Лабораторная работа №5 Исследование триггеров и счетчиков в программе Electronics Workbench
Цель работы: изучение структуры и алгоритмов работы синхронных и асинхронных триггеров; изучение принципов построения синхронных счетчиков.
Используемые приборы и оборудование в программе Electronics Workbench: двухвходовые логические элементы, RS-, JK- и D-триггеры; двухпозиционные переключатели, логические пробники, семисегментные индикаторы; источник сигнала «5 В», источник сигнала «0 В».
1. Краткие теоретические положения
Общие сведения. Триггерами называют класс электронных устройств, обладающих способностью сколь угодно долго находиться в одном из двух устойчивых состояний.
В отличие от комбинационных логических схем (КЛС), триггеры – это логические устройства с памятью. Это свойство обеспечивается наличием в них обратных связей. Выходные сигналы триггеров в общем случае зависят не только от текущих входных сигналов, но и предыдущих состояний триггера, а значит, и от предыдущих входных сигналов.
Триггеры могут быть синхронными и асинхронными. В зависимости от алгоритма работы триггеры могут иметь информационные, установочные и управляющие (тактовые) входы. Установочные входы устанавливают состояние триггера независимо от состояния других входов. Управляющие входы (входы синхронизации) управляют записью данных, подающихся на информационные входы.
Наиболее распространенными являются триггеры RS-, JK-, D- и T-типов.
RS-триггер – это один из простейших автоматов с памятью, который может находиться в одном из двух устойчивых состояний (0 или 1). Он имеет два установочных входа: S (Set – установить в 1) и R (Reset – сбросить в 0). Если подать на оба установочных входа нули, то триггер хранит предыдущее состояние. Каждое состояние устойчиво и поддерживается за счет обратных связей. Подача на оба информационных входа единиц запрещена. RS-триггер обычно выполняется с парафазными выходами на элементах И-НЕ или ИЛИ-НЕ. RS-триггер может асинхронным или синхронным.
Зависимость Q t +1 от Q t характеризует свойство запоминания предыдущего состояния. Граф на рис. 1 показывает эту зависимость для RS-триггера.
Рис. 1. Граф переходов RS-триггера Рис. 2. Граф переходов RS-триггера (другой вариант)
Этот граф показывает, что схема, которая находилась в состоянии Q=0, сохраняет это состояние при воздействии входных наборов R=0; S=0 и R=1; S=0. Если же на вход схемы, находящейся в состоянии Q=0 подействовать набором R=0; S=1, то она переходит в состояние Q=1 и сохраняет его под действием наборов R=0; S=0 и R=1; S=0. На рис. 2 этот граф перерисован более компактно: входные сигналы, которые могут принимать значения как 0, так и 1, обозначены как Х, а последовательность обозначения входных сигналов соответствует порядку R, S.
Триггер типа JK может быть выполнен только синхронным. Помимо информационных входов J и K он имеет тактирующий вход (или вход синхронизации) C. Также он может иметь асинхронхронные установочные входы Ra и Sa, которые имеют приоритет над входами J и K.
D-триггер также выполняется синхронным. Он имеет один информационный вход (D – Date), может иметь также асинхронные входы сброса в 0 и установки в 1.
Счетчиком называют схему, предназначенную для выполнения микроопераций счета и хранения слов. Если микрооперация счета выполняется в канонической двоичной системе счисления (с естественным порядком весов), то такой счетчик называется счетчиком с естественным порядком счета. Если микрооперация выполняется в неканонической системе, то такой счетчик называется счетчиком с произвольным порядком счета.
По способу реализации цепей переноса (заема) между разрядами счетчики подразделяются на следующие типы: с последовательным переносом; с параллельным переносом; с групповым переносом.
Источник
Электроника
учебно-справочное пособие
Electronics Workbench
Исследование триггеров
в программе Electronics Workbench
Подробнее о триггерах можно узнать здесь.
1. Исследование работы RS-триггера
- В программе Electronics Workbench cоберите модель для исследования RS-триггера (рис. 1).
Рис. 1 — Модель для исследования RS-триггера
1. Верхнее по схеме положение переключателей соответствует подаче логической «1», нижнее положение — логического «0».
2. Положение переключателей изменяется при нажатии на клавиатуре клавиш «R» (SA1) и .
