Лаб.2.триггеры (Лаба 2)

31

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Н.Э.Баумана

Виноградов В.И., Спиридонов С.Б., Шигин А.В.

Лабораторная работа № 2

по курсу "Элементы и узлы ЭВМ"

ИССЛЕДОВАНИЕ ТРИГГЕРОВ.

Москва 2008 г.

Цель работы: Изучение и исследование основных типов триггеров и их свойств в системах элементов с потенциальным представлением информации.

Продолжительность работы: Часть 1 – 4 часа, часть 2 – 4 часа.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.

Функциональные узлы и устройства ЭВМ синтезируются на основе двух типов логических схем: комбинационных схем (см. лаб. раб. № 1) и элементов памяти (ЭП), в которых хранятся результаты этих операций для использования в последующих операциях. В качестве ЭП в узлах и устройствах ЭВМ наибольшее распространение получили триггерные устройства или, как их чаще называют - триггеры.

Триггеры как цифровые автоматы. Триггером называют логическую схему с положительной обратной связью, имеющую два устойчивых состояния. Триггер содержит элемент памяти (собственно триггер) и схему управления, выполненную, как правило, с помощью КС. Схема управления преобразует поступающую на ее входы информацию (х_1,х_2, . . ., х_м) в комбинацию сигналов, действующих непосредственно на входы собственно триггера. При этом информационные входы триггера отождествляются с входными перемен­ными и имеют следующие обозначения:

S (от английского Set - установка) - вход для асинхрон­ной установки триггера в состояние «1»(S - вход);

R (от английского Reset - сброс) - вход для асинхронной ус­тановки триггера в состояние «0» (R - вход);

D (от английского Delay - задержка) - информационный вход для установки триггера в состояние «1» или «0» (D - вход);

T (от английского Toggle - кувыркаться) - счетный вход (T - вход);

J - вход для синхронной установки состояния «1»в универсальном

J-K - триггере (J - вход);

К - вход для синхронной установки состояния «0» в универсальном

J-К - триггере (К - вход);

С - вход синхронизации (С - вход).

Асинхронные входы R и S могут быть прямыми и инвер­сными. Инверсные входы обозначаются знаком инверсии. Для инверс­ных входов активным сигналом является уровень логического "0" (низкий уровень). На уровень логической “1”(высокий уровень) триггер не реагирует. Для прямых входов наоборот активным сигналом является уровень логической “1”.

В ыход же триггера принято отождествлять с его внутренним сос­тоянием и обозначать символом Q. Подавляющее число схем триг­геров имеет два выхода: прямой и инверсный . В установив­шемся состоянии всегда, если , то и, если , то . При этом считается, что триггер находится в состоянии "1", если на прямом выходе имеется высокий уровень напряжения ( , ), и в состоянии "0", если на прямом выходе имеется низкий уровень напряжения ( , ).

Обозначение триггеров на функциональных схемах.

Примеры условного обозначения триггеров на функциональных схемах в соответствии с ГОСТ 2.743-91 (ЕСКД) показаны на рис.1.

Рис.1. Условные обозначения триггеров.

Если триггер содержит входную логику, управляющую процессом за­несения в него информации, то в прямоугольнике, условно изображаю­щем триггер, отделяется чертой левее дополнительное поле, а в нем показывается вход "С" синхронизирующего сигнала и отмечаются функци­ональные назначения информационных входных сигналов х₁,х ₂,. . ., х_м.

В основном поле прямоугольника ставится символ Т для обозначения триггера. Дополнительное поле может быть разделено на две час­ти: асинхронную и синхронную. В первой проставляются символы S и R входов асинхронной установки триггеров в «1» и «0», во второй на местах х₁,х₂,. . .,х_м - символы, относящие данный триггер к тому или иному функциональному типу.

Задание законов функционирования триггеров. Законы функционирования конечных автоматов вообще, и в частности, триггеров мо­гут быть заданы различными способами. Часто такой закон задают таблицей истинности. Таблица истинности отражает процесс пере­хода триггера из одного устойчивого состояния в другое, и по­этому ее чаще называют таблицей переходов. В таблице переходов содержатся значения информационных и синхронизирующих сигналов на входе триггера, а также значения выходных сигналов (внутрен­них состояний триггера) после окончания действия синхронизирую­щего сигнала. Закон функционирования триггера может быть задан и в виде характеристического уравнения логической функции вида

Q^t+1 = f(Q^t,X_i^t), i = 1,2,…,m (1)

где Q^t+1 - состояние триггера после окончания действия синхронизирующего сигнала,

Q^t - состояние триггера до прихода синхронизирующего сигнала,

X^t - значение сигнала на информационном входе в момент времени “t”.

Характеристическое уравнение связывает логические переменные на входах и выходах триггера до и после его перехода из одного состояния в другое.

Между таблицей переходов и характеристическим уравнением существует взаимно однозначное соответствие, т.е. от таблицы переходов всегда можно перейти к характеристическому уравнению и наоборот.

Классификация триггеров. В настоящее время в интегральной микросхемотехнике наиболее распространенными являются триггеры и логические элементы потенциального типа. В основу классифика­ции этих триггеров положены два основных признака:

1) Функциональный - этот признак определяет назначение три­ггера и в ряде случаев является решающим при выборе типа триг­гера для проектируемого вычислительного устройства или узла. По указанному признаку различают триггеры RS-, D-,T-, JK- и др. типов.

2) Способ записи информации в триггер - этот признак харак­теризует способ записи информации и временную диаграмму работы триггера, т.е. определяет ход процесса записи информации в триг­гер. По этому признаку триггеры подразделяются на две группы:

а) асинхронные;

б) синхронные;

Запись информации в асинхронный триггер осуществляется в произвольный момент времени непосредственно с поступлением информационного сигнала на вход триггера.

Синхронные триггеры помимо информационных входов содержат один или несколько синхронизирующих входов (вход «С» на рис.1). Запись информации в такие триггеры осуществляет­ся только при подаче синхронизирующего импульса (СИ). В свою очередь, синхронные триггеры подразделяются на триггеры, рабо­тающие по уровню СИ (без задержки) и на триггеры с внутренней задержкой. В первых срабатывание происходит одновременно с по­ступлением СИ, а во вторых - после окончания действия СИ.

ТРИГГЕРЫ R-S – типа

Асинхронным триггером RS-типа (RS -триггером) называется логическое устройство с двумя устойчивыми состояни­ями, имеющее два информационных входа R и S, такие что, при S = 1 и R = 0 триггер принимает состояние 1 (Q =1), а при R = 1 и S = 0 триггер принимает состояние 0 (Q = 0). Закон функционирования RS – триггера с прямыми входами отображен в таблице переходов, табл.1.

Таблица 1

При значениях R^t=S^t=1 состояние триггера является неопределенным. Алгебраически оно выражается требованием, чтобы произведение R^tS^t=0.

Перенеся на карту Карно (рис.2) таблицу переходов RS-триггера и доопределив значения Q^t+1 единицами можно получить МДНФ (минимизированую дизъюнктивную нормальную форму) характеристического уравнения RS-

триггера.

Таблица 2.

Рис.2 Таблица переходов R-S триггера.

(2)

Исходя из характеристического уравнения триггера, его можно построить на логических элементах И-НЕ, ИЛИ-НЕ и других. При реализации триггера на элементах И-НЕ характеристическое уравнение триггера преобразуется в структурное двойным инвертированием характеристического уравнения.

(3)

Реализация этого уравнения на элементах И-НЕ представлена на рис.3, а условное графическое обозначение (УГО) на рис.4.

Рис.3 Асинхронный R-S триггер на элементах И-НЕ.