Назначение триггеров. Курсовая. Введение Данная работа посвящена рассмотрению роли триггеров в цифровых устройствах
 Скачать 431.53 Kb.
|
|
Триггеры с динамическим управлением. В триггерах с динамическим управлением (управлением фронтом синхронизирующего сигнала) процессы, связанные с переключением, происходят в течение короткого времени вблизи фронта сигнала на синхронизирующем входе. Синхронизирующий вход, вызывающий переключение триггера при действии положительного сигнала, называется прямым динамическим входом (условное обозначение прямого динамического входа триггера показано на рис. 11,а); вход, вызывающий переключение на отрицательном фронте синхронизирующего сигнала, называется инверсным динамическим входом (условное обозначение инверсного динамического входа триггера приведено на рис. 11,б). 2.3.3 D-триггер Рассмотрим функционирование D-триггера с логическом структурой, приведенной на рис. 12,а. Элементы И-НЕ 1 и 2 составляют простейшую выходную триггерную структуру, состояние которой определяет состояние всего D-триггера. Элементы И-НЕ 3...6 образуют схему, формирующую сигналы Y1 и Y2, которые переключают выходную триггерную структуру.  Запишем логические выражения, определяющие коммутирующие сигналы Y1 и Y2. Преобразуем эти выражения, пользуясь правилом де Моргана:  ( 6)  ( 7) Выражения построены таким образом, что переменные левых частей входят в правые части выражений. Такие выражения имеют следующий смысл: если в правые части подставить значения Y1 и Y2 для данного момента времени, то логические выражения определяют для этих переменных новые значения, которые установятся в последующие моменты времени. При С = 0 ( = 1) Y1 = 1 Y2 = 0 и, таким образом, на входах выходной триггерной структуры действуют пассивные уровни и в триггерной структуре сохраняется ранее установленное в ней состояние. Если на синхронизирующем входе С происходит переход с уровня лог, 0 к уровню лог. 1 (т. е. воздействует фронт положительной полярности), то для определения новых значений Y1 и Y2 в правые части выражений ( 6) и ( 7) следует подставить значения этих переменных, соответствующие моменту времени до поступления фронта сигнала на вход С (т. е. значения Y1 = 1 и У2 =1). При этом Y1 = и Y2 = D. Эти значения, будучи подставлены в правые части выражений ( 6) и ( 7), приводят к тем же значениям для Y1 и Y2. Это подтверждает их устойчивость. Активная комбинация сигналов D = 0, Y2 =0, действуя на входе элемента И-НЕ 2, устанавливает на его выходе = 1, на выходе элемента И-НЕ 1 устанавливается Q = 0. Триггер оказывается установленным в состояние 0. При D = 1 и Y1 = 0 активный уровень лог. 0, действуя на входе элемента И-НЕ 1, устанавливает на его выходе Q = 1. Триггер оказывается в состоянии 1. Таким образом, при действии на входе С положительного фронта сигнала триггер устанавливается в состояние, соответствующее поданной на вход D информации.  Заметим, что установленные в момент фронта сигнал С уровни Y1 и Y2 в дальнейшем в течение всего времени действия сигнала С = 1 остаются неизменными, если даже и изменяется значение на входе D. Действительно, если подставить в правые части выражений ( 6) и ( 7), например, комбинацию значений Y1 = 1 и Y2 = 0, то получим что и подтверждает нечувствительность значений Y1 и Y2 к значениям сигнала на входе D после переключения триггера. Для того чтобы могло произойти новое переключение триггера, необходимо воздействие на входе С нового фронта положительной полярности. Для представления триггера данного типа в схемах используется условное изображение, показанное на рис. 12,б. Триггеры обычно снабжают дополнительными асинхронными входами Rd (установки в состоянии 0) и Sd (установки о состояние 1), сигналы на которых производят установку триггеров в соответствующее состояние, независимо от значения сигналов на входах D и С. Цепи асинхронных входов Rd и Sd показаны на рис. 12,а штриховыми линиями. Условное