Исследование работы триггеров в интегральном исполнении

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ТРИГГЕРОВ В ИНТЕГРАЛЬНОМ ИСПОЛНЕНИИ

1. Цель работы

Целью работы является исследование особенностей работы универсальных

триггеров в интегральном исполнении.

2. Основные теоретические положения

2.1. В настоящее время известно большое количество разных типов

триггеров, изготавливаемых в виде интегральных микросхем. Как правило, это

универсальные триггеры, т.е. триггеры, совмещающие в себе функциональные

возможности нескольких более простых видов триггеров (например: RS- и D-

триггеров, RS- и JK- триггеров и т.д.). Так, например, триггер,

изображенный на рис.1, сочетает в себе возможности RS- и D- триггеров.

[pic]

Рис.1

Запись информации в триггер данного типа производится по входу D. На

вход С подаются импульсы синхронизации. Кроме того, триггер имеет вход

установки “0” (R - вход) и вход установки “1” (S - вход).

2.2. Для управления работой триггера могут использоваться управляющие

сигналы различных уровней. Так, вышеуказанный триггер (рис.1) срабатывает

при подаче на входы S и R сигналов логической “1” (прямые входы). При

управлении сигналом логического нуля “0” вводится специальное обозначение

вывода или входа микросхем (рис.2).

[pic]

Рис.2

2.3. Вход синхронизации может быть как потенциальным (рис.1), так и

динамическим (рис.2). Особенности работы триггеров с потенциальным и

динамическим входом С отражены на временных диаграммах (рис.3, а) и б)

соответственно).

[pic]

Рис.3

Как следует из рис.3, запись информации на триггер с потенциальным

входом происходит при наличии на входе С уровня логической “1”. При этом

изменение состояния триггера связано с поступлением сигналов на вход D. В

динамическом триггере (рис.2) запись информации происходит по

положительному фронту сигнала на входе С (переход из состояния “0” в

состояние “1”). Существует тип триггеров, у которых запись информации

осуществляется по отрицательному фронту сигнала на входе С (переход из

состояния “1” в состояние “0”).

2.4. Работу триггера, как и других логических устройств, можно

описать с помощью таблицы истинности. Таблица истинности триггера с

потенциальным входом (рис.1) имеет вид, представленный ниже (табл.1).

2.4.1. Режим “хранение информации” означает, что триггер находится в

состоянии, соответствующем предыдущему такту работы (управляющие сигналы

отсутствуют.

Таблица 1

|S |R |D |C |Qn |Режим работы |

|0 |0 |0 |0 |0 |Хранение информации |

|1 |0 |0 |0 |1 |Установка “1” |

|0 |1 |0 |0 |0 |Установка “0” |

|1 |1 |0 |0 |? |Запрещенная комбинация |

|0 |0 |1 |1 |1 |Запись “1” |

|0 |0 |0 |1 |0 |Запись “0” |

|1 |0 |0 |1 |1 |См. в тексте п.2.4.4 |

2.4.2. В режиме “Установка “1” и “Установка “0” универсальный триггер

функционирует как стандартный RS-триггер. Комбинация входных сигналов R = =

S = 1 является запрещенной, т.к. при этом оба выхода триггера

устанавливаются в одно и тоже состояние [pic], что противоречит нормальной

работе логического устройства.

2.4.3. В режиме “Запись “0” и “Запись “1” универсальный триггер

функционирует как стандартный D-триггер.

2.4.4. Последняя строчка в таблице 1 иллюстрирует ситуацию, когда, с

одной стороны, производится запись “0” по входу D, а с другой стороны -

установка “1” по входу S. В этом и подобных случаях триггер подчиняется

сигналам на установочных входах R и S.

2.4.5. Если триггер имеет динамический вход синхронизации С (как это

показано на рис.2), то в таблице истинности для положительного и

отрицательного фронта вводятся специальные обозначения (“_| ” и “ |_”)

соответственно).

2.5. Для описания работы триггера используется также функция перехода

F, которая может принимать следующие четыре значения:

F = 0 (триггер не изменил состояние “0”);

F = 1 (триггер не изменил состояние “1”);

F = ( (триггер перешел из состояния “1” в состояние “0”);

F = ( (триггер перешел из состояния “0” в состояние “1”).

Функция перехода может быть представлена в виде таблицы, подобной

таблице истинности. Для триггера с прямыми входами функция перехода имеет

вид (табл.2):

Таблица 2

|S |R |F |

|0 |X |0 |

|X |0 |1 |

|0 |1 |( |

|1 |0 |( |

Знак Х обозначает безразличное состояние, т.е. на вход может быть

подана как логическая единица “1”, так и логический ноль “0”. Значения

функции перехода логически следуют из таблицы истинности данного триггера.

2.6. Универсальные триггеры могут быть переведены в счетный режим

работы, т.е. такой режим, при котором состояние триггера изменяется на

противоположное с приходом каждого последующего импульса синхронизации (или

импульса счета) на его С-вход.

В случае D-триггера для реализации этого режима инверсный выход

соединяют с D-входом. В случае JK-триггера устанавливают входные

управляющие сигналы J = K = 1.

3. Описание объекта и средств исследования

[pic]

Рис.4

Электрическая схема исследуемого устройства представлена на рис.4.

Элемент ДД2 представляет собой триггер Шмидта, построенный на микросхеме

типа К155ТЛ1. Элемент ДД3 представляет собой два универсальных D-триггера,

собранных на микросхеме К155ТМ2, а элементы ДД4 и ДД5 - универсальные JK-

триггеры, собранные на микросхемах К155ТВ1.

