Государственный комитет РФ по высшему техническому образованию

Московский Государственный Технический Университет имени Н Э Баумана

В.Ф.Жирков,Н.М.Соломатин

Москва

2002 год

Москва

2002 год

ИССЛЕДОВАНИЕ ЛОГИЧЕСКИХ

ЭЛЕМЕНТОВ

Методические указания к лабораторным работам по курсу «Схемотехника ЭВМ»

ВВЕДЕНИЕ

Цель данного лабораторного практикума - закрепление теоретического материала путем макетирования и экспериментального исследования элементов ЦВМ, а также развитие навыков по сборке и проверке функционирования цифровых схем с помощью современной измерительной аппаратуры. В данных методических указаниях приведены необходимые для выполнения работ общие теоретические сведения, логические структуры и принципиальные электрические схемы исследуемых элементов - триггеров, а также задания в конкретные указания по порядку и методике выполнения лабораторных работ.

Самостоятельная подготовка студента включает изучение общей теоретической части методических указаний, а также принципов построения синхронных двухступенчатых триггеров и триггеров с динамическим управлением записью и временных диаграмм их работы. Перед началом работы преподавателем проводится собеседование, целью которого является проверка теоретической и практической подготовленности студента к выполнению работы. Студент должен подготовить отчет по каждому пункту раздела "Задание и порядок выполнения работы" с теоретическими и расчетными данными и знать методику выполнения каждого пункта задания. После выполнения работы студент обязан представить на проверку преподавателю оформленный индивидуальный отчет. ,

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

I. Структурная схема и классификация триггеров

В цифровых вычислительных машинах (ЦВМ) функцию запоминания и временного хранения информации выполняют запоминающие элементы, в качестве которых чаще всего используются триггеры.

Триггер является запоминающим элементом с двумя устойчивы­ми состояниями, которые кодируются цифрами 0 и I.

Внутренние состояния триггера определяются по его выходному сигналу. Триггер имеет два выхода: прямой Q и инверсный Если триггер находится в состоянии 0, то на прямом выходе триггера действует сигнал 0, а на инверсном I ( Q = 0 и ). Если триггер находится в состоянии 1, то на прямом выходе триггера действует сигнал I, а на инверсном - 0 ( Q = I и ). Таким образом, разрешающие сигналы на выходах Q и триггера всегда противоположны.

Триггер имеет в общем случае несколько физических входов, на которые могут подаваться сигналы, закодированные цифрами 0 и 1.

В результате действия входных сигналов триггер переключается из одного устойчивого состояния в другое. При этом изменяется уровень напряжения его выходного сигнала.

Структурную схему триггера (рис. I) могло представить в виде запоминающей ячейки (ЗЯ) и схемы управления (СУ). На рис.1 -информационные входы;С -вход синхронизации, или такто­вый вход; Q и - выходы триггера.

Выхода триггера Q и и схемы управления и могут быть соединены со входа­ми схемы управления обратными связями.

СУ преобразует информацию, поступающую на ее входы

в сигналы и , действующие на входы ЗЯ.

Сигнал по входу устанавливает ЗЯ в состояние "I", а по входу - в состояние "О".

Триггеры классифицируют по следующим основным признакам.

1. По способу организации логических связей, т.е. до виду логического уравнения, характеризующего состояние входов и выходов триггера в момент времени до его срабатывания в момент после его срабатывания; различают триггеры: с раз­дельной установкой состояний "О" и "I" ( RS -триггеры);

со счетным входом ( Т - триггеры);

универсальные с раздельной установкой состояний "О" или "I" ( JК- триггеры);

с приемом информация по одному входу ( D- триггеры); универсальные с управляемым приемом информации по одному входу (DV-триггеры);

комбинированные (например,RST-,JKRS-,DRS - триггеры) и т.д.

Разнообразность схем триггеров определяется возможностью изменения организации СУ и способами подключения обратной связи к входам СУ

2. По способу записи информации различают триггеры:

асинхронные (не синхронизируемые);

синхронные (синхронизируемые), или тактируемые.

3. По способу синхронизации различают триггеры: синхронные со статическим управлением записью; синхронные двухступенчатые; синхронные с динамическим управлением записью.

Функциональное назначение входов триггера указывают на его условных графических обозначениях при помощи специальных меток согласно табл. I.

Примечание: При необходимости к буквам допускается добавлять цифры, например, и т.д.

Запись информации в асинхронный триггер осуществляется непосредственно с поступлением информационных сигналов на его входы. Запись информации в синхронные триггеры осуществляется только при подаче разрешающего импульса на вход синхронизации С (см. рис. I).

Синхронный триггер может работать в синхронном и асинхронном режимах.

В зависимости от числа тактирующих сигналов, необходима для перевода триггера из одного состояния в другое, синхронные триггеры подразделяются на однотактные и многотактные.

2. Основные параметры триггеров

Основными схемотехническими параметрами триггеров являются: коэффициенты объединения по входу и разветвления но выходу напряжение допустимой помехи, входные и выходные напряжения и токи "О" и "I". Эти параметры триггеров аналогичны параметрам логических элементов.

Динамическими параметрами триггера являются:

-время задержка распространения сигнала при включении

и выключении триггера, а также среднее время задержки распространения сигнала

- минимальна длительность входного сигнала (импульса) при которой еще происходит переключение триггера;

. - разрешающее время триггера - минимально допустимый

временной интервал между двумя последовательными входными сигна­лами минимальной длительности, вызывающими переключение тригге­ра;

- максимальная частота переключения триггера Минимальная длительность входного сигнала равна , где - количество логических элементов в цепи от входа инфор­мационного или синхросигнала до входа элемента, на котором замы­кается триггерное кольцо обратной связи,

- среднее время задержки распространения сигнала

в логическом элементе.

Среднее время задержки распространения сигнала в триггере 'равно ,где количество логических элементов в цепи от входа информационного или синхросигнала до выхода элемента, на котором подтверждается состояние триггера. Динамические параметры определяют быстродействие триггера.

3. Логическое описание работы триггера

Работу триггера можно описать с помощью таблицы переходов, отражающей зависимость выходного сигнала триггера в момент времени от входных сигналов и от состояния триггера в предыдущий момент времени

Для асинхронного триггера момент времени наступает,

когда под действием входных сигналов и в зависимости от внутреннего состояния в момент времени выходной сигнал принимает значение, соответствующее последующему состоянию. Для синхронного триггера время и означают время до и после прихода синхронизирующего (тактового) сигнала соответственно.

RS-триггер Асинхронный RS-триггер - это простейший триггер, который используется как запоминающая ячейка. Состояния RS-триггера соответствующие различным сочетаниям сигналов на его входах R- и S-, приведены в таблице переходов (табл. 2). Компактная форма. табл. 2 представлена табл. 3.