ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 2
ДОСЛІДЖЕННЯ РОБОТИ тригери в інтегральному ВИКОНАННІ
1. Мета роботи
Метою роботи є дослідження особливостей роботи універсальнихтригерів в інтегральному виконанні.
2. Основні теоретичні положення
2.1. В даний час відомо велика кількість різних типівтригерів, що виготовляються у вигляді інтегральних мікросхем. Як правило, цеуніверсальні тригери, тобто тригери, що поєднують в собі функціональніможливості кількох більш простих видів тригерів (наприклад: RS-і D -тригерів, RS-та JK-тригерів і т.д.). Так, наприклад, тригер,зображений на рис.1, поєднує в собі можливості RS-і D-тригерів.
Рис.1
Запис інформації в тригер даного типу проводиться по входу D. Навхід З подаються імпульси синхронізації. Крім того, тригер має вхідустановки "0" (R - вхід) і вхід установки "1" (S - вхід).
2.2. Для керування роботою тригера можуть використовуватися керуючісигнали різних рівнів. Так, вищевказаний тригер (рис.1) спрацьовуєпри подачі на входи S і R сигналів логічної "1" (прямі входи). Приуправлінні сигналом логічного нуля "0" вводиться спеціальна позначкависновку або входу мікросхем (рис.2).
Рис.2
2.3. Вхід синхронізації може бути як потенційним (рис.1), так ідинамічним (рис.2). Особливості роботи тригерів з потенційним ідинамічним входом З відображені на тимчасових діаграмах (рис.3, а) і б)відповідно).
Рис.3
Як випливає з рис.3, запис інформації на тригер з потенційнимвходом відбувається за наявності на вході З рівня логічної "1". При цьомузміна стану тригера пов'язано з надходженням сигналів на вхід D. Удинамічному тригері (рис.2) запис інформації відбувається запозитивного фронту сигналу на вході С (перехід зі стану "0" встан "1"). Існує тип тригерів, у яких запис інформаціїздійснюється за негативного фронту сигналу на вході С (перехід зстану "1" у стан "0 ").
2.4. Роботу тригера, як і інших логічних пристроїв, можнаописати за допомогою таблиці істинності. Таблиця істинності тригера зпотенційним входом (рис.1) має вигляд, представлений нижче (табл.1).
2.4.1. Режим "зберігання інформації" означає, що тригер знаходиться встані, що відповідає попереднього такту роботи (керуючі сигналивідсутні.
Таблиця 1
| S | R | D | C | Qn | Режим роботи |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | Зберігання інформації |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | Установка "1" |
| 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | Установка "0" |
| 1 | 1 | 0 | 0 |? | Заборонена комбінація |
| 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | Запис "1" |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | Запис "0" |
| 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | Див в тексті п.2.4.4 |
2.4.2. У режимі "Установка" 1 "та" Установка "0" універсальний тригерфункціонує як стандартний RS-тригер. Комбінація вхідних сигналів R = =
S = 1 є забороненою, тому що при цьому обидва виходу тригеравстановлюються в один і той стан, що суперечить нормальнійроботі логічного пристрою.
2.4.3. У режимі "Запис" 0 "і" Запис "1" універсальний тригерфункціонує як стандартний D-тригер.
2.4.4. Остання рядок у таблиці 1 ілюструє ситуацію, коли, зодного боку, робиться запис "0" по входу D, а з іншого боку --установка "1" по входу S. У цьому і подібних випадках тригер підпорядковуєтьсясигналів на настановних входах R і S.
2.4.5. Якщо тригер має динамічний вхід синхронізації С (як цепоказано на рис.2), то в таблиці істинності для позитивного інегативного фронту вводяться спеціальні позначення ( "_ |" і "| _")відповідно).
2.5. Для опису роботи тригера використовується також функція переходу
F, яка може приймати наступні чотири значення:
F = 0 (тригер не змінив стан "0 ");
F = 1 (тригер не змінив стан" 1 ");
F = ((тригер перейшов зі стану "1" у стан "0 ");
F = ((тригер перейшов зі стану" 0 "у стан" 1 ").
Функція переходу може бути представлена у вигляді таблиці, подібноїтаблиці істинності. Для тригера з прямими входами функція переходу маєвигляд (табл. 2):
Таблиця 2
| S | R | F |
| 0 | X | 0 |
| X | 0 | 1 |
| 0 | 1 | (|
| 1 | 0 | (|
Знак Х позначає байдуже стан, тобто на вхід може бутиподана як логічна одиниця "1", так і логічний нуль "0". Значенняфункції переходу логічно випливають з таблиці істинності даного тригера.