обозначение D-триггера с асинхронными входами Rd и Sd приведено на рис. 12,в. На рис. 13 показана схема D-триггера, построенного на элементах ИЛИ-НЕ. Выражения для логических уровней в точках Y1 и Y2 данной схемы имеют следующий вид (без учета входов Rd и Sd):  (8) (9)Анализ выражений, подобный приведенному выше применительно к триггеру, построенному на элементах И-НЕ, показывает, что переключение триггера происходит при отрицательном фронте сигнала на входе С. При этом переключающие уровни определяются выражениями Y1 = и Y2=D. На рис. 13,б показано условное обозначение данного триггера. 2.3.4 T-триггер Рассмотрим работу триггера, схема которого приведена на рис. 14,а. Логические выражения для уровней на управляющих входах Y1 и Y2 (построенные без учета показанных штриховой линией цепей установочных входов Rd и Sd):  (11) При T = l, Y1 = Y2 = 0 входная триггерная структура сохраняет ранее установленное о ней состояние.  Найдем для Y1 и Y2 выражения, соответствующие действию на входе Т отрицательного фронта сигнала. Подставив в правые части выражений ( 10) и ( 11) значения Y1 = Y2= 0, получим Итак, при Q0 = 0 У2 = l и этим уровнем выходная триггерная структура переключается в состояние Q = l; при Q0 = l Y1 = 1, этим уровнем выходная триггерная структура переводится в состояние 0. Таким образом, при действии отрицательного фронта сигнала на входе Т-триггер переключается в состояние Q, противоположное состоянию Q0, в котором он ранее находился. Такое функционирование соответствует таблице состояний Т-триггера (табл. 2,г). Рассмотрим функционирование триггера со стороны установочных входов Rd и Sd. С учетом этих входов логические выражения для Y1 и Y2 имеют следующий вид:  (12)  (13) Для установки триггера в состояние Q = 0 подается сигнал Rd = l. При этом из ( 13) Y2 = 0; из ( 12) при T = 0 Под действием таких управляющих сигналов Y1 и Y2 триггер устанавливается в состояние Q = 0. Заметим, что после того, как будет снят сигнал со входа Rd, остаются неизменными уровни Y1 и Y2 и они поддерживают установленное в триггере состояние. Процессы при установке триггера в состояние 1 сигналом на входе Sd анализируются аналогично. 2.3.5 JK-триггep Проанализируем работу триггера, схема которого приведена на рис. 15. Логические выражения для уровней на управляющих входах Y1 и Y2:  (14)  (15) При C = Q на управляющих входах устанавливаются пассивные уровни Y1 = 1 и Y2 = 1, не влияющие на состояние выходной триггерной структуры. При положительном фронте сигнала на входе С уровни Y1 и Y2 определяются выражениями, получаемыми из ( 14) и ( 15) при подстановке С = 1, Y1 = 1, Y2 = 1: триггер синхронный моделирование инверсный  ( 16)  ( 17)В табл. 3 приведены комбинации входных сигналов J, К и текущего состояния триггера Q0, действующих в момент, непосредственно предшествующей моменту поступления положительного фронта на вход С, а также значения Y1, Y2 и состояния триггера Q для ближайшего момента после фронта сигнала на входе С. Как видно из таблицы, действие сигналов J и К на состояние триггера соответствует таблице состояний JK-триггера (табл. 2б). Отметим следующую особенность в работе рассматриваемого триггера. Изменение сигналов на входах J и К, происходящее после положительного фронта сигнала на входе С, может привести к изменению состояния триггера. Как видно из выражений ( 14) и ( 15), после действия положительного фронта сигнала на входе С изменение сигналов J или K с уровня лог. 0 к уровню лог. 1 окажет такое же действие, как в случае, если бы этот уровень лог. 1 был установлен на соответствующем входе J или К перед появлением фронта на входе С. Действительно, пусть перед поступлением фронта сигнала на входе С на информационных входах J = 0, K = 0 и состояние триггера Q0 = 0. Очевидно, после действия фронта состояние триггера не изменится, но если затем значение на входе J изменится и станет J = l, то в соответствии с выражением ( 14) на