Загальні положення визначення

Лабораторна робота №4

Вивчення різних структур тригерів

Мета роботи: Вивчити роботу й дослідити таблицю переходів різних схемних різновидів тригерів, реалізованих на елементах І-НІ, АБО-НІ та у інтегральному виконанні

Короткі теоретичні відомості

Загальні положення визначення

Тригером називається послідовнісний елемент цифрових схем, який може знаходитись в одному з двох стійких станів, а також багаторазово переходити з одного стану в інший. Для зручності використання тригери мають два виходи: прямий() й інверсний (). При цьому якщо -тригер перебуває у нульовому стані, а при тригер - в одиничному стані. Таким чином, тригер є елементарним однорозрядним елементом пам’яті.

Якщо в деякий момент на тригер, який перебуває у стані , надходять інформаційні сигнали, то це приведе до перехола тригера в наступній момент часу до стану , тобто

(1)

Залежність не тільки від , але й від , а також існування для деяких типів тригерів заборонних комбінацій по , приводить до того, що можливі наступні п9ять логічних станів вихідного сигналу :

· =0 – тригер перебуває у нульовому стані;

· =1 – тригер перебуває у одиничному стані;

· = – стан тригера не змінюється при варіації вхідних сигналів ;

· = – стан тригера змінюється на протилежний при зміні вхідних сигналів х_m;

· = * - невизначений (заборонений) стан, який іноді позначається – 3Б, н! о, &.

Входи тригерів поділяють на інформаційні та керувальні.

Інформаційні сигнали, що подаються на відповідні входи, визначають вихідний стан тригера, а керувальні сигнали застосовуються для синхронізації та попереднього встановлення тригерів в потрібний стан. Кількість входів може бути різною, залежно від структури, але найчастіше зустрічаються наступні можливі типи входів (рис.1):

· - входи предвстановлення;

· - інформаційні входи, стан сигналів на яких визначається одним із п9яти можливих вихідних станів тригера;

· - входи синхронізації, стан сигналів на яких, визначає момент часу , в який здійснюється перехід тригера в той стан, що заданий інформаційними сигналами ;

· - керувальні входи, сигнали на яких дозволяють проходження інформаційних та синхросигналів тригера та дають дозвіл на його роботу.

Рис.1. Узагальнене умовне графічне позначення

тригера і всі можливі варіанти реалізації

інформаційних і керувальних входів.

В залежності від кількості і функціонального призначення інформаційних виходів тригерні структури поділяються на наступні типи:

· RS – тригери, які мають вхід S для встановлення в одиничний стан (Set – встановлення) і вхід R для встановлення в нульовий стан (Reset – скидання). Тригери які мають інверсні входи , називають RS – тригерами з інверсними входами;

· JK – тригери, які мають інформаційний вхід К для встановлення в нульовий стан(Kill – раптове відключення) і вхід J для встановлення в одиничний стан(Jeck – раптове включення);

· D – тригери (Delay – затримка), які мають один інформаційний вхід D, стан сигналів на якому встановлює тригер в одиничний або нульовий стан;

· DV – тригери, які працюють як звичайні D- тригери при V=1 і зберігають попердній вихідний стан , якщо V=0;

· Т – тригери, які мають один інформаційний вхід Т (Toggle- релаксатор) і називаються лічильними тригерами.

В залежності від присутності синхровходів Ср тригери поділяються на асинхронні і синхронні. Якщо тригер не має жодного синхровходу С (Clock- первинне джерело сигналів синхронізації), то він називається асинхронним і момент зміни вихідног сигналу визначається моментом надходження сигналів . При наявності синхровходівтригери називаються синхронними і їх прийнято класифікувати за способом приймання вхідної інформаціїта за принципом передачі сприйнятної інформації до входу.

По способу приймання інформації виділяються дві групи:

– тригери із статичним керуванням, що керуються рівнем сигналів синхронізації;

– тригери з динамічним входом синхронізації, що керуються фронтом сигналів синхронізації.

Синхронний тригер, що керується рівнем синхросигналів, саприймає тільки ті інформаційні сигнали, які з9являються на його входах на протязі всієї тривалості імпульсу синхронізації. Синхронний тригер, що керується фронтом синхросигналів, сприймає тільки ті інформаційні сигнали, які співпадають з надходженням переднього (або заднього) фронту синхросигналу.

