Методические рекомендации студентам по выполнению практических работ. метод_цс. Методические рекомендации студентам по выполнению лабораторных работ по мдк 01. 01 Цифровая схемотехника
 Скачать 182.06 Kb.
|
|
Рисунок 1.5 Функциональная схема D триггера  Рисунок 1.6. УГО D – триггера Счетный или Т-триггер переключается из исходного состояния в противоположное под действием синхросигнала. Из этого следует, что триггер должен быть синхронным. Для его реализации попробуем воспользоваться D-триггером. Построим Т-триггер на базе D-триггера, приведенного на рисунке 1.6. Полученная схема приведена на рисунке 1.7. Поскольку D триггер был построен на базе RS-триггера, то следовательно и Т-триггер можно сделать на его основе. Этот вариант схемы приведен на рисунке 1.8. Данные схемы переключаются с приходом каждого сигнала активного уровня на вход Т. Схемы достаточно просты, однако они не позволяют реализовать Т-триггер. Поскольку каждая из них не сможет пребывать в устойчивом состоянии в период действия активного сигнала на входе Т. В этом случае схемы переходят в автогенераторный режим. Для исключения данного эффекта Т-триггер строят на базе двухступенчатого триггера.  Рисунок 1.7. Реализация Т-триггера на основе D – триггера  Рисунок 1.8. Реализация Т-триггера на основе RS – триггера Двухступенчатые или двухтактные триггеры состоят из двух триггеров. Первый (находящийся левее) называется «ведущий», а второй- «ведомый». Данная структура получила наименование: MS-триггер (Master-Slave). В MS-триггерах не возникает эффекта автогенерации, поскольку каждая ступень данного триггера переключается в то время, когда другая не активна. На рисунке 1.9 представлен вариант построения двухступенчатого тригера на базе D-триггеров, а на рисунке 1.10 – на базе RS-триггеров. Из иллюстраций видно, что ведущий (Master) триггер переключается при наличии сигнала активного уровня (лог.1) на входе С. На его информационные входы поступают сигналы с выходов ведомого. Ведомый (Slave) триггер в этот момент переключится не может, так как на него подается инвертированный сигнал синхронизации. В данном случае он имеет уровень лог. 0. По завершению действия на входе С ведущего триггера активного сигнала и переходе его в уровень лог.0 триггер перестает реагированть на изменения информационных сигналов. Он фиксирует записанную в него информацию. Однако теперь разрешена работа ведомому триггеру, поскольку на его входе синхронизации присутствует активный уровень лог. 1. Триггер воспринимает сигналы с выходов ведущего и переключается в новое состояние, которое и считается состоянием MS-триггера.  Рисунок 1.9. Реализация двухступенчатого Т-триггера на основе D – триггера  Рисунок 1.10. Реализация двухступенчатого Т-триггера на основе RS – триггера ФАЛ Т-триггера имеет вид: Qn+1 = CQn V (QnT V QnT ) (1.6) Представленные структуры можно «скрыть» за УГО Т-триггера общего вида. Подобное УГО представлено на рисунке 1.11. По характерному внешнему признаку – наличию только одного информационного входа Т можно предположить, что данный триггер асинхронный. Однако это не так. Из рисунков 1.9 и 1.10 хорошо видно, что информационный вход Т по сути является синхронизирующим входом С. Поэтому триггеры данного типа будем называть «псевдоасинхронные Т-триггеры».  Рисунок 1.11. УГО псевдоасинхронного Т – триггера Те Т-триггеры, которые имеют специализированные обособленные информационный и синхронизирующий входы будем считать синхронными. Уго данного тириггера приведено на рисунке 1.12. Идентификационным признаком двухступенчатых триггеров является наличие в поле функциональной спецификации УГО двух символов «ТТ».  