Лабораторная работа № по курсу "Проектирование цифровых устройств"
Скачать 121.14 Kb.
|
Лабораторная работа № 2. по курсу "Проектирование цифровых устройств" Моделирование работы триггеров с помощью программы анализа электронных схем Electronic Workbench Теоретическая часть Цель работы: Ознакомление c возможностями моделирования работы схем триггеров. Исследование работы схем триггеров различных типов, исследование временных диаграмм работы триггеров. Продолжительность работы: 4 часа. 1. Основные понятия Функциональные узлы и устройства ЭВМ синтезируются на основе двух типов логических схем: комбинационных схем: (КС), 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. ^ Триггер представляет собой устройства с двумя устойчивыми состояниями, содержащее элемент памяти (собственно триггер) и схему управления, выполненную, как правило, с помощью КС. Схема управления преобразует поступающую на ее входы Х1 Х2 . . . Хm информацию 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 I (S - вход); R ( от англ. Reset - сброс) - вход для асинхронной установки триггера в состояние 0 (R - вход); D (от англ. Delay - задержка) - информационный вход для установки триггера в состояние I или 0 (D - вход); ^ ( от англ. Toggle - кувыркаться) - счетный вход (T - вход); J - вход для синхронной установки состояния I 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 информационным сигналом является уровень логического "0" (низкий уровень) на уровень логической "I" (высокий уровень) триггер не реагирует. Для прямых входов наоборот информационным сигналом является уровень логического "I". Выход же триггера принято отождествлять с его внутренним состоянием и обозначать символом Q. Подавляющее число схем триггеров имеет два выхода: прямой Q и инверсный  . В установившемся состоянии всегда, если Q = I, то = 0 и, если Q = О, то = I. При этом считают, что триггер находится в состоянии "I", если на прямом выходе Q имеется высокий уровень напряжения (Q = I, = 0), и в состоянии "0", если на прямом выходе имеется низкий уровень напряжения (Q = 0, = 1).Обозначение триггеров на функциональных схемах. Примеры условного обозначения триггеров на функциональных схемах в соответствии с ГОСТ 2.743-91 (ЕСКД) рис.2.1. 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 Х2 . . . Хm. 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 I и 0, во второй на местах Х1 Х2 . . . Хm - символы, относящие данный триггер к тому или иному функциональному типу. ^ 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  г  де - состояние триггера после окончания действия  синхронизирующего сигнала - состояние триггера до прихода синхронизирующего  сигнала  - значение сигнала на информационном входе в момент времени Между таблицей переходов и характеристическим уравнением существует взаимно однозначное соответствие, т.е. от таблицы переходов всегда можно перейти к характеристическому уравнению и наоборот. ^ 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 R-S,D-,T-,J-K- и др. типов. 2) ^ - этот признак характеризует способ записи информации и временную диаграмму работ 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. 2.1). 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 R-S типа (R-S -триггером) называется логическое устройство с двумя устойчивыми состояниями, имеющее два информационных входа R и S, такие что, при S = I и R = О триггер принимает состояние I (Q = I), а при R = I и S = 0 триггер принимает состояние 0 (Q = 0). Закон функционирования R - S - триггера с прямыми входами отображен в таблице переходов (таблица I). Таблица I. Как следует из табл.1 состояние R  - S -триггера не изменяется , если на обоих входах схемы действуют сигналы с уровнем логического нуля. В случае одновременного поступления на входы R и S логических I, триггер принимает неопределенное состояние, обозначенное в табл.1 символом *. Поэтому логические устройства на основе триггеров должны строиться с учетом исключения комбинаций сигналов R = S = I. Характеристическое уравнение R - S - триггера с прямыми входами поставленное в соответствие с его таблицей переходов и с учетом оговоренного ограничения, можно записать в виде:  Для асинхронных R - S триггеров, с инверсными входами информационным сигналом является уровень лог. "0" и запрещенной комбинацией R = S = 0, а характеристическое уравнение имеет вид  Таблица переходов отличается от табл.1. Обозначение триггеров показано на рис. 2.2 Синхронный R-S -триггер с прямыми входами. В отличии от асинхронного этот триггер на каждом информационном вводе имеет дополнительные схемы совпадения, первые входы кото-  рых объединены и на них подаются синхронизирующие сигналы. Вторые входы схем сравнения являются информационными. Таким образом, наличие схем совпадения определяет то обстоятельство, что триггер будет срабатывать от сигналов R и S только при наличии синхронизирующего импульса. Характеристическое уравнение синхронного R-S - триггера с прямыми входами можно представить в следующем виде:  На рис. 2.3 представлено обозначение синхронного R-S - триггера с прямыми входами. Закон функционирования синхронного R-S - триггера с прямыми входами представлен в таблице переходов (таблица 2). Т  аблица 2.