Порядок выполнения работы

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».

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 Q^t+1 от Q^t 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.

Порядок выполнения работы

Задание 1. Исследование RS-триггера. Запустите программу Electronics Workbench. Разработайте схему по рис. 3. Включите схему. Последовательно подайте на входы схемы следующие комбинации сигналов: 1) R=1, S=0; 2) R=0, S=0; 3) R=0, S=1; 4) R=0, S=0. Для каждого перехода (изменения состояния или сохранения предыдущего) нарисуйте отдельный граф перехода. По результату эксперимента заполните таблицу 1.

рис.3. RS-триггер на элементах ИЛИ-НЕ

рис.4. RS-триггер на элементах И-НЕ

Таблица 1. Переходы RS-триггера на элементах ИЛИ-НЕ

Разработайте схему по рис. 4. Включите схему. Последовательно подайте на входы схемы следующие комбинации сигналов: 1) R=1, S=0; 2) R=1, S=1; 3) R=0, S=1; 4) R=1, S=1. Для каждого перехода (изменения состояния или сохранения предыдущего) нарисуйте отдельный граф перехода. По результату эксперимента заполните таблицу 2.

Таблица 2. Переходы RS-триггера на элементах И-НЕ

Задание 2. Исследование JK-триггера. Разработайте схему по рис. 5. Включите схему. Подавая различные сигналы на входы J, K, C, R, S, наблюдайте за состоянием выходов. По результатам эксперимента заполните таблицу 3.

Таблица 3. Назначение входов исследуемого JK-триггера

После заполнения таблицы установите S=R=0 и подавайте остальные входные сигналы по временной диаграмме, изображенной на рис. 6. Достройте временную диаграмму.

рис. 5. Схема исследования синхронного JK-триггера

Рис. 6. Временная диаграмма исследования синхронного JK-триггера

Задание 3. Исследование D-триггера. Разработайте схему по рис. 7. Включите схему. Подавая различные сигналы на входы D, C, R, S, наблюдайте за состоянием выходов. Затем, подавая входные сигналы по временной диаграмме на рис. 8, достройте временную диаграмму.

рис. 7. Схема исследования синхронного D-триггера

Рис. 8. Временная диаграмма исследования синхронного D-триггера

Задание 4. Исследование счетчика на D-триггерах. Откройте файл sch6_01.ewb (рис. 10). Включите схему. Подавая счетные импульсы (ключ С), наблюдайте состояние выходов при помощи логических пробников и семисегментного индикатора. Составьте временную диаграмму работы исследуемого счетчика (рис. 9). Обратите внимание на сигналы, формируемые инверсными выходами триггеров. Определите коэффициент счета счетчика.

Рис. 9. Временная диаграмма исследования счетчика

рис 10. Схема исследуемого счетчика

Задание 5. Синтезировать счетчик с параллельным переносом на указанном синхронном триггере по своему варианту (см. табл. 4).

Реализовать в программе Electronics Workbench синтезированный счетчик и проверить правильность его функционирования.

Таблица 4. Варианты заданий

Задание 6. Ответьте устно на контрольные вопросы.