За принципом передачі сприйнятливості інформації синхронні тригери подідляються на тригери з однією (одноступінчасті) і двома (двоступінчасті) ступенями запам9ятовування інформації.

Закони функціонування тригерів можуть запдаватись:

– описом на словах;

– таблицею переходів тригера, тодто таблицею інформаційних сигналів , внутрішніх станів тригера та вихідних сигналів після спрацьовування ;

– характеристичним рівнянням, тобто логічними функціями у вигляді рівняння типу (1); у вигляді графів.

1.2 Асинхронний RS – тригер з прямими входами

Логічна структура такого RS – тригера представлена нга рис. 2. а. Тригер побудований на двох ЛЕ АБО-Ні, з9єднаних таким чином, що вихід кожного елемента підключається до одного із входів іншого. Таке з9єднання ЛЕ в структурі тригера забезпечує два стійких стани, що виникають в наступних ситуаціях.

Рис.2 Логічна структура RS- тригера на елементах АБО-НІ(а), його умовне графічне позначення (б),

таблиця станів у вигляді діаграми Вейча (в), граф функціонування (г).

Якщо на входах R і S діють пасивні для ЛЕ АБО-НІ рівні лог.0, то вони не впливають на стан тригер. В стані 0 тригера на виході елемента D1 маємо Q=0; це значеня подаєтьсяф на вхід елемента D2; при цьому на обох входах елемента D2 дібтьт рівні лог.0, а найого виході ; з виходу елемента D2 це значення надходить на вхід D1, що забезпечує на йог виході Q=0. Це один із стійких станів тригера. В стані 1 тригера на вході D1 маємо Q=1, що обуиовлює на виході D2 стан , при цьому на обох входах D1 діють рівні лог.0, що забезпечує появу на виході цього елемента рівня лог.1. Таким чином, в кожному із станів тригера ЛЕ D1, D2 будуть знаходитись у протилежних станах.

Переключення тригера з одного стійкого стану в інший виконується при подачі активних сигналів на його входи. Так, при R=1 елемент D1 встановлюється в стан, при якому на його виході Q=0, відповідно на інверсному вході і таким чином тригер встановлюється в стан 0. Якщо тригер до подачі сигналу R=1 знаходився устані 0, то його стан в цьому випадку не зміниться. Якщо ж тригер знаходився в стані 1, то при R=1 буде мати місце переключення елемента D1і на його виходах встановлюється стан Q=0; це значення подається на вході елемента D2, перемикає його і на вході D2 встановлюється , після чого тригер опиняється у стані 0. Процес встановлення тригера в стан 1, при подачі на вхід S=1 є аналогічним попередньому випадку.

Одночасна подача активних рівнів лог.1 на обидва входи R і S не допускається, так як при цьому на обидвох виходах встановлюється рівень лог.0, а після зняття з виходів активних логічних рівнів стан тригера виявиться невизначеним (позначається *): в силу випадкових обставин тригер може встановитися або у стан 0, або у стан 1. На рис. 2 в приведена таблиця станів RS- тригера у вигляді таблиці Вейча. Із неї можливо отримати характеристичні рівняння, яке визначає функціонування RS- тригера:

(2)

Скорочена таблиця переходів RS- тригера встановлює залежність між станом сигналів на входах R і S та вихідним сигналом (див. таб. 1) без врахування попереднього вихідного стану .

Таблиця 1. Скорочена таблиця переходів RS- тригера

R S Режим роботи     Збереження       Встановлення у 1       Скидання у 0     * Невизначений (заборонений)

Умовне графічне позначення асинхронного RS-тригера з прямими входами і граф його функціонування представлені, відповідно, на рис.2.б, г.

1.3 Асинхронний RS- тригер з інверсним входами(RS-тригер)

Логічна структура цього різновида RS- тригерів може бути побудовано на основі ЛЕ І-НІ (рис.3.а). В цьому випадку активним логічним рівнем на виході буде рівень лог.0, пасивним – лог. 1. Для того, щоб формально активними були, як і в попередньому RS- тригері, вхідні сигнали S=1 i R=1, будемо рахувати, що на входи подаються інверсії i . Тоді при отримується інверсія S=0 (або R=0) і на вході тригера буде діяти активний рівень лог. 0. Друга зручність такого підходу при виборі вхідних величин полягає у тому, що тригер з інверсними входами формально описується тією ж таблицею Вейга (рис.2.в), що і тригер з прямими входами (див. умовне графічне позначення на рис.3.б).

