Исследование триггеров

Цель: ознакомление студентов с принципами построения триггеров и правилами их функционирования.

Цифровыми автоматами называют такие цифровые устройства (схемы), которые содержат элементы памяти, позволяющие сохранять состояние С автомата (рис. 1) в течение длительного промежутка времени.

Рис. 1

Таким образом, в цифровом автомате выходное слово Y определяется не только комбинацией входных сигналов Х, но и тем состоянием, которое автомат хранил до их поступления. Элементом памяти цифровых устройств является триггер. К цифровым устройствам относятся триггеры, счетчики, регистры, делители частот и т.д.

Триггеры – элементарные автоматы, содержащие собственно элемент памяти (фиксатор) и схему управления. Фиксатор строится на двух инверторах, связанных друг с другом «накрест» так, что выход одного соединен с входом другого (рис. 2). Такое соединение дает цепь с двумя устойчивыми состояниями. Действительно, если на выходе инвертора 1 имеется логический ноль, то он обеспечивает на выходе инвертора 2 логическую единицу, благодаря которой сам и существует. То же согласование сигналов имеет место и для второго состояния, когда инвертор 1 находится в единице, а инвертор 2 – в нуле. Любое из двух состояний может существовать неограниченно долго. Чтобы управлять фиксатором, нужно иметь в логических элементах дополнительные входы, превращающие инверторы в элементы И-НЕ либо ИЛИ-НЕ. На входы управления поступают внешние установочные сигналы. Установочные сигналы показаны штриховыми линиями.

По способу записи информации различают асинхронные (нетактируемые) и синхронные (тактируемые) триггеры. По логическому функционированию различают триггеры типов RS, D, T, JK, и др. Кроме того, используются комбинированные триггеры, в которых совмещаются одновременно несколько типов, и триггеры со сложной входной логикой (группами входов, связанных между собой логическими зависимостями). По характеру процесса переключения триггеры делятся на одноступенчатые и двухступенчатые.

1. Реализация функции асинхронного RS – триггера

Асинхронный RS – триггер имеет два информационных входа: вход S для установки триггера в единичное состояние и вход R для установки в нулевое состояние и два выхода: прямой Q и инверсный . Состояние триггера характеризуется сигналом на прямом выходе и определяется комбинацией входных сигналов. Условное графическое обозначение триггера показано на рис.3. На наборном поле собрать схему согласно рис. 4. Выходы Q и соединить с любыми гнездами индикатора на вспомогательном устройстве. Свечение светодиода свидетельствует о наличии на выходе сигнала логической «1». Подключая входы S и R к гнездам «0» и «1» на вспомогательном устройстве, подать на вход триггера следующие комбинации S= 0 R= 1, S= 1 R= 0, S= 1 R= 1, S= 0 R= 0. Все значения входных и выходных сигналов занести в таблицу истинности 1.

Таблица 1

Построить временную диаграмму работы триггера.

2. Реализация функции синхронного RS – триггера

Условное графическое обозначение триггера показано на рис. 5. На наборном поле собрать схему согласно рис. 6. Выходы и соединить с любыми гнездами индикатора на вспомогательном устройстве. Свечение светодиода свидетельствует о наличии на выходе сигнала логической «1». Подключая входы S и R и S к гнездам «0» и «1» на вспомогательном устройстве, подать на вход триггера следующие комбинации сигналов:

Все значения входных и выходных сигналов занести в таблицу истинности 2. Определите, какая комбинация сигналов является запрещенной.

Таблица 2

Построить временную диаграмму работы триггера.

3. Реализация функций статического D - триггера.

Основное назначение D - триггера – задержка сигнала, поданного на информационный вход D. Он имеет информационный вход (вход D) и вход для синхронизирующего импульса (вход C). Условное графическое обозначение триггера показано на рис.7. На наборном поле собрать схему согласно рис. 8. Выходы Q и соединить с любыми гнездами индикатора на вспомогательном устройстве. Свечение светодиода свидетельствует о наличии на выходе сигнала логической «1». Подключая входы и к гнездам «0» и «1» на вспомогательном устройстве, заполнить таблицу истинности 3

Таблица 3.

Построить временную диаграмму работы триггера.

4. Исследование D – триггера с динамическим управлением