Рисунок 1.12. УГО синхронного Т – триггера Универсальный JK триггер также относится к классу двухступенчатых. Он может быть только синхронным. По логике своей работы JK-триггер наиболее близок к RS-триггеру, но в отличае от последнего не имеет запрещенных входных комбинаций. Вход J является входом установки триггера в состояние лог. 1, а вход К – в солстояние лог. 0. Наличие активных уровней сигналов на данных входах не нарушает логику работу триггера. В этом случае он функционирует как Т-триггер. Функциональная схема JK-триггера приведена на рисунке 1.13, а УГО – на рисунке 1.14. Универсальный JK-триггер может быть использован в качестве базового для реализации на нем всех типов триггеров. ФАЛ JK-триггера имеет вид: Qn+1 = CQn VC (QnJ V QnK ) (1.7)  Рисунок 1.13. Функциональная схема JK–триггера  Рисунок 1.14. УГО JK–триггера Описание лабораторной установки Лабораторная работа выполняется на типовом учебном стенде. При выполнении работы используются простые логические элементы, расположенные в центральной части стенда. На лицевой панели блока расположены: тумблеры для подачи сигналов лог.I и лог.0 на входы используемых логических элементов SAI ... SA4 и SA5 ... SA8; светодиоды HI ... H4 и H5 ... H8 для визуального контроля значений выходных сигналов элементов (горение электрода соответствует сигналу лог.I); гнезда для коммутации логических элементов между собой и контроля сигналов с помощью осциллографа; блок генератора и одновибратора, для формирования одиночного синхроимпульса. Основными элементами, используемыми в работе являются логические элементы ИЛИ, И, ИЛИ – НЕ, И – НЕ. Задание на лабораторную работу Ознакомиться с составом, назначением каждого функционального узла стенда. Уяснить расположение и назначение тумблеров, кнопок и светодиодов на лицевой панели стенда. Собрать функциональные схемы и исследовать работу триггеров типа RS, D, T, JK в автономном статическом режиме формирования информационных и синхронизирующих сигналов. Начертить функциональные схемы и УГО RS, D, T, JK триггеров, привести их ФАЛ Построить таблицы истинности указанных типов триггеров. Исследовать работу интегрального JK-триггера, составить его таблицу истинности. Определить приоритеты входов. Реализовать на интегральных JK-триггерах RS, D, T триггеры и начертить соответствующие функциональные схемы. При выполнении лабораторной работы руководствоваться методическими указаниями п.6. .Методические указания При выполнении п.2. задания руководствоваться схемами, приведенными на рисунках 1.3, 1.4, 1.5, 1.10, 1.13. Для визуализации состояния триггеров выходы Q и подключить к светодиодам. В работе необходимо реализовать асинхронные RS-триггеры на элементах И-НЕ и ИЛИ-НЕ и синхронный RS-триггер на любом типе элементов. Убедиться, что триггеры обладают запрещенными комбинациями. При реализации Т-триггера по схеме, представленной на рисунке 1.8 убедиться в том, что нарушается алгоритм работы триггера. По результатам проведенных экспериментов составить таблицы истинности для каждого из исследуемых триггеров. При выполнении п.5 задания использовать JK-триггер, установленный в лабораторном стенде. Синхросигнал для данного триггера необходимо подавать от одновибратора. Запуск одновибратора осуществляется нажатием на кнопку, при этом формируется только один импульс заданной длительности и полярности. Составить таблицу истинности для интегрального JK-триггера. Для этого в качестве входных рассматривать сигналы: S, R, J, K, C. В ходе эксперимента выяснить приоритетность информационных входов. Содержание отчета Отчет должен содержать: 1. Функциональные схемы и УГО RS, D, T, JK-триггеров. 2. Таблицы истинности и ФАЛ указанных триггеров. 3. УГО и таблицу истинности интегрального JK-триггера. 4. Функциональные схемы реализации на интегральном JK-триггере D и T триггеров. 5. УГО и цоколевку ИМС К155ТР2, К155ТМ2 К155ТВ1, К155ТВ9. Контрольные вопросы 1. В чем отличие комбинационных и последовательностных логических устройств? 2. Какие триггеры называются асинхронными, а какие синхронными? 3. Чем вызвана необходимость введения двухступенчатости триггеров? 4. Какие типы триггеров должны быть двухступенчатыми? 5. Какой тип триггеров называется «универсальным» и почему? 6. Какой тип триггеров имеет запрещенные комбинации входных сигналов и почему? Лабораторная работа №2 Цифровые автоматы Цель работы: изучение принципов синтеза цифровых автоматов на основе их исходного описания. Теоретические сведения Цифровой автомат (ЦА) с памятью – это любое последовательностное логическое устройство. Цифровой автомат в общем случае содержит N триггеров, поэтому его состояния характеризуются N-разрядным двоичным словом. В таком случае ЦА может находиться в 2N состояниях. В общем случае ЦА автомат может быть представляет собой систему состоящую из двух подсистем: комбинационной и триггерной. Структура ЦА представлена на рисунке 2.1.  