Рис.3 Логічна структура асинхронного - тригера на елементах І-НІ(а), та його умовне графічне

позначення (б)

Розглянемо можливі стійкі стани - тригера. Якщо на входах діють пасивні рівні S=0 i R=0 , то в стані 0 тригера цей рівень передається на вхід елемента D2 і викликає на його виході появу стану ; це значення з виходу елемента D2 подається на вхід D1 присутній рівень лог.1, то на виході встановиться стан Q=0. Аналогічно визначається другий стійкий стан (збереження 1) тригера.

При подачі активного рівня (S=1) на виході D1 встановлюється стан Q=1, а на виході D2- стан і тригер переходить в одиничний вихідний стан. При подачі активного рівня (R=1) тригер встановлюється в нульовий вихідний стан. Так як і для тригера з прямими входами, одночасна подача активних логічних рівнів на обидва входи є забороненою комбінацією, тобто коли одночасно тригер перебуває у стані невизначеності.

Такий порядок функціонування - тригера описується характеристичним рівнянням:

(3)

Скорочення таблиця переходів асинхронного - тригера є аналогом відповідої таблиці для RS- тригера з прямими входами, але враховує інверсію для забезпечення активного рівня вхідних сигналів (див.таб.2)

Таблиця 2. Скорочена таблиця переходів асинхронного - тригера

	Режим роботи     * Невизначений (заборонений)       Скидання у 0       Встановлення у 1     Збереження

1.4 Синхронні RS- тригери із статичним керуванням

Синхронний тригер RS- структури відрізняється від асинхронного лише тим, що має додатковий керувальний вхід (вхід синхронізації аботактування). При цьому синронний RS- тригер із статичним керуванням реагує на зміну сигналів на інформаційних входах тільки на протязі часу дії активного рівня сигналу C. Саме тому такі зміни на виході R i S допускаються тільки при відсутності сигналів на вході синхронізації.

Логічні структури синхронних RS тригерів легко побудувати використовуючи базозові структури асинхронних RS- тригерів і додаткових вентильних схем на ЛЕ І(І-НІ), до яких підключаються інформаційні входи R, S та вхід синхронізації С (рис.4 а, б).

Рис.4 Логічні структури синхронних RS- тригерівна базі асинхронних RS(a) i тригерів(б); варіанти умовного графічного позначення (в).

За допомогою вентельних схем на ЛЕ І (І-НІ) забеспечується передача активних логічних рівнів з інформаційних входів S i R синхронного тригера на R i S асинхронного тригера, що входить до його складу, лише в тому випадку коли, на вході синхронізації буде встановлено рівень лог. 1.

Таким чином, при С=0 на вході асинхронного тригера не передаються активні рівні і тригер зберігає раніше встановлений рівень . При C=1 стан тригера визначається діючими на його входах сигналами аналогічно, як у розглянутому вище асинхронному RS- тригері дорівнюється стовпчиком для запису стану на вході С (див. табл. 3) і описується наступним характеристичним рівнянням:

(4)

Таблиця 3. Скорочена таблиця переходів синхронного - тригера

	Режим роботи   x x Зберігання при відсутності синхронізації       Зберігання         Встановлення у 1         Скидання у 0       * Невизначений (заборонений)

1.5 Асинхронний і синхронний D – тригери

Асинхронний тригер D – типу має лише один інформаційний вхід D, стан сигналів на якому до спрацьовування визначає вихідний стан . Додавання до асинхронного D – тригера додаткового керувального входу С, на який подається синхросигнал, дозволяє легко отримати структуру синхронного D - -тригера (рис. 5, а, б).

Рис.5 Типові структури синхронних D – тригерів (а, б) та умовно графічне позначення асинхронного і синхронного тригерів (в).

Функціонування асинхронного тригера D – типу визначається наступним характеристичним рівнянням:

(5)

і найпростішою таблицею переходів (див. нижню частину табл. 4). Для синхронного D – тригера рівняння має вигляд:

(6)

В таблиці 4 представлені можливі комбінації вхідних сигналів, які визначають скорочену таблицю переходів синхронного D – тригера.

Таблиця 4. Скорочена таблиця переходів синхронного D – тригера

	Режим роботи   x Зберігання при відсутності синхронізації       Режим асинхронного D - тригера

Таким чином D – тригер сприймає інформацію з входу D при С=1 і потім може її зберегти на протязі тривалого часу, доки С=0.