2.6. Універсальні тригери можуть бути переведені в режим рахунковийроботи, тобто такий режим, при якому стан тригера змінюється напротилежне з приходом кожного наступного імпульсу синхронізації (абоімпульсу рахунку) на його С-вхід.
У випадку D-тригера для реалізації цього режиму інверсний вихідз'єднують з D-входом. У разі JK-тригера встановлюють вхіднікеруючі сигнали J = K = 1.
3. Опис об'єкта і засобів дослідження
Рис.4
Електрична схема досліджуваного пристрою представлена на мал.4.
Елемент ДД2 являє собою тригер Шмідта, побудований на мікросхемітипу К155ТЛ1. Елемент ДД3 являє собою два універсальних D-тригера,зібраних на мікросхемі К155ТМ2, а елементи ДД4 і ДД5 - універсальні JK -тригери, зібрані на мікросхемах К155ТВ1.
3.1. Дослідження елемента ДД2.
3.1.1. Сигнал з вимірювального генератора Л31 подається на входитригера, об'єднання за схемою "І". Для цього вихід "10В" генератора Л31з'єднується з гніздом "Вхід ГС1" на блоці управління К32, а кнопка "ВСВ | _
ВНК "над гніздом" ГС1 "повинна знаходитися в віджатим стані.
3.1.2. Вхідні і вихідні сигнали тригера надходять у каналипередачі інформації (КПІ) номер 9 і 10 відповідно. Для спостереженнязазначених сигналів на екрані мультиметра необхідно, щоб кнопка "ВСВ | _
ВНК "у полі напису" КВУ "і кнопка" Комутатор "перебували в віджатимстані. Особисте спостереження сигналів на вході і виході тригерапроводиться шляхом натискання кнопок "ВХ1" і "ВХ2" відповідно, аодночасне спостереження - натисканням кнопки "комутац." під написом "Контроль
V (".
3.1.3. У режимі спостереження одночасно двох сигналів на екранімультиметра величина і взаємне розташування цих сигналів регулюєтьсяручками "(" і "((" відповідно в полі напису "Комутатор" окремодля кожного каналу ( "ВХ1" для КПІ 10 і "ВХ2" для КПІ 9).
3.2. Дослідження елемента ДД3 в статичному і динамічному режимі.
3.2.1. Логічні сигнали "0" і "1" на вході тригерів задаються задопомогою кнопок з фіксацією SA1 (SA6, розташованих на передній панеліблоку К32 під написом "Програматор кодів". Віджатою стан кнопкивідповідає завданням логічного "0", а натисканням - завданням логічній "1".
Натискання стан кнопки супроводжується загорянням відповідногосвітлодіоди зеленого кольору, розташованого поблизу цієї кнопки
"Програматори кодів".
3.2.2. Для подання позитивного імпульсу ( "_ | | _") на вхід Стригера необхідно швидко перевести відповідну кнопку звіджатого стану в натисканні і назад.
3.2.3. Для індикації логічних сигналів на виході тригера,що працює в статичному режимі (верхня частина елемента ДД3), служить лівецифрове табло блоку К32. При цьому кнопка "10 | _2", розташованабезпосередньо під табло, повинна знаходитися в натиснутому стані.
3.2.4. Нижня частина елемента ДД3 являє собою тригер,що працює в рахунковому режимі. На його рахунковий вхід З надходить безперервнапослідовність імпульсів. Одночасно така ж послідовністьнадходить у КПІ1. Вихідні сигнали тригера (прямий і інверсний) надходятьв КПІ2 і КПІ3 відповідно.
3.2.5. Лабораторний стенд дозволяє спостерігати на екрані мультиметраодночасно два сигнали з будь-яких двох КПІ з восьми (двоканальний режимспостереження). Вибір двох визначених КПІ проводиться таким чином:
3.2.5.1. Натиснути кнопку "ВСВ | _ ВНК" під написом "КВУ", при цьому улівих індикаторів обох цифрових табло починає світитися знак комою.
3.2.5.2. При віджатою кнопці "ВХ1 | _ ВХ2" набрати за допомогою кнопок "23
(20 "програматора" СІ "двійковий код першого обраного КПІ і натиснутикнопку "Пуск". При цьому на лівому табло біля знаку коми з'явиться номервибраного КПІ.
3.2.5.3. При натиснутій кнопці "ВХ1 | _ ВХ2" повторити зазначенупроцедуру для другого обраного КПІ. Номер цього КПІ з'явиться у знакакомою правого табло.
3.2.5.4. Натиснути кнопку "Комутатор" під написом "Контроль V (".
Тепер два обраних КПІ через канали комутатора лабораторного стендуз'єднані з осцилографом мультиметра. Регулювання величини і розташуваннясигналів на екрані здійснюється роздільно ручками "(" і "((" під написом
"Комутатор". Зліва розташовані ручки регулювання першого каналукомутатора, праворуч - другого каналу комутатора.