Комбинация R=S=С=I является запрещенной и должна быть исключена при функционировании схем с использованием синхронных R-S - триггеров. ^ Триггером D-типа (D-триггером) называется логическое устройство с двумя устойчивыми состояниями и одним информационным входом D. В триггерах D-типа значение переменной в момент времени  совпадает со значением входной переменной в момент времени  , в связи с чем, такой триггер часто в литературе называют триггером задержки. Следует отметить, что асинхронный триггер D-типа не нашел практического применения, поскольку функцию такого триггера может выполнить КС, состоящая из двух последовательно соединенных инверторов. Для синхронного триггера D-типа, нашедшего широкое применение, характеристическое уравнение можно записать в следующем виде:  Из этого уравнения видно, что при наличии синхронизирующего сигнала (С=1) триггер, переходит в состояние  , а при отсутствии тактирующего сигнала (С=0) триггер сохраняет предыдущее состояние.На рис.2.4 представлено обозначение синхронного триггера D-типа без задержки управляемого уровнем синхронизирующего импульса. Вход D является информационным, а вход С - синхронизирующим. ^ Триггером T - типа (счетный триггер) называют логическое устройство с двумя устойчивыми состояниями и одним входом (T), изменяющее свое состояние на противоположное всякий раз, когда на вход T поступает управляющий (счетный) сигнал. Функционирование Т - триггера описывается следующим характеристическим уравнением:  Этому уравнению соответствует таблица переходов T - триггера (табл.3), т.е. из таблицы видно, что состояние триггера меняется на противоположное с приходом сигнала по входу T.
Схемная реализация T-триггера основана на использовании уже рассмотренных нами схем синхронных триггеров R-S, D-типов. При построении схем с использованием T-триггеров, с целью повышения быстродействия этих схем часто стремятся совместить в одном такте процесс считывания и записи информации (например, режим работы счетчика адреса ЦВМ). Этого можно добиться, используя свойство внутренней задержки. Напомним, что в триггерах с внутренней задержкой новая информация на выходе устанавливается только после окончания действия синхронизирующего импульса. ^ Триггером J-K-типа называется логическое устройство с двумя устойчивыми состояниями и двумя информационными входами J и K, которое при условии J·K=1 осуществляет инверсию предыдущего состояния (т.е. при J·K=1  ),а в остальных случаях функционирует в соответствии с таблицей истинности синхронного R-S-триггера, при этом вход J эквивалентен входу S, а вход К – входу R.Характеристическое уравнение J-K-триггера можно записать следующим образом:  ,Поведение J-К-триггера отмечено в минимизированной таблице переходов (табл. 4). Обозначение J-K-триггера показано на рис. 2.5
Триггер J-K-типа относится к разряду универсальных триггеров, поскольку на его основе путем несложных внешних коммутационных изменений можно получить схемы, выполняющие функции R-S, D и T-триггеров. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Цель работы: Ознакомление c возможностями моделирования работы схем триггеров. Исследование работы схем триггеров различных типов,... | | Тема работы Проектирование печатных плат электронных устройств в сапр p-cad 2004 утверждена приказом по факультету от 09. 04. 2007... |
| Лабораторная работа № Ознакомление с принципом действия устройств защитного отключения (узо) | | Цель работы: Ознакомиться с принципами соединения логических элементов в сложные |
| Изучить основы аналогового и цифрового телевидения, принцип действия, устройство и условия применения аналоговых и цифровых телевизионных... | | Усвоить назначение основных устройств компьютера, их необходимых в данной конфигурации |
| Основные приемы работы(контекстное меню, выделение, группирование объектов, перетаскивание мышью, получение справки) | | Лабораторная работа №3. Изменения экранного образа таблицы в субд access лабораторная работа №4. Простые и сложные запросы к базе... |
| Лабораторная работа №1. Основные этапы создания программ (на примере программы для решения квадратных уравнений) 2 | | Ознакомиться с конструкцией генератора и приводного двигателя; записать паспортные данные генератора, двигателя, измерительных... |