3.1. Исследование элемента ДД2.

3.1.1. Сигнал с измерительного генератора Л31 подается на входы

триггера, обьединенные по схеме “И”. Для этого выход “10В” генератора Л31

соединяется с гнездом “Вход ГС1” на блоке управления К32, а кнопка “ВСВ |_

ВНК” над гнездом “ГС1” должна находиться в отжатом состоянии.

3.1.2. Входные и выходные сигналы триггера поступают в каналы

передачи информации (КПИ) номер 9 и 10 соответственно. Для наблюдения

указанных сигналов на экране мультиметра необходимо, чтобы кнопка “ВСВ |_

ВНК” в поле надписи “КВУ” и кнопка “Коммутатор” находились в отжатом

состоянии. Отдельное наблюдение сигналов на входе и выходе триггера

производится путем нажатия кнопок “ВХ1” и “ВХ2” соответственно, а

одновременное наблюдение - нажатием кнопки “Коммут.” под надписью “Контроль

V (“.

3.1.3. В режиме наблюдения одновременно двух сигналов на экране

мультиметра величина и взаимное расположение этих сигналов регулируется

ручками “( “ и “(( “ соответственно в поле надписи “Коммутатор” отдельно

для каждого канала (“ВХ1” для КПИ 10 и “ВХ2” для КПИ 9).

3.2. Исследование элемента ДД3 в статическом и динамическом режиме.

3.2.1. Логические сигналы “0” и “1” на входе триггеров задаются с

помощью кнопок с фиксацией SA1 ( SA6, расположенных на передней панели

блока К32 под надписью “Программатор кодов”. Отжатое состояние кнопки

соответствует заданию логического “0”, а нажатое - заданию логической “1”.

Нажатое состояние кнопки сопровождается загоранием соответствующего

светодиода зеленого цвета, расположенного вблизи данной кнопки

“Программатора кодов”.

3.2.2. Для подачи положительного импульса (“_| |_”) на вход С

триггера необходимо кратковременно перевести соответствующую кнопку из

отжатого состояния в нажатое и обратно.

3.2.3. Для индикации логических сигналов на выходе триггера,

работающего в статическом режиме (верхняя часть элемента ДД3), служит левое

цифровое табло блока К32. При этом кнопка “10 |_2”, расположенная

непосредственно под табло, должна находиться в нажатом состоянии.

3.2.4. Нижняя часть элемента ДД3 представляет собой триггер,

работающий в счетном режиме. На его счетный вход С поступает непрерывная

последовательность импульсов. Одновременно такая же последовательность

поступает в КПИ1. Выходные сигналы триггера (прямой и инверсный) поступают

в КПИ2 и КПИ3 соответственно.

3.2.5. Лабораторный стенд позволяет наблюдать на экране мультиметра

одновременно два сигнала с любых двух КПИ из восьми (двухканальный режим

наблюдения). Выбор двух определенных КПИ производится следующим образом:

3.2.5.1. Нажать кнопку “ВСВ |_ ВНК” под надписью “КВУ”, при этом у

левых индикаторов обоих цифровых табло начинает светиться знак запятой.

3.2.5.2. При отжатой кнопке “ВХ1 |_ ВХ2” набрать с помощью кнопок “23

( 20” программатора “СИ” двоичный код первого выбранного КПИ и нажать

кнопку “Пуск”. При этом на левом табло у знака запятой появится номер

выбранного КПИ.

3.2.5.3. При нажатой кнопке “ВХ1 |_ ВХ2” повторить указанную

процедуру для второго выбранного КПИ. Номер этого КПИ появится у знака

запятой правого табло.

3.2.5.4. Нажать кнопку “Коммутатор” под надписью “Контроль V (“.

Теперь два выбранных КПИ через каналы коммутатора лабораторного стенда

соединены с осциллографом мультиметра. Регулировку величины и расположения

сигналов на экране осуществляется раздельно ручками “(“ и “((” под надписью

“Коммутатор”. Слева расположены ручки регулировки первого канала

коммутатора, справа - второго канала коммутатора.

3.2.5.5. Для выхода из режима наблюдения сигналов на экране

мультиметра перевести кнопку “ВСВ |_ВНК” под надписью “КВУ” в отжатое

состояние.

3.3. Исследование элементов ДД4 (статический режим) и ДД5 (счетный

режим).

3.3.1. Логические сигналы “0” и “1” на S, R, J и К - входы

универсальных триггеров подаются с помощью кнопок SA7 ( SA12 (аналогично

рассмотренному в п.3.2.1.).

3.3.2. Сигнал на вход С триггера поступает от встроенного генератора

импульсов лабораторного стенда, который вырабатывает серию импульсов

положительной полярности. Число импульсов может изменяться от 1 до 15 и

устанавливается с помощью кнопок с фиксацией “23 ( 20”, расположенных под

надписью “Программатор СИ”. Кнопки без фиксации “Пуск” и “Установ. 0”

служат для задания режима работы генератора. При этом должна соблюдаться

следующая последовательность действий:

3.3.2.1. Набрать число импульсов в пачке в двоичном коде с помощью

кнопок “23 ( 20”. Кнопке в нажатом состоянии соответствует двоичная единица

(при этом загорается соответствующий светодиод).

3.3.2.2. Нажать кнопку “Установ. 0” и убедиться, что светодиод кнопки

“Пуск” погашен. Генератор импульсов готов к работе.

3.3.2.3. Нажать кнопку “Пуск”. При этом генератор вырабатывает нужную