3.2.5.5. Для виходу з режиму спостереження сигналів на екранімультиметра перевести кнопку "ВСВ | _ВНК" під написом "КВУ" в віджатоюстан.
3.3. Дослідження елементів ДД4 (статичний режим) і ДД5 (рахунковийрежим).
3.3.1. Логічні сигнали "0" і "1" на S, R, J і К - входиуніверсальних тригерів подаються за допомогою кнопок SA7 (SA12 (аналогічнорозглянутому в п.3.2.1 .).
3.3.2. Сигнал на вхід З тригера надходить від вбудованого генератораімпульсів лабораторного стенду, що виробляє серію імпульсівпозитивної полярності. Число імпульсів може змінюватися від 1 до 15 івстановлюється за допомогою кнопок з фіксацією "23 (20", розташованих піднаписом "Програматор СІ". Кнопки без фіксації "Пуск" і "Встанов. 0 "служать для завдання режиму роботи генератора. При цьому повинна дотримуватисянаступна послідовність дій:
3.3.2.1. Набрати число імпульсів у пачці в двійковому коді за допомогоюкнопок "23 (20". кнопці в натиснутому стані відповідає двійкова одиниця
(при цьому загоряється відповідний світлодіод).
3.3.2.2. Натиснути кнопку "Встанов. 0 "і переконатися, що світлодіод кнопки
"Пуск" погашений. Генератор імпульсів готовий до роботи.
3.3.2.3. Натиснути кнопку "Пуск". При цьому генератор виробляє потрібнупачку імпульсів. Для повторного включення генератора натиснути кнопку
"Встанов. 0 ", а еатем кнопку" Пуск "і т.д.
3.3.3. Контроль вихідних сигналів тригера ДД4 здійснюється здопомогою лівого цифрового табло на блоці К32.
3.3.4. Рахункові імпульси на тригер ДД5, що працює в рахунковому режимі,надходять через елемент "І", зібраний на мікросхемі ДД1. Сигнал логічної
"1", що дозволяє проходження послідовності імпульсів, подається наелемент "І" натисканням кнопки SA15. Статус вільних входів J і K тригера
ДД5 відповідає наявності для них сигналу логічної одиниці.
3.3.5. Сигнали з прямого і інверсно виходу тригера ДД5 надходять в
КПІ4 і КПІ5 відповідно. При цьому можливе спостереження цих сигналів наекрані мультиметра спільно з вхідними рахунковими імпульсами, які надходятьна КПІ1. Вибір КПІ проводиться згідно п.3.2.5.
4. Методичні рекомендації до виконання роботи
4.1. Дослідження тригера Шмідта.
4.1.1. Переконатися в правильності комутацій лабораторного стендузгідно п.п.3.1.1. (3.1.3. Даного вказівки.
4.1.2. Установити на виході генератора Л31 вихідний сигнал з частотою
F = (1 + 2) кГц
4.1.3. Забезпечити двоканальний режим спостереження сигналів на вході івиході тригера згідно п.п.3.1.1. (3.1.3. Змінюючи рівень напруги навиході генератора Л31, отримати зображення цих сигналів на екранімультиметра і замалювати їх в єдиному масштабі часу.
4.1.4. Виміряти параметри вихідного сигналу тригера (вимірюваннярекомендується проводити при натиснутій кнопці "ВХ1".
4.1.5. Змінюючи амплітуду сигналу на вході тригера, встановити моментзникнення сигналу на виході тригера. Виміряти амплітуду відповідноговхідного сигналу (вимірювання проводити при натиснутій кнопці "ВХ2 ").
4.1.6. За результатами вимірювань побудувати передавальний характеристикутригера Шмідта.
4.1.7. Зробити висновки по даному пункту.
4.2. Дослідження універсального D-тригера.
4.2.1. Ставлячи за допомогою кнопок SA1 (SA4 програматора кодіврізні рівні логічних сигналів і імітуючи позитивний імпульс на S,
R, D і С входах тригера (див. п.п.3.2.1. (3.2.3.), Визначити за допомогоюцифрового табло відповідні логічні сигнали на прямому і інверсновиході тригера. Результати занести в табл.3.
