46014 (Триггеры в интегральном исполнении)

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.

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).

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).

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.

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

F = D (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):

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

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 “­Ї “

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 ё 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 ё 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 “­Ї” 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 ё SA12 (аналогично рассмотренному в

п.3.2.1.).

3.3.2. Сигнал на вход Стриггера 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 ё 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 ё

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 пачку

импульсов. Для повторного включения генератора нажать кнопку “Установ. 0”, а

эатем кнопку “Пуск” и т.д.

3.3.3. Контроль выходных сигналов триггера ДД4 осуществляется с помощью левого

цифрового табло на блоке К32.

3.3.4. Счетные импульсы на триггер ДД5, работающий в счетном режиме, поступают

через элемент “И”, собранный на микросхеме ДД1. Сигнал логической “1”,

разрешающий прохождение последовательности импульсов, подается на элемент “И”

нажатием кнопки SA15. Состояние свободных входов J и K триггера ДД5

соответствует наличию для них сигнала логической единицы.

3.3.5. Сигналы с прямого и инверсного выхода триггера ДД5 поступают в КПИ4 и

КПИ5 соответственно. При этом возможно наблюдение этих сигналов на экране

мультиметра совместно с входными счетными импульсами, поступающими на КПИ1.

Выбор КПИ производится согласно п.3.2.5.