Рисунок 2.1. Структурная схема цифрового автомата с памятью Поведение ЦА характеризуется пятью типами сигналов: Х – входное кодовое слово; Z – выходное кодовое слово; Y – управляющее кодовое слово, обеспечивающее требуемый порядок смены состояний ЦА; Q – кодовое слово, характеризующее состояние ЦА; C – сигнал синхронизации, инициирующий процесс переключения триггеров. Исходное описание работы ЦА может быть задано одним из трех способов: словесным описанием, таблицей состояний или графом переходов. Все формы могут взаимно трансформироваться одна в другую, при этом наиболее лаконичными и наиболее удобными для синтеза являются таблица состояний и граф переходов.В общем случае правила синтеза ЦА формулируются следующим образом: 1. По условию работы ЦА определяется число необходимых состояний и требуемый объем его триггерной подсистемы. 2. Формализуют описание ЦА путем составления таблицы состояний или графа переходов. 3. Выбирают тип триггера для реализации триггерной подсистемы. 4. Используя формализованный алгоритм работы ЦА (результат п.2) и таблицу истинности выбранного типа триггера составляют расширенную таблицу переходов. 5. Из расширенной таблицы переходов получают функции алгебры логики (ФАЛ), описывающие комбинационную подсистему и минимизируют их. 6. По полученным ФАЛ строят логическую схему ЦА. Рассмотрим приведенные пункты более подробно. При словесном способе описания ЦА как правило необходимо определить число его состояний. Оно может быть определено как максимальное число комбинаций выходного кода, которые могут быть получены при одном значении входного сигнала. Из этого показателя по формуле (2.1) определяется объем триггерной подсистемы. n ≥ log2M (2.1) где: М – число необходимых состояний ЦА; n – количество триггеров. Параметр n должен быть получен путем округления в большую сторону до ближайшего целого значения выражения (2.1). При использовании таблицы состояний или графа переходов объем триггерной подсистемы уже известен. Таблица состояний и граф переходов отражают картину перехода автомата из одного состояния в другое под воздействием входных сигналов и показывают значения выходных сигналов. При заполнении таблицы состояний на пересечении j-го столбца и I-той строки записывается дробь. В числителе указывается состояние в которое попадает ЦА после прихода очередного импульса синхронизации С, если он находился в iтом состоянии и на его входе действовал j-тый входной сигнал. В знаменателе указывается текущее значение выходного сигнала, существующее в ЦА до прихода очередного импульса С при нахождении его в том состоянии при действии j-того входного сигнала. Пример таблицы переходов представлен в таблице 2.1. Таблица 2.1. Таблица состояний цифрового автомата
Граф переходов представляет собой графическую интерпретацию работы цифрового автомата. Каждое состояние ЦА изображается в виде окружности с указанием кода соответствующего состояния. Переход из одного состояния в другое изображается в виде стрелки. Над стрелкой записывается дробь. В числителе указывается значение входного сигнала под действием которого будет происходить переход. В знаменателе записывается текущее значение выходного сигнала, соответствующее указанному (исходному) состоянию и значению входного сигнала. Граф переходов, соответствующий ЦА, описанному таблице 2.1. представлен на рисунке 2.2.  Рисунок 2.2. Граф переходов цифрового автомата Для реализации триггерной подсистемы при синтезе ЦА выбирают синхронный RS, T или JK триггеры. Возьмем для реализации описанного ЦА JK триггер. Таблица истинности этого типа триггера приведена в таблице 2.2. Таблица 2.2. Таблица истинности JK триггера
Символом «/» в данной таблице отмечен переход сигнала из состояния Лог.0 в состояние Лог.1. Из таблицы состояний и графа переходов видно, что объем триггерной подсистемы равен 2, а количество состояний – 4. Руководствуясь формальным описанием ЦА, заданным в виде таблицы состояний или графа переходов и таблицы истинности для выбранного типа триггеров построим расширенную таблицу переходов. Данная таблица представлена в таблице 2.3. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||