3954

Алгоритми роботи, функції переходів та збудження основних типів тригерів

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Тема: тригери. Мета: дослідити структуру, алгоритми роботи, функції переходів та збудження основних типів тригерів. Теоретичні відомості Тригером називається послідовний цифровий пристрій, що має два стійкі стани, які встанов...

Украинкский

2012-11-10

362.95 KB

41 чел.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 11

Тема: тригери.

Мета: дослідити структуру, алгоритми роботи, функції переходів та

збудження основних типів тригерів.

Теоретичні відомості

Тригером називається послідовний цифровий пристрій, що має два стійкі

стани, які встановлюються при подачі відповідної двійкової комбінації сигналів

на керуючі входи і зберігаються впродовж заданого часу після припинення дії

цих сигналів. Тригери знаходять широке використання у пристроях електронної

автоматики, а також входять до складу більш складних тригерних схем,

модулів пам’яті, мікроконтролерів тощо.

RS-тригер. Найпростішим з тригерів є нетактований (асинхронний) RSтригер, який має два входи (S, R) і два виходи – основний (прямий) Q та

інверсний Q'. Стан тригера визначається сигналом на прямому виході. Вхід S

називається входом установки (від англ. set – установка); вхід R – входом скиду

(reset – скид). При подачі керуючого сигналу на вхід S на прямому вході

встановлюється сигнал високого рівня або цей рівень підтверджується, якщо

вона там була. При подачі керуючого сигналу на вхід R на прямому вході

з’являється сигнал низького рівня (тригер скидається); якщо тригер вже був

скинутий, то скидання підтверджується. Одночасна подача керуючих сигналів

на обидва входи S і R заборонена. За відсутності керуючих сигналів стан

тригера змінюватись не може, і тригер перебуває в режимі збереження

інформації. Залежно від типу логічних елементів, на яких зібраний RS-тригер,

керуючими сигналами можуть виступати як логічна 1, так і логічний 0.

У пакеті EWB тригерні схеми представлені у бібліотеці Digital

(рисунок 11.1).

3

2

1

Рисунок 11.1 – Елементна база тригерів у Electorics Workbench:

1 – RS-тригер; 2 – JK-тригери; 3 – D-тригери

1


На рисунку. 11.2, а представлена схема для дослідження RS-тригера, який

зібраний на базі логічних елементів АБО-НІ і керується високим рівнем

сигналу. На рис. 11.2, б показана схема для вивчення RS-тригера, виконаного в

елементному базисі І-НІ і керованого низьким рівнем сигналу (така схема

отримала назву R S -тригера; для такого тригера забороненою є комбінація

вхідних сигналів S = 0; R = 0, а комбінація S = 1; R = 1 не змінює його

попереднього стану).

а)

б)

Рисунок 11.2 – Схем RS-тригера

Умову переходів тригера із одного стану в інший можна описати

табличним, аналітичним чи графічним способом. Табличний опис роботи RSтригера – це таблиця переходів 11.1 та таблиця функцій збудження 11.2.

Таблиця 11.1 – Таблиця переходів

RS-тригера

R S Qt+1

0 0 Qt

0 1

1

1 0

0

1 1

Таблиця 11.2 – Таблиця функцій

збудження RS-тригера

Qt Qt+1 R

S

0

0

х

0

0

1

0

1

1

0

1

0

1

1

0

х

У таблицях використані наступні позначення: Qt – попереднє значення

виходу; Qt+1 – новий стан, який встановлюється після переходу; х – довільне

значення сигналу (0 або 1); «–» – невизначений стан виходу.

Аналітичний опис (характеристичне рівняння) можна отримати із

таблиць 11.1 та 11.2, застосувавши правила алгебри логіки:

Qt 1  RS  RQt  RS  Qt  .

2


Залежність Qt+1 від Qt характеризує властивість запам’ятовування

попереднього стану. Опис роботи RS-тригера можна проводити за допомогою

графу (графічним способом).

