Краткие теоретические сведения. 1 Изучить основные принципы функционирования триггерных интегральных схем

Цель работы

1 Изучить основные принципы функционирования триггерных интегральных схем.

2 Сформировать практические навыки и начальные умения осуществлять контроль работы триггерных схем по элементам индикации.

Литература

1 Безуглов, Д.А. Цифровые устройства и микропроцессоры / Д.А. Безуглов, В.И. Калиенко. – Ростов –на-Дону.: Феникс, 2006. – С. 195-224.

2 Захаров, И. А. Электроника в технике почтовой связи / И. А. Захаров – М.: Радио и связь, 1995. – С. 222-235.

3 Карлащук, В.И. Электронная лаборатория на IBM PC Программа Electronics Workbench и ее применение / В.И. Карлащук. – М.: СОЛОН-Р, 2001.

4 Лысиков, Б.Г. Цифровая и вычислительная техника / Б. Г. Лысиков. – Мн.: Экоперспектива, 2002. – С. 160-166, 168-172.

Домашнее задание

1 Повторить назначение и принцип действия основных типов триггеров.

2 Изучить примеры УГО триггеров различных типов.

ТСО и наглядность

1 Персональный компьютер.

2 Программы моделирования Electronics Workbench 5.12.

3 Методические указания к лабораторной работе №7 «Исследование работы триггерных ИС».

Содержание отчета

1 Цель работы.

2 Краткое описание сути лабораторной работы.

3 Условное графическое обозначение исследуемых триггеров, назначение выводов.

4 Таблицы состояний с результатами контроля работы триггерных схем.

5 Краткие выводы.

6 Ответы на контрольные вопросы.

Требования к знаниям и умениям студентов

В результате выполнения лабораторной работы студенты должны:

- знать основные типовые триггерные схемы их основные особенности и характеристики;

- уметь на практике формировать простейшие триггерные схемы и исследовать их с помощью простейших инструментально-измерительных систем программы моделирования Electronics Workbench 5.12.

Методические указания

Краткие теоретические сведения

Триггер (от англ. trigger – спусковое устройство, щелчок сокращенно Т) или бистабильный мультивибратор – это цифровой устройство, имеющее два устойчивых состояния и способное под действием внешних сигналов переключаться из одного состояния в другое. Способность поддерживать устойчивое состояние на выходе без изменения при отсутствии входных сигналов сколь угодно длительный интервал времени обуславливает применение триггеров в качестве элементов памяти.

Триггер – это простейший цифровой автомат с памятью, способный хранить 1 бит информации.

Триггер относится к устройствам последовательностного типа, в котором выходной сигнал зависит от сигналов на входе, как в текущий, так и в предыдущий момент времени.

В общем случае триггер содержит собственно элемент памяти и входную комбинационную схему, преобразующую входные сигналы триггера в сигналы, требуемые для управления элементами памяти.

В основе любого триггера находится регенеративное кольцо их двух инверторов, охваченных глубокой положительной обратной связью. Поэтому переход из одного состояния в другое происходит лавинообразно за очень короткое время.

Триггер имеет два выхода: прямой и инверсный . Состояние триггера обычно отождествляют с сигналом на прямом выходе. Значение сигналов на прямом и инверсном выходах всегда противоположны.

Существующие типы триггеров классифицируются по различным признакам. Наиболее часто используется классификация по типу используемых информационных входов. Приняты следующие обозначения входов триггеров:

S – раздельный вход установки триггера в единичное состояние по прямому выходу (Set – установка); ;

R – раздельный вход установки триггера в нулевое состояние по прямому выходу (Reset – сброс); ;

J – вход установки универсального триггера в состояние 1 (Jerk – резко включить); ;

K – вход сброса универсального триггера в состояние 0 (kill - резко выключить); ;

D – информационный вход переключения триггера в состояние, соответствующее логическому уровню на этом входе. В различных источниках по разному объясняют происхождение названия этого входа: от слова Delay – задержка, состояние триггера повторяет входной сигнал, но с задержкой, определяемой тактовым импульсом; от слов Data input – на вход подается информация, предназначенная для записи в триггер.

T – счетный вход (Toggle – переключатель);

C – синхронизирующий вход (Clock