции переходов JK-триггера:

                    (2.4)

JK-триггер получается из RS-триггера введением обратных связей. В функции переходов RS-триггера (табл. 2.1) сделаем подстановки:

                                          (2.5)

Тогда

                       (2.6)

 

Полученное выражение в точности соответствует функции переходов JK-триггера. Формулы подстановок (2.5) при этом показывают способ реализации JK-триггера.

JK-триггеры обычно реализуются синхронными двухтактными, т.е. на двух RS-триггерах. Условное обозначение и схема JK-триггера приведены на рис.  2.7.

 

Рисунок 2.7- Условное обозначение и схема JK-триггера

Входные логические элементы И-НЕ закрываются сигналами обратных связей с выходов триггера, поэтому они работают поочередно и комбинация входных сигналов J=K=1 уже не является недопустимой. Как и в случае с двухтактным D-триггером, вход синхронизации C является динамическим, а полное время переключения триггера составляет величину .

T-триггер имеет один информационный вход Т. Каждый раз, когда на этот вход поступает уровень логической единицы, триггер переключается в состояние, противоположное предыдущему. По логике работы Т-триггер может быть только синхронным, с динамическим входом синхронизации. Таблица переходов Т-триггера представлена в табл. 2.4.

Таблица 2.4 – Переходы T-триггера

Т

0

1

Функция переходов Т-триггера имеет вид:

.                                         (2.7)

Т-триггер может быть легко получен из D- и JK-триггеров. Условное обозначение Т-триггера и схемы его реализации приведены на рис. 2.8.


Рисунок 2.8 - Схемы реализации Т-триггера

Схема преобразования D-триггера в Т-триггер основана на том, что функция переходов синхронного D-триггера при подстановке  превращается в функцию переходов T-триггера:

.                          (2.8)

JK-триггер при подаче на оба входа J и K логической единицы будет изменять свое состояние на противоположное по каждому тактовому импульсу, т.е. превратится в Т-триггер.

Все рассмотренные выше типы триггеров могут иметь дополнительные входы асинхронной установки в состояние 1 (вход S) и сброса в состояние 0 (вход R).

3  Программа работы

3.1. С помощью пакета моделирования электронных схем Multisim 10 реализовать схему RS-триггера на элементах И-НЕ. На входы триггера подать сигналы от двух младших разрядов генератора слов. Частоту генерации слов подобрать таким образом, чтобы смена кодовых комбинаций происходила примерно 1 раз в секунду в реальном времени. К входам и выходам триггера подключить компоненты индикации (пробники). Входные и выходные сигналы подать также на логический анализатор. Задавая все возможные комбинации входных сигналов (в том числе и запрещенную комбинацию) при разных исходных состояниях триггера, составить его полную таблицу переходов. Сохранить временные диаграммы для входных и выходных сигналов триггера. Сохранить схему в файле.

3.2. Реализовать схему синхронного RSC-триггера. Для этого использовать цифровую микросхему RS-триггера и добавить необходимые логические компоненты, чтобы в итоге на рабочем поле был представлен RSC-триггер. На вход синхронизации RSC-триггера подать синхроимпульсы от младшего разряда генератора слов, на входы R и S – сигналы со следующих старших разрядов генератора слов. К входам и выходам триггера подключить компоненты индикации (пробники). Задавая все возможные комбинации входных сигналов, исследовать работоспособность триггера. Составить полную таблицу переходов RSC-триггера. Сохранить временные диаграммы для входных и выходных сигналов триггера. Сохранить схему в файле.

3.3. Преобразовать собранный в п. 3.2 триггер в двухтактный RSC-триггер, исследовать его работоспособность. Сохранить временные диаграммы для входных сигналов триггера и выходных сигналов первой и второй ступеней. Сохранить схему в файле.