управляющем входе Y1, установится уровень Yl = 0 и триггер переключится в состояние Q = l. Эту особенность работы рассматриваемого триггера следует учитывать при построении цифровых устройств. На рис. 16 приведена другая схема JK-триггера, лишенная этого недостатка. Проанализируем работу триггера, построенного по этой схеме. Таблица 3 J K Q0 Y1 Y2 Q 000 1 1 0 00 1 1 1 1 01 0 1 1 0 01 1 1 0 0 100 0 1 1 101 1 1 1 110 0 1 111 1 0 0 Уровни Y1 и Y2 здесь определяются следующими выражениями:  (18)  (19) При С = 1, Y1 = 0, Y2 = 0. Подставляя значения Y1 = Y2 = 0 в выражения ( 18) и ( 19), получаем для момента отрицательного фронта сигнала на входе С:  (20)  (21) Пользуясь этими выражениями, можно построить таблицу состояний триггера после действия фронта сигнала на входе С, (табл. 4). Отсюда следует, что функционирование триггера подчинено таблице переходов JK-триггера (табл. 2.б).  т.е, комбинация Y1 = 1; Y2 = 0 является устойчивой, и после действия на входе С отрицательного фронта сигнала никакие изменения значений на входах J и К не могут изменить значений управляющих сигналов Y1 и Y2. Следовательно, триггер оказывается нечувствительным к изменению сигналов на входах J и К после действия отрицательного фронта сигнала на входе С. Подстановка второй комбинации значений Y1, Y2, Q в ( 18) и ( 19) приводит к  Таким образом, и в этом состоянии триггер нечувствителен к изменению сигналов J и К после действия на входе С отрицательного фронта сигнала 3. Математическое моделирование триггера в приложении Electronics Workbench В специальной части я решил исследовать D-триггер, в статическом и динамическом режимах работы, с помощью программы Electronics Workbench. План исследования D-триггера. Исследование статической логики работы D-триггера . Создание модели D-триггера в Electronics Workbench для статического режима работы. Заполнение таблицы переходов для D-триггера. Исследование динамической логики работы D-триггера . Создание модели D-триггера в Electronics Workbench. Наблюдение динамического режима работы D-триггера, при помощи осциллографа, копирование осциллограммы. Начнем с исследования статического режима работы D-триггера, для этого я построил схему, изображенную на следующем рисунке, используя источник тока, и индикационные лампы для определения сигнала, и последующим занесением показаний в таблицу.       После построения схемы в приложении, основываясь на показания датчиков, я приступил к заполнению таблицы переходов, которая представлена далее. Вход Состояния D Q(0) Q(1) 0 0 0 1 1 1 Позже я сравнила показания этой таблицы с показаниями таблицы рассчитанной ученными. Вход Состояния D Q(0) Q(1) 0 0 0 1 1 1 Поскольку показатели в таблицах одинаковы, то можно сделать вывод, что мне удалось смоделировать D-триггер в статическом режиме работы. Теперь можно приступить к моделировании логики динамического режима работы D-триггера в Electronics Workbench.  Сначала я построил D-триггер по следующей схеме, используя осциллограф для наблюдения работы D-триггера, а также частотный генератор с частотой в 1 Гц.       После создания D-триггера, я снял показания осциллографа, и получил осциллограммы, что и подтверждает, то что построенная схема способна демонстрировать динамический режим работы D-триггера, сама осциллограмма приведена ниже.  Технологическая часть Общие сведения о системе P-CAD Система P-CADпредставляет собой интегрированный пакет программ, предназначенный для проектирования многослойных печатных плат (ПП) радиоэлектронных средств (РЭС). Она адаптирована к операционной среде Windows и использует все настройки и возможности последней. P-CAD включаетвсебяследующиепрограммныемодули: P-CAD Library Executive, P-CAD Schematic, P-CAD PCB, P-CAD Autorouters, Symbol Editor, Pattern Editor, InterPlace PCS, Relay, Signal Integrity. Утилита Library Executive (Администраторбиблиотек) состоитизпрограммы Library Manager (Менеджербиблиотек), редакторасимволовэлементов Symbol Editor иредакторапосадочныхмест Pattern Editor электрорадиоэлементов (ЭРЭ) наПП. P-CADSchematic — графический редактор электрических схем. Он предназначен для разработки электрических принципиальных схем и может применяться для создания условных графических обозначений (УГО) отдельных ЭРЭ (файлы с расширением .sch). P-CADPCB — графический редактор ПП. Предназначен для проектирования конструкторско-технологических параметров ПП. К ним относятся: задание размеров ПП, ширина проводников, величина зазоров, размер контактных площадок, диаметр переходных отверстий (ПО), задание экранных слоев, маркировка, размещения ЭРЭ, неавтоматическая трассировка проводников и формирование управляющих файлов технологическим оборудованием. P-CADAutorouters предназначен для автоматической трассировки проводников ПП. Включает два автотрассировщика: программу QuickRoute для проектирования рисунка ПП не очень сложных электрических схем и бессеточный трассировщик Shape-RasedRouter, предназначенный для проектирования многослойных ПП с высокой плотностью расположения ЭРЭ. SymbolEditor — редактор символов элементов (файлы с расширением .sym). Предназначен для создания условных графических обозначений символов ЭРЭ электрических схем. PatternEditor — редактор посадочных мест (файлы с расширением .pat). Предназначен для разработки посадочных мест для конструктивных ЭРЭ на ПП. Создание условно-графического обозначения элементов Создание условно-графического обозначения элементов производится в соответствие с ГОСТ. Для автоматизации данного этапа разработки используется редактор SymbolEditor, входящий в пакет программ P-Cad 2002.  Рис.9 Пример окна создания компонента. Для функционирования триггера были созданы библиотечные элементы микросхем и других необходимых элементов для схемы включения, которые были рассчитаны и выбраны в зависимости от количества микросхем нашего триггерного устройства. Моделирование триггера. Временная диаграмма работы Для моделирования работы триггера необходимо: 1. Создать библиотеку компонентов. 2. Создать и добавить в нее моделируемые компоненты. 3. Вменю «Edit» программы «Library Executive» выбратьпункт Component Attr».  Рис 10. Пример описания свойств элемента. 4. Последовательно добавить и заполнить поля таблицы. 5. Поле SimType должно содержать значение SIMCODE(A) для цифровых устройств. 6. Поле SimModel должно содержать название модели устройства. 7. Поле SimFile содержит путь к файлу модели. Его можно указать с использованием макроса {model_path}, это позволит сделать путь относительным. 8. Поле SimPins содержит информацию о ножках компонента. Она вводится в таком формате: 9. <номер_вентиля1>:[<пин1> <пин2><пин3>…<>]…<номер_вентиляN>:[<пин1> <пин2> <пин3>…<>] 10. Поле SimNetlist может содержать ключи: %D – описатель устройства (Devicedesignator); 11. %M – имя модели. Между ними вставляется две пары квадратных скобок, в которых указываются номера ножек, указанных в поле SimPins по порядку. Во второй паре квадратных скобок указываются те же ножки, но пропускается вторая и добавляются номера ножек выходов. 12. Затем последовательно добавляются поля с именами SimField1, 2, 3 и т.д. В них указываются следующие данные: 13. Propagation = - время распространения сигнала; 14. Loading и Drive = - нагрузочная способность ножек компонента; 15. Current = - потребляемый ток; 16. PWRValue = - напряжение питания; 17. GNDVALUE = - напряжение «нуля»; 18. VILValue = - входное напряжение уровня «нуля»; 19. VIHValue = - входное напряжение уровня «единицы»; 20. VOLValue = - выходное напряжение уровня «нуля»; 21. VOHValue = - выходное напряжение уровня «единицы». Для работы модели компонента необходимо создать два файла. Первый файл (с расширением txt) содержит в себе текст модели компонента, второй – реквизиты модели. Для запуска симуляции необходимо создать принципиальную схему моделируемого устройства:  |