Таблиця 3
| | | D | C | Q | | F |
| 0 | 0 | 0 | 0 | | | - |
| 1 | 1 | 0 | 0 | | | - |
| 1 | 0 | 0 | 0 | | | |
| 1 | 1 | 0 | 0 | | | |
| 0 | 1 | 0 | 0 | | | |
| 1 | 1 | 0 | 0 | | | |
| 0 | 1 | 0 | 0 | | | |
| 1 | 0 | 0 | 0 | | | |
| 1 | 1 | 0 | 0 | | | |
| 1 | 0 | 0 | 0 | | | |
| 0 | 1 | 0 | 0 | | | |
| 1 | 0 | 0 | 0 | | | |
| 1 | 1 | 0 | _ | | _ | | | |
| 1 | 1 | 1 | _ | | _ | | | |
| 1 | 1 | 0 | _ | | _ | | | |
| 1 | 1 | _ | | _ | 0 | | | - |
| 1 | 1 | _ | | _ | 1 | | | - |
4.2.2. За результатами досліджень скласти таблиці функцій переходудля RS-і D-тригерів (таблиця 4, таблиця 5 відповідно).
Таблиця 4 Таблиця 5
4.2.3. Провести аналіз таблиці встановити тип входу З-тригера
(потенційний або динамічний).
4.3. Дослідження універсального D-тригера в рахунковому режимі.
4.3.1. Використовуючи двоканальний режим спостереження сигналів (п.3.2.5.),проконтролювати сигнали на вході С і виходах тригера і представити їх уєдиному масштабі часу у вигляді тимчасових діаграм. (мал. 5).
Рис.5
Примітка: У силу особливостей реалізації двоканального режиму спостереження спільне зображення двох каналів на екрані може бути змішане в часі . У зв'язку з цим при складанні епюр (мал. 5) слід керуватися також теоретичними відомостями про роботу рахункового тригера.
4.4. Дослідження JK-тригера в статичному режимі.
4.4.1. Встановити на входах тригера ДД4 вихідні логічні сигнали:логічну "1" на S і R входах і логічний "0" на J і K входах.
4.4.2. Подачею короткочасного сигналу логічного "0" на вхід Rвстановити тригер в стан "0".
4.4.3. Підготувати генератор імпульсів для формування одиночногоімпульсу позитивної полярності (див. п.3.3.2 .).
4.4.4. Подаючи керуючі сигнали на J, K і С входи тригеразгідно з таблицею 6, визначити за допомогою цифрового табло логічні сигналиі їх переходи на виходах тригера. Результати вимірювань занести в табл.6.
Таблиця 6
| J | K | C | Q | | F |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | - |
| 0 | 1 | _ | | _ | | | |
| 1 | 0 | _ | | _ | | | |
| 0 | 0 | _ | | _ | | | |
| 1 | 0 | _ | | _ | | | |
| 0 | 1 | _ | | _ | | | |
| 0 | 0 | _ | | _ | | | |
| 1 | 1 | _ | | _ | | | |
| 1 | 1 | _ | | _ | | | |
| 1 | 1 | _ | | _ | | | |
Таблиця 7
| P | J | K |
| 0 | | |
| 1 | | |
| (| | |
| (| | |
4.4.5. За результатами досліджень скласти таблицю функцій переходудля JK-тригера (табл.7).
4.4.6. Провести аналіз даних (табл.4) і встановити режим роботитригера при J = K = 1.
4.5. Дослідження JK-тригера в динамічному режимі.
4.5.1. Проаналізувати схему включення тригера ДД5 і встановитирежим його роботи. Скласти план дослідження і погодити його звикладачем або майстром. Провести дослідження роботи JK-тригера.
4.5.2. Результати дослідження оформити у вигляді окремого розділузвіту з використанням необхідних таблиць і тимчасових діаграм.
5. Зміст звіту
1. Назва та мета лабораторної роботи.
2. Електрична схема досліджуваного пристрою (рис. 4).
3. Таблиці та епюри напруг.
4. Висновки по роботі.
6. Контрольні запитання
1. Які в мене є тригери як електронні пристрої?
2. У полягає відмінність динамічного тригера від потенційного? Які відмінності в позначення цих тригерів?
3. Що таке прямий і інверсний входи?
4. Що таке заборонена комбінація сигналів на входах тригера?
5. Що розуміється під функцією переходу тригера? Які значення может приймати функція переходу?
6. У чому полягає відмінність RS, D і JK тригерів?
7. Що таке рахунковий режим роботи тригера? Як реалізується цей режим у випадку D і JK тригера?
7. Список використаної літератури
1. Аналогові та цифрові інтегральні мікросхеми. С. В. Якубовський,
Н. А. Барканов та ін; Під ред. С. В. Якубовського. - М.: Радіо і зв'язок,
1985.
Зміст
Мета роботи
| | 1 |
Основні теоретичні положення
| | 1 |
Опис об'єкта і засобів дослідження
| | 4 |
Методичні рекомендації до виконання роботи
| | 7 |
Зміст звіту
| | 10 |
Контрольні питання
| | 10 |
Список використаної літератури
| | 11 |
| | |