3.4. Преобразовать полученный триггер в п. 3.3 двухтактный RSC-триггер в D-триггер. На его вход D подать сигнал от второго разряда генератора слов. Задавая все возможные комбинации входных сигналов, исследовать работоспособность триггера. Составить полную таблицу переходов D-триггера. Сохранить временные диаграммы для входных и выходных сигналов триггера. Сохранить схему в файле.

3.5. Исходный двухтактный RSC-триггер, полученный в п. 3.3, преобразовать в двухтактный JK-триггер. Подать на его входы сигналы от генератора слов аналогично тому, как они подавались в п. 3.3. Задавая все возможные комбинации входных сигналов, исследовать работоспособность триггера. Составить полную таблицу переходов JK-триггера. Сохранить временные диаграммы для входных и выходных сигналов триггера. Сохранить схему в файле.

3.6. Реализовать схемы T-триггеров на основе цифровых микросхем D- и JK-триггеров в соответствии с рис. 2.8. Подать на их входы сигнал от младшего разряда генератора слов. Убедиться в работоспособности триггеров. Составить полную таблицу переходов T-триггера. Сохранить временные диаграммы для входных и выходных сигналов триггеров. Сохранить схему в файле.

4 Требования к отчету по лабораторной работе

 

Отчет по лабораторной работе должен содержать:

  •  краткие теоретические сведения;
  •  формулировку задания на лабораторную работу;
  •  принципиальные схемы исследуемых триггеров;
  •  изображения схем моделирования триггеров;
  •  изображения временных диаграмм, полученных в результате моделирования триггеров;
  •  полные таблицы переходов триггеров;
  •  выводы по лабораторной работе.

 

5  Вопросы для подготовки

  1.  Какие цифровые устройства называются триггерами?
    1.  Какие триггеры называются синхронными и какие асинхронными?
    2.  В чем состоят отличия синхронного RS-триггера от асинхронного?
    3.  По каким схемам строятся RS-триггеры?
    4.  Почему RS-триггеры имеют запрещенную комбинацию входных сигналов?
    5.  Почему JK-триггеры не имеют запрещенной комбинации входных сигналов?
    6.  Как можно преобразовать D- и JK-триггеры в Т-триггер?
    7.  Почему в двухтактных триггерах синхронизация является динамической?

Рекомендуемая литература [1 – 5].


T

Xc21

Xc1

C

R

S

Q

_

Q

S

R

Q

S

S

R

Q

S

R

_

Q

_

Q

T

S

R

Q

Q

_

Q

_

Q

1

 1

&

 &

A

DD3

DD1

S

DD2

DD4

б)

а)

C

R

B

T

S

C

R

Q

_

Q

Q

_

Q

 &

 &

 &

 &

D

Q

Q

T

_

Q

_

Q

D

C

C

&

&

 &

 &

 1

Q

_

Q

TT

D

C

Q1

Q2

__

Q2

D

C

&

 &

 1

T

S

R

 &

&

T

S

R

1

RS2

RS1

D

t

C

t

Q1

t

Q2

t

б)

а)

D

t

C

t

Q1

t

Q2

t

Q

_

Q

TT

J

K

C

Q1

Q2

__

Q2

J

C

K

&

 &

T

S

R

 &

&

T

S

R

1

RS2

RS1

TT

J

Q

Q

TT

D

1

T

C

K

_

Q

_

Q

C

T



 