3. Белый цвет индикаторов HL1-HL4 соответствует логическому «0», красный цвет — .
| Наименование | Обозначение элемента | Вкладка Label (Свойство:Значение) | Вкладка Value (Свойство:Значение) |
|---|---|---|---|
| Индикатор | HL1 | Label: HL1 | |
| Индикатор | HL2 | Label: HL2 | |
| Индикатор | HL3 | Label: HL3 | |
| Индикатор | HL4 | Label: HL4 | |
| RS-триггер | DD1 | Label: DD1 | |
| Переключатель | SA1 | Label: SA1 | Key: R |
| Переключатель | SA2 | Label: SA2 | Key: S |
в верхнем правом углу, чтобы включить схему.| № | R (HL1) | S (HL2) | Q (HL3) | Q (HL4) |
|---|---|---|---|---|
| 1 | ||||
| 2 | 0→1 | |||
| 3 | 1→0 | |||
| 4 | 0→1 | |||
| 5 | 1→0 | |||
| 6 | 1 | 1 |
в верхнем правом углу, чтобы выключить схему.2. Исследование работы логического элемента «ИЛИ»
- В программе Electronics Workbench cоберите модель для исследования JK-триггера ( рис. 2).
Рис. 2 — Модель для исследования JK-триггера
1. Верхнее по схеме положение переключателей соответствует подаче логической «1», нижнее положение — логического «0».
2. Положение переключателей изменяется при нажатии на клавиатуре клавиш «J» (SA1), «K» (SA2) и .
3. Белый цвет индикаторов HL1-HL5 соответствует логическому «0», красный цвет — .
| Наименование | Обозначение элемента | Вкладка Label (Свойство:Значение) | Вкладка Value (Свойство:Значение) |
|---|---|---|---|
| Индикатор | HL1 | Label: HL1 | |
| Индикатор | HL2 | Label: HL2 | |
| Индикатор | HL3 | Label: HL3 | |
| Индикатор | HL4 | Label: HL4 | |
| Индикатор | HL5 | Label: HL5 | |
| JK-триггер | DD1 | Label: DD1 | |
| Переключатель | SA1 | Label: SA1 | Key: J |
| Переключатель | SA2 | Label: SA2 | Key: K |
| Переключатель | SA3 | Label: SA3 | Key: C |
в верхнем правом углу, чтобы включить схему.| № | J (HL1) | K (HL2) | С (HL3) | Q (HL4) | Q (HL5) |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 1 | ||||
| 2 | 1→0 | ||||
| 3 | 1 | ||||
| 4 | 1 | 0→1 | |||
| 5 | 1 | 1→0 | |||
| 6 | 1 | 1→0 | |||
| 7 | 1 | 1 | 1→0 | ||
| 8 | 1 | 1 | 1→0 |
в верхнем правом углу, чтобы выключить схему.
Электроника © ЦДЮТТ • Марсель Арасланов • 2020
Источник
Триггеры
Триггер является элементом хранения информации, который широко применяется при построении счетчиков, регистров и других устройств памяти. Одним из наиболее важных свойств триггера является его способность устанавливать состояние своего выхода в одно из двух возможных состояний, которые могут быть представлены как логические нуль и единица. В соответствие с этим состояние триггера может рассматриваться как бит информации.
Триггер — цифровой автомат, имеющий два устойчивых состояния равновесия либо 0, либо 1.
Состояние триггера распознается по его входному сигналу. Под влиянием входного сигнала триггер скачкообразно переходит из одного устойчивого состояния в другое, при этом скачкообразно изменяется уровень напряжения его выходного сигнала. Для удобства использования в схемах вычислительных устройств триггеры обычно имеют два выхода: прямой Q (называется также «выход 1») и инверсный ?Q («выход 0»). В единичном состоянии триггеры на выходе Q имеют высокий уровень сигнала, а в нулевом — низкий. На выходе ?Q наоборот.
Если хотя бы с одного входа информации в триггер заносится принудительно под воздействием синхронизирующего сигнала, то триггер называется синхронизируемым (синхронным). Если занесение информации в триггер с любого входа производится без синхронизирующего сигнала, то триггер называется несинхронизируемым (асинхронным).
Состояние триггера определяется сигналом Q на прямом выходе триггера (или сигналом ?Q на его инверсном выходе).
Законы функционирования триггеров задаются таблицами переходов с компактной записью, при которой в столбце состояний может быть указано, что новое состояние совпадает с предыдущим либо является его отрицанием.
Типы триггеров
Триггер типа RS имеет два входа раздельной установки в нулевое и единичное состояния. Воздействие по входу S (обозначен по первой букве слова set – установка) приводит триггер в единичное состояние, а воздействие по входу R (от первой буквы слова reset – сброс) – в нулевое. Одновременная подача сигналов S и R не допускается, что является недостатком для RS-триггера.
Асинхронный RS-триггер на вентилях ИЛИ-НЕ показан на рисунке.
Рис. Схема исследования RS-триггера
Триггер образован из двух комбинационных схем ИЛИ-НЕ, соединенных таким образом, что возникают положительные обратные связи, благодаря которым в устойчивом состоянии выходной транзистор одной схемы ИЛИ-НЕ закрыт, а другой открыт. Ниже представлена таблица закона функционирования асинхронного RS-триггера.
Таблица переходов асинхронного RS-триггера на элементах ИЛИ-НЕ
Источник