R=0, S=1

R=1, S=0

R=0, S=0

Q=0

Q=1

R=0, S=0

R=0, S=1

R=1, S=0

Рисунок 11.3 – Граф станів RS-тригера

На входи логічного елемента або пристрою сигнали не завжди надходять

одночасно, оскільки перед цим вони можуть проходити через різну кількість

інших мікросхем, які, до того ж, характеризуються різними часовими

затримками проходження сигналу від входу на вихід. Таке явище називають

змаганнями або гонками сигналів. Гонки призводять до того, що впродовж

деякого часу в схемах виникають непередбачені ситуації, які можуть привести

до хибних спрацьовувань елемента (пристрою). Появи гонок можна позбутися

за допомогою часового стробування, коли на елемент, окрім інформаційних

сигналів, подаються тактові (синхронізуючі) імпульси, до моменту приходу

яких інформаційні сигнали завідомо встигають установитися на входах.

RS-тригери також можуть виготовлятися синхронізованими (такі тригери

іноді називають RSC-тригерами). У цьому випадку, окрім двох інформаційних

входів S і R, тригер оснащується додатковим входом С, який називають

тактовим або синхронізуючим. Сигнали на входах S і R лише здійснюють

підготовку тригера до потрібного перемикання, а безпосереднє перемикання

відбувається лише у момент подачі синхронізуючого імпульсу С. Схема такого

тригера показана на рисунку. 11.3. Синхронізація тригера організується з

використанням двох додаткових логічних елементів І-НІ DD1.1 і DD1.2. На

двох основних елементах І-НІ DD1.3 і DD1.4 зібраний асинхронний RS-тригер з

інверсним керуванням.

3


Рисунок 11.3 – Схем RS-тригера з синхронізуючим входом

Модель синхронізованого RS-тригера у стандартній бібліотеці EWB

відсутня. Але, зважаючи на те, що тригерні схеми будуються на основі

елементів логіки, її можна створити власноруч. Для цього, побудувавши схему

внутрішньої структури синхронізованого RS-тригера, як показано на

рисунку 11.4, а, потрібно виділити усі його компоненти і внести її всередину

блоку (підсхеми). Слід пам’ятати, що частина схеми, яка виділяється, має бути

розташована таким чином, щоб до неї не потрапили провідники і компоненти,

котрі до неї не відносяться. Після виділення фрагменту схеми треба або

скористатися кнопкою

(Create Subcircuit) на панелі інструментів, або

вибрати пункт меню Circuit >> Create Subcircuit…, або натиснути комбінацію

клавіш Ctrl + B. На екрані з’явиться діалогове вікно (рисунок 11.4, б), у поле

Name якого необхідно внести назву створюваного блоку, після чого можливі

наступні варіанти:

Copy from Circuit – виділений фрагмент схеми копіюється з указаною

назвою в бібліотеку Favorites, яка є доступною через кнопку

, без внесення

змін до основної схеми;

Move from Circuit – виділений фрагмент схема зникає з основної схеми

і у вигляді підсхеми з привласненою їй назвою з’являється в бібліотеці

Favorites;

Replace in Circuit – виділений фрагмент схеми замінюється на основній

схемі підсхемою з привласненою їй назвою і одночасно копіюється в бібліотеку

Favorites;

Cancel – відмінити дію.

4


Для перегляду чи редагування підсхеми необхідно двічі натиснути ліву

клавішу миші на її позначці. Редагування підсхеми здійснюється на основі

загальних принципів редагування схеми в пакеті EWB. При створенні виводів

підсхеми необхідно з потрібної точки за допомогою курсору миші протягнути

провідник до краю вікна підсхеми до появи незафарбованої прямокутної

контактної площадки. Для видалення виводу необхідно курсором миші винести

прямокутну площадку за межі вікна підсхеми.

На рисунку 11.4, в приведене зображення створеної підсхеми, що містить у

собі схему синхронізованого RS-тригера. Підсхему можна використовувати

тільки у межах файлу, в якому вона створена.