Завдання 1. Вивчення роботи асинхронного - тригера на ЛЕ АБО – НІ.

1. Структуру асинхронного - тригера реалізувати на основі двох ЛЕ АБО – НІ, що входять до складу мікросхеми ТТЛ К155ЛЕ 1 (4× 2АБО – НІ). Незадіяні входи двох невикористаних ЛЕ з’єднати з лог.0. В коло живлення включити контрольні прилади РА1 і РV1 для визначення споживаної потужності . Схема для досліджень представлена на рис.6.

2. Перевірити правильність підключення виводів за схемою для досліджень на стенді ЛС-02 і зафіксувати мікросхему К155ЛЕ1 в панельці. Включити живлення і виконати всі контрольні операції на стенді.

3. Користуючись джерелом логічних сигналів, яке розміщене на стенді, дослідити розширену таблицю переходів - тригера і результати записати в табл. 5.

Рис. 6 Схема для дослідження асинхронного RS – тригера на основі К155ЛЕ1.

Таблиця 5. Розширена таблиця переходів асинхронного - тригера

на основі ЛЕ 2АБО-НІ

= [В]

= [мА]

= [мВт]

4. Визначити і записати в таблицю 5 режим роботи - тригера.

5. Визначити, якою буде реакція тригера на заборонену комбінацію сигналів R i S (зафіксувати в таблицістан на виходах і при R=S=1).

6. Виключити живлення і розібрати схему.

7. Скласти характеристичне рівняння для асинхронного - тригера, реалізованого на елементах АБО – НІ.

8. Скласти скорочену таблицю переходів - тригера.

Завдання 2. Вивчення роботи асинхронного - тригера на ЛЕ І – НІ.

1. Структуру асинхронного - тригера реалізувати на основі двох ЛЕ І – НІ, що входять до складу мікросхеми ТТЛ К155ЛА 3 (4× 2І – НІ). Схема для досліджень представлена на рис.7.

2. Виконати операції згідно п.п 2, 3 попереднього завдання.Результати дослідження - тригера занести у таблицю 6.

Таблиця 6. Розширена таблиця переходів асинхронного - тригера

на основі ЛЕ 2І-НІ

= [В]

= [мА]

= [мВт]

Рис. 7 Схема для дослідження асинхронного - тригера на основі К155ЛА3.

3. Визначити, якою буде реакція тригера на заборонену комбінацію сигналів R i S (зафіксувати в таблиці стан на виходах і при ).

4. Виключити живлення і розібрати схему.

5. Скласти характеристичне рівняння для асинхронного - тригера, реалізованого на елементах І – НІ.

6. Скласти скорочену таблицю переходів - тригера.

Завдання 3. Вивчення роботи синхронного - тригера ЛЕ І – НІ.

1. Структуру синхронного - тригера реалізувати на основі двох мікросхеми ТТЛ К155ЛА3 за класичною схемою (див. рис. 4.б), при цьому використовуються всі ЛЕ І – НІ, що входять до складу цієї мікросхеми.

2. Для виконання досліджень зібрати на стенді ЛС – 02 схему для досліджень синхронного - тригера в статичному режимі. Схема для досліджень представлена на рис.8.

3. Виконати всі контрольно – відлагоджувальні операції на стенді (див. п.п. 2, 3 завдання1). Результати дослідження тригерної структури занести в таблицю 7. Визначити основні режими роботи.

4. Визначити і відмітити в таблиці 7 якою буде реакція тригера на заборонену комбінацію в двох випадках: С=0 і С=1. Пояснити в чому полягає різниця між цими випадками.

5. Виключити живлення і розібрати схему.

6. Скласти характеристичне рівняння для асинхронного - тригера, реалізованого на елементах І – НІ.

7. Скласти скорочену таблицю переходів досліджуваної тригерної структури.

8. Визначити пріоритет вхідних сигналів S, R, C. Побудувати формалізовану числову діаграму функціонування синхронного - тригера

9. Запропонувати структурну схему синхронного - тригера, реалізованого на ЛЕ 2АБО-НІ.

Рис. 8. Схема для дослідження синхронного - тригера на основі К155ЛА3.

Таблиця 7. Розширена таблиця переходів синхронного - тригера

на основі ЛЕ 2І-НІ

= [В]

= [мА]

= [мВт]