Задание на проведение эксперимента. 1. Исследование RS-триггера.

1. Исследование RS-триггера.

1.1. Собрать схему асинхронного RS-триггера на микросхеме 74HC00 с инверсными входами (рис.1) и экспериментально проверить таблицу переходов. При проверке следует помнить, что S=R=1 – запрещенная комбинация. Ее установка может привести к перегрузке и выходу из строя микросхемы. Сигналы S и R формировать с помощью выводов DO0…7 стенда. Выход триггера Q, для проверки его состояния, подключить к светодиоду.

1.2. Собрать схему синхронного RS-триггера на микросхеме 74HC00 (рис. 2) и экспериментально проверить таблицу переходов.

Рис.1. Асинхронный RS-триггер Рис.2. Синхронный RS-триггер

2. Исследование двухступенчатого универсального JK-триггера.

2.1. Для одного из JK-триггеров микросхемы 74HC109 экспериментально проверить таблицу переходов. На вывод микросхемы 74HC109 можно подать сигнал через инвертор, чтобы упростить запись таблицы переходов.

Для проверки таблицы переходов необходимо: подвести питание к микросхеме, подключить выводы K ( через инвертор), J, R, S, C к выходам стенда DO4, DO3, DO2, DO1, DO0 соответственно (данная последовательность не обязательна, но наиболее удобна). Перевести вывода S и R в неактивное состояние. Установка триггера в состояние 0 или 1 производится переводом вывода R или S соответственно в “0”. После установки вывод необходимо снова перевести в неактивное состояние. Затем двойной посылкой синхроимпульса производится переключения триггера из состояние Q_n в состояние Q_n+1. Функция перехода зависит от состояния выводов J и K.

2.2. Собрать схему формирователя сигналов на микросхеме 74HC4040 (U1). На вход формирователя подать меандр с частотой 5кГц. Используя двулучевой осциллограф, снять эпюры напряжений на выходах DIV4 и CLK.

2.3. Подать на вход синхронизации JK -триггера сигнал CLK формирователя. Зарисовать осциллограммы на входе C и на выходе Q при условии, что J=K=1. Определить, как в этом случае повлияют на триггер сигналы предустановки R и S.

Рис. 3. Схема формирователя сигналов.

3. Исследование D -триггера.

3.1. Собрать однотактный D -триггер, используя микросхему 74HC00 (U1) по схеме рис.4, a. Проверить экспериментально таблицу переходов D -триггера. Затем на вход C подать сигнал с выхода CLK формирователя, а на вход D - с выхода DIV4 формирователя, зарисовать эпюры напряжений D - Q и C - Q.

3.2. Собрать D -триггер на микросхеме 74HC109 (U1) из универсального JK-триггера (рис.4, б). Подать на входы C и D соответственно сигналы CLK и DIV4 формирователя. Зарисовать эпюры напряжений D - Q и C - Q. Обратить внимание на отличие от эпюр D -триггера, исследованного ранее. Соединить инверсный выход триггера с его входом D. После этого подать на вход C сигнал CLK формирователя и зарисовать эпюры напряжения C - Q. Убедиться в том, что триггер работает в счетном режиме.

Рис. 4. Разновидность D-триггеров.

4. Исследование схем счетчиков.

4.1. Собрать двоичный счетчик с последовательным переносом, используя 2 микросхемы 74HC109 (U1, 2) (рис.5). Экспериментально проверить граф перехода счетчика.

4.2. Собрать недвоичный счетчик на базе собранного в п. 4.1. двоичного счетчика и микросхемы 74HC20 (U1) и 74HC00 (U2) (рис.6) и записать его граф переходов. Определить коэффициент пересчета счетчика. Как нужно изменить схему, чтобы получить десятичный счетчик?

Рис. 5. Двоичный счетчик с последовательным переносом.

Рис. 6. Схема счетчика с произвольным коэффициентом пересчета.

5. Исследование регистров сдвига

5.1. Собрать регистр сдвига по схеме рис.7, используя две микросхемы 74HC109 (U1, 2). Обнулить регистр. Сигналы на входах C, D, R формировать выводами DO0…7 стенда. На вход D подать логическую единицу. Сформировав в датчике тактов рабочий перепад (1→ 0), записать логическую единицу в триггер U1: 1, после чего на вход D подать логический ноль. Подавая на вход C регистра рабочие перепады, наблюдать перемещение в регистре логической единицы. Изобразить граф переходов.

5.2. Проделать эксперимент предыдущего пункта, сохраняя на входе D в течение всего эксперимента логическую единицу. Наблюдать заполнение регистра логическими единицами. Изобразить граф переходов.

6. Исследование кольцевых счетчиков

6.1. Собрать кольцевой счетчик, соединив выход регистра с его входом D=Q₄ (рис. 8, a).Используя вход S триггера U1: 1, записать в него логическую единицу. После этого подавать на вход счетчика (вход С) сдвигающие импульсы с датчика тактов и наблюдать изменение состояний счетчика. Зарисовать граф переходов. Оценить емкость счетчика (коэффициент пересчета).

6.2. Собрать самовосстанавливающийся счетчик (рис. 8, б)на базе предыдущей схемы и микросхем 74HC20 (U1) и 74HC00 (U2). С помощью S -входов триггеров записать в счетчик неверную комбинацию (например, несколько логических единиц). На вход счетчика C подавать сигналы с датчика тактов. Зарисовать соответствующий граф переходов. Убедиться в восстановлении нормальной работы счетчика.

Рис. 7. Схема регистра сдвига.

Рис. 8. Кольцевые счетчики

6.3. Собрать счетчик Джонсона (рис.9), исследовать его работу, зарисовать граф перехода.

Рис. 9. Счетчик Джонсона.

Требования к отчету. Отчет должен содержать схемы исследуемых триггеров, счетчиков и регистров, таблицы переходов и логические уравнения триггеров, графы переходов счетчиков. Отчет должен включать в себя весь материал, полученный в результате эксперимента, объяснение основных результатов эксперимента, выводы по работе.

Контрольные вопросы.

1. Нарисовать схему и пояснить принцип действия асинхронного RS-триггера с инверсной установкой и синхронного RS-триггера.

2. В чем состоит универсальность JK-триггера?

3. Нарисовать схему и пояснить принцип действия одноступенчатого и двухступенчатого D-триггера. Чем отличаются одноступенчатые и двухступенчатые триггеры?

4. Пояснить, как реализуется работа D-триггера в счетном режиме.

5. Чем определяется быстродействие счетчика? Какие способы повышения быстродействия счетчиков вы знаете?

6. Что такое граф перехода и емкость счетчика?

7. Как работает регистр сдвига?

8. Что такое кольцевой счетчик и как он работает? Как работает счетчик Джонсона?

9. Сравните характеристики счетчиков: двоичного, кольцевого и Джонсона. Каковы их достоинства и недостатки?

Лабораторная работа № 3. Формирующие Rc-цепи. Изучение формирователей импульсных сигналов на схемах ТТЛ