б)

а)

в)

Рисунок 11.4 – Синхронний RS-тригер, створений у EWB

Створення і використання підсхем надає можливість значно спрощувати

зовнішній вигляд схеми, яка збирається в EWB, для її більш наочного

представлення і узагальнення і часто використовуватиметься у подальших

лабораторних роботах.

JK-тригер. Для JK-тригера (рисунок. 11.1, позиція 2) входи J, K –

інформаційні; вхід, позначений трикутником – тактовий; вхід S – асинхронна

установка тригера в одиничний стан незалежно від стану сигналів на входах

(функціонально аналогічний входу S RS-тригера); вхід R – асинхронна

установка тригера в нульовий стан незалежно від вхідних сигналів

(функціонально аналогічний входу R RS-тригера). Наявність кружечків на

зображеннях виводів означає, що активними є сигнали низького рівня, а для

тактового входу показує, що перемикання тригера відбувається не за переднім,

а за заднім фронтом тактового імпульсу (його зрізом). Вхід J (Jerk) за своїм

призначенням аналогічний входу S RS-тригера – він встановлює тригер в

одиничний стан. Вхід K (Kill) скидає тригер у нуль, за аналогією з входом R

RS-тригера. Відмінність JK-тригера від RS-тригера полягає в тому, що він не

5


має заборонених комбінацій вхідних сигналів, а при одночасній подачі

керуючих сигналів на обидва входи перемикається у протилежний стан. Будьякі перемикання JK-тригера відбувається лише при подачі тактового імпульсу

на синхровхід С.

Таблиця 11.3 – Таблиця переходів

JK-тригера

J K Qt+1

0 0 Qt

0 1

1

1 0

0

1 1 Qt

Таблиця 11.4 – Таблиця функцій

збудження JK-тригера

Qt Qt+1

J

K

0

0

х

0

0

1

0

1

1

0

1

0

1

1

0

х

Характеристичне рівняння JK-тригера має вигляд:

Qt 1  J t Qt  K t Qt .

D-тригер. D-тригером називають синхронний тригер, який має вхід даних

D і тактовий вхід С (рисунок. 11.1, позиція 3). Інші назви D-тригера – тригер

затримки; прозорий фіксатор. При С = 1 D-тригер виступає повторювачем

вхідного сигналу (на виході Q повторюється потенціал входу D); при С = 0

тригер зберігає інформацію, яка надійшла по входу D при С = 1. Оскільки в Dтригери інформація поступає по одній лінії (на вхід D), то явище гонок не

виникає, тому такі тригери використовуються у швидкодіючих цифрових

пристроях.

Характеристичне рівняння D-тригера має вигляд:

Qt 1  Dt .

D-тригер можна отримати, доповнивши інвертором синхронізований RSтригер (рисунок 11.5). При С = 1 потенціал входу D передається на вхід S RSCтригера (S = D), а на вході R встановлюється потенціал R  D – сигнали на

входах стають взаємно інвертованими. Це приводить до того, що будь-який

сигнал на вході D створює на входах S і R комбінацію S = 1, R = 0 або S = 0,

R = 1, яка здатна перемкнути тригер у стан Q = S = D.

6


Рисунок 11.5 – Схема D-тригера

DV-тригери (рисунок 11.6), окрім входів D і С, мають ще один вхід – вхід

дозволу V (від англ. Valve – клапан), що дає можливість за необхідністю

вимикати тригер.

Рисунок 11.6 – Схема DV-тригера

Т-тригер (або лічильний тригер) характеризується тим, що він

перемикається у протилежний стан з надходженням кожного імпульсу на його

синхровхід, який в такому тригері називається лічильним входом. В

інтегральному виконанні Т-тригери не випускаються, оскільки можуть бути

легко отримані з інших типів тригерів.

Лічильний тригер можна реалізувати на базі JK-тригера (рисунок 11.7, а)

або D-тригера (рисунок 11.7, б), використовуючи алгоритми їх роботи. Перша

реалізація Т-тригера пояснюється тим, що одночасна подача керуючих сигналів

на обидва інформаційні входи J і K JK-тригера призводить до його перемикання

у протилежний стан при подачі кожного наступного синхроімпульсу на вхід С.