Другие похожие работы, которые могут вас заинтересовать.
6470. Триггеры. Понятие о триггере и классификация триггеров 594.7 KB
  Их выходные сигналы зависят не только от текущих значений входных сигналов но и от состояния триггера в предыдущий момент времени. Обобщенная структура триггера показана на рис. – Обобщенная структура триггера Триггер обязательно содержит обратные связи. Состояние триггера определяется по сигналу: когда – говорят что триггер находится в единичном состоянии.
5873. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ 25.61 KB
  Предметом изучения являются характеристики потребителей определяющие их поведение при выборе товара. Результатами данных исследований могут быть типологии потребителей выделение их типов классов групп прогнозы изменений емкости и доли рынка что позволит предприятию рационально осуществить сегментацию рынка определить целевые сегменты и разработать инструменты для позиционирования своего товара. При этом рассматривается влияние на поведение покупателя таких факторов как уровень его дохода цена товара его эксплуатационные свойства...
5916. Исследование качества САУ 87.25 KB
  Анализ САУ установление выявление влияния структуры системы и ее параметров начальных условий и входных воздействий на показатели качества процесса управления. Ошибка отработки системой входного воздействия – мера динамической точности системы; количественный показатель качества регулирования функция образованная разностью между фактическим процессом на выходе исследуемой системы и требуемым желаемым эталонным видом выходной функции. Приоритетными в системах стабилизации являются свойства системы в установившихся режимах...
13764. Исследование проблем одиночества 47.87 KB
  Проблема одиночества всегда волновала человечество, занимая умы философов, писателей, ученых. В последнее время проблеме одиночества посвящаются все новые и новые работы, исследующие причины возникновения одиночества
3252. Исследование конкурентов ИП «Курбанова Л.В.» 745.09 KB
  В данной работе рассматривается маркетинговое исследование конкурентов структурного подразделения ИП «Курбанова Л.В.». Оно заключается в том, чтобы получить необходимые данные для обеспечения преимущества на рынке и минимизации риска в процессе принятие управленческих решений.
19983. Исследование точности станков с ЧПУ 20.83 KB
  Общие сведения о станках с ЧПУ. Конструктивные особенности станков с ЧПУ Точность и качество обработки на станках с ЧПУ. Станки с ЧПУ должны обеспечивать высокие точность и скорость отработки перемещений заданных УП а также сохранить эту точность в заданных пределах при длительной эксплуатации.
3878. ИССЛЕДОВАНИЕ АЧХ И ФЧХ ПРОСТЕЙШИХ ЦЕПЕЙ 31.03 KB
  Приведите определения частотного коэффициента передачи амплитудно-частотной и фазовой характеристик четырехполюсной цепи. Что такое диаграмма Найквиста Дайте определение характеристических сопротивлений четырехполюсной цепи и как их определить практически. Как определяется полоса пропускания четырехполюсной цепи Для каких цепей существует взаимосвязь между АЧХ и ФЧХ Приведите обоснование. Как расчетным путем на переменном токе можно получить АЧХ и ФЧХ цепи между двумя произвольными парами зажимов цепи.
13646. Исследование электромагнитных механизмов 13.5 KB
  Цель работы - экспериментальное исследование статической тяговой характеристики электромагнита при работе его на постоянном и переменном токе и изучение способов электромагнитного форсирования и замедление электромагнита постоянного тока.
17227. Исследование систем управления 2.12 MB
  Вопросы теории и практики управления финансовой устойчивостью мало изучены, а имеющиеся разработки в современной экономической литературе посвящены в основном совершенствованию методологии и методики проведения анализа финансовой устойчивости на основе подходов зарубежного финансового менеджмента и мало учитывают особенности переходного этапа российской экономики
426. ИССЛЕДОВАНИЕ ЗВУКОИЗОЛЯЦИИ И ЗВУКОПОГЛОЩЕНИЯ 50.71 KB
  Лабораторная работа Исследование звукоизоляции и звукопоглощения Цель работы ознакомить студентов с теорией производственных шумов физической сущностью и инженерным расчетом звукоизоляции с прибором для измерения шума нормативными требованиями к производственным шумам. Оценить эффективность мероприятий по снижению шума средствами звукоизоляции и звукопоглощения. Звуковая мощность является основной характеристикой любого источника шума. Нормативным документом регламентирующим уровни шума для различных категорий рабочих мест является...
© "REFLEADER" http://refleader.ru/
Все права на сайт и размещенные работы
защищены законом об авторском праве.