7


Друга пов’язана з тим, що, якщо після кожного перемикання забезпечувати

автоматичну зміну рівня потенціалу на вході D D-тригера, то з надходження

кожного тактового імпульсу на синхровхід С тригер змінюватиме свій стан;

вказана зміна потенціалу може здійснюватись, якщо вхід D з’єднати з

інверсним виходом Q .

а)

б)

Рисунок 11.7 – Схеми JK –тригера (а) та D-тригера (б)

TV-тригери (рисунок 11.8), окрім лічильного Т-входу, мають ще один

керуючий вхід V для забезпечення дозволу прийому інформації.

Рисунок 10.8 – Схема TV-тригера

Т-тригер здійснює операцію ділення частоти вхідних імпульсів на 2.

Пересвідчитись у цьому дозволяють схема і часові діаграми її роботи

(рисунок 11.9).

8


Рисунок 11.9 – Моделювання роботи Т-тригера

Двохступінчаті тригери. На рисунку 11.10, а представлена схема, що

складається з двох послідовно включених синхронних RS-тригерів, перший з

яких називається ведучим або М-тригером (від master – хазяїн), а другий –

веденим або S-тригером (від slave – раб). Завдяки загальній синхронізації вся

тригерна система функціонує як одне ціле і називається двохступінчатим або

MS-тригером. При появі на вході С сигналу лог. 1 тригер DD1.1 сприймає

інформацію на входах S і R, які визначають його стан. У цей час на вході C

тригера DD1.2 за рахунок інвертора присутній сигнал лог. 0, і інформація з

виходів DD1.1 не впливає на DD1.2. В момент припинення дії сигналу лог. 1 на

вході C (С = 0) на виході інвертора з’являється сигнал лог. 1, що дозволяє

перезапис даних з тригера DD1.1 в DD1.2. Тобто, в перший ступінь МS-тригера

інформація записується з входів S і R за фронтом тактового імпульсу, а стан

першого ступеня передається другому за його зрізом. Сказане відображає

важливу відмінність MS-тригера від тригера-фіксатора: MS-тригер, зібраний за

схемою (рисунок 11.10, а), є непрозорим по керуючих входах R і S ні при С = 0,

ані при С = 1. Кожний його ступінь сам по собі прозорий, але ці ступені

включені послідовно, і якась одна з них завжди опиняється закритою – або

синхросигналом, або його відсутністю. Таким чином, ніяка зміна сигналу на

керуючому вході не може сама по собі, без перемикання сигналу С, проникнути

на вихід; тригер може змінити стан виходу лише за спадом сигналу С. У

зарубіжній літературі непрозорі тригери називають flip-flop, на відміну від

прозорих D-тригерів, за якими закріпився термін latch.

9


а)

б)

Рисунок 11.10 – Двохступінчаті тригери

D-тригер також може бути виконаний двохступінчатим. При цьому його

перший ступінь представлятиме собою одноступінчатий D-тригер, а другий

може бути RSC-тригером (рисунок 11.10, б). Стан входу D передається

першому ступеню з надходженням тактового імпульсу, тобто за його переднім

фронтом; другий ступінь (тригер у цілому) приймає стан першого з закінченням

тактового імпульсу, тобто за його заднім фронтом.

Завдання до лабораторної роботи

Завдання 1. Дослідження RS- тригера.

Зібрати схему згідно з рисунком 11.11. Увімкнути схему. Послідовно

подати наступні сигнали: S=0, R=1; S=0, R=0; S=1, R=0; S=0, R=0.

Впевнитися в тому, що:

при S=0, R=1 тригер встановлюється в стан Q=0;

при переході до S=0, R=0 тригер зберігає попередній стан виходу Q=0;

при S=1, R=0 тригер встановлюється в стан Q=1;

10


при переході до S=0, R=0 тригер зберігає попередній стан виходу Q=1.

Для кожного переходу (зміна стану чи збереження попереднього)

намалювати граф переходів. За результатами експерименту заповнити таблицю

функцій збудження для схеми.

Рисунок 11.11 – Схема RS- тригера

Завдання 2. Дослідження R S -тригера.

Зібрати схему згідно з рисунком 11.12. Увімкнути схему. Послідовно

подати наступні сигнали: S=1, R=0; S=0,R=0; S=0,R=1; S=0, R=0.

Впевнитися в тому, що:

 при S=1, R=0 тригер встановлюється в стан Q=0;

 при переході до S=1, R=1 тригер зберігає попередній стан виходу Q=0;

 при S=0, R=1 тригер встановлюється в стан Q=1;

 при переході до S=1, R=1 тригер зберігає попередній стан виходу Q=1.

Для кожного переходу (зміна стану чи збереження попереднього)

намалювати граф переходів. За результатами експерименту заповнити таблицю

функцій збудження.

Рисунок 11.12 – Схема R S -тригера

11


Завдання 3. Дослідження JK- тригера.

Зібрати схему згідно з рисунком 11.13. Увімкнути схему. Послідовно

подати наступні сигнали: S=1, R=0; S=0,R=0; S=0,R=1; S=0, R=0.

Впевнитися в тому, що:

 при R=1, S=0 тригер встановлюється в стан 1 (Q=1, Q’=0) незалежно від

стану інших входів;

 при R=0, S=1 тригер встановлюється в стан 0 (Q=0, Q’=1) незалежно від

стану інших входів;

 встановити S’=R’=1, перевірте істинність таблиці функцій збудження.

Початковий стан тригера встановлювати короткочасною подачею сигналу

S’=0 для отримання Qt=1 і сигналу R’=0 для отримання Qt=0.

Перехід тригера в стан Qt+1 виконується тільки по від'ємному фронту

імпульсу на лічильниковому вході С, сформованому відповідним ключем.

Побудувати часові діаграми роботи тригера для всіх можливих комбінацій

Qt, Jt, Кt і замалювати їх в розділ «Результати експериментів».

Рисунок 11.13 – Схема JK-тригера

Завдання 4. Дослідження JK – тригера в режимі лічильника (Ттригер).

Зібрати схему згідно з рисунком 11.14. Увімкнути схему. Змінюючи стан

входу С відповідним ключем, замалювати діаграми тригера в лічильному

режимі.

12


Рисунок 11.14 – Схема JK – тригера в режимі лічильника (Т-тригер)

Завдання 5. Дослідження JK- тригера, побудованого на базі логічних

елементів і RS -тригерів.

Побудувати схему згідно рисунком 11.15. Увімкнути схему. Змінюючи

рівень сигналу на вході С, скласти часові діаграми сигналів на виходах Q1, Q2

по відношенню до моментів зміни сигналу С. Відобразити відмінність в час

перемикання RS тригерів на діаграмах.

Рисунок11.15 – Схема JK- тригера, побудованого на базі логічних

елементів і RS-тригерів

Завдання 6. Дослідження D- тригера.

Зібрати схему згідно з рисунком 11.16. Увімкнути схему. Впевнитись в

тому, що:

- при R=1, S=0 тригер встановлюється в стан 1 (Q=1, Q’=0) незалежно від

стану інших входів;

13


- при R=0, S=1 тригер встановлюється в стан 0 (Q=0, Q’=1) незалежно від

стану інших входів;

- встановити S’=R’=1, перевірте істинність таблиці функцій збудження.

Створити часові діаграми роботи тригера для всіх можливих комбінацій Qt,

Dt .

Рисунок 11.16 – Схема D- тригера

Завдання 7. Дослідження роботи D-тригера в лічильному режимі.

Зібрати схему згідно з рисунком 11.17. Подаючи на лічильний вхід С

тактові імпульси за допомогою ключа [С] і визначаючи стан виходів тригера за

допомогою пробників, побудувати часові діаграми роботи тригера в

лічильному режимі.

Рисунок 11.17 – Схема D-тригера в лічильному режимі

14


Контрольні питання

1. Які типи тригерів Вам відомі? Чим обумовлене їх різноманіття?

2. Які входи має RS-тригер? Сформулювати алгоритм його роботи.

3. У чому полягає різниця між RS-тригерами, виготовленими на основі

логічних елементів АБО-НІ та І-НІ?

4. Для чого використовується синхронізація? Що таке асинхронні та

синхронізовані тригери?

5. Які входи має JK-тригер? Сформулювати алгоритм його роботи.

6. Пояснити переваги JK-тригерів перед RS-тригерами. Які схемотехнічні

особливості JK-тригерів забезпечують ці переваги?

7. Які входи мають D- та DV-тригери? Сформулювати алгоритми роботи

цих пристроїв.

8. Які входи мають Т- та ТV-тригери? Сформулювати алгоритми роботи

цих пристроїв.

9. Пояснити, чому можливе взаємне перетворення тригерів.

10. Чим відрізняється робота RS тригера з прямими входами від роботи RS

тригера з інверсними входами?

11. Чому комбінація сигналів 11 на входах RS тригера називається

«забороненою»?

12. В чому відмінність таблиці преходів тригера від таблиці функцій

збудження?

13. Як властивість запам’ятовування відображається в характеристичних

рівняннях тригерів?

14. В чому принципова різниця роботи синхронних тригерів від

асинхронних?

15. Яка приоритетність інформаційних і установочних входів в

синхронних тригерах?

16. Чому JK тригер при J=K=1 не становиться автогенератором?

17. Чому Т-тригер називається лічильним? Яке число імпульсів він може

порахувати?

18. Як працює D-тригер, якщо D=Q?

15



 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

1925. Направленный синтез каротиноидов у дрожжей и перспектива их использования, 1.5 MB
  Каротиноидные пигменты - биологические функции и перспектива использования. Биостимуляторы, индукторы и координационные соединения металлов. Скрининг дрожжей, обладающих повышенной способностью к биосинтезу каротоноидных пигментов.
1926. Ансамбли сигналов и их характеристики 240.57 KB
  Диаграммы сигналов во всех точках системы передачи дискретных сообщений. Структурная схема систем передачи дискретных сообщений с применением частотной модуляции. Зависимости вероятности ошибочного приема от отношения сигнал-шум.
1927. Измерение GPS приемником в режиме статика и кинематика 240.54 KB
  Освоение методики работы на базовой и мобильной станциях в режимах статика и кинематика.
1928. Моніторинг радіаційної, хімічної та біологічної небезпек 251.62 KB
  Ознайомлення з приладами радіаційної, хімічної та біологічної небезпек. Зокрема з ВПХР, ДП-22В (ДП-24), ДП-5В. Дізнався їх будову, принцип дії, склад та порядок підготовки до використання.
1929. Вычисления в таблицах MS Excel 92.38 KB
  Изучить возможности применения формул для выполнения расчетов при представлении данных в табличном виде; приобрести опыт работы с мастером функций MS Excel.
1930. Определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли 233.1 KB
  Ознакомление с определением индукции магнитного поля Земли методом тангенс-гальванометра. Определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли.
1931. У природи нема поганої погоди 22.27 KB
  Виявити та узагальнити ознаки весни, літа, осені, зими в природі. Розширити та збагатити знання про пори року. Розвити естетичний смак. Формувати уміння розкрити красу кожної пори року. Виховувати любов до рідної природи, бажання оберігати її.
1932. Виховний захід: Я і природа 20.12 KB
  Формувати уміння встановлювати взаємозв'язок між природними об'єктами, підсумувати пізнавальні інтереси учнів, сприяти вихованню в них почуття прекрасного.
1933. Поликультурный мир 22.28 KB
  Дать элементарные представления о детях, которые отличаются от них по языковому, этническому, национальному или расовому признаку. Формирование толерантности детей. Формирование представления детей о взаимозависимости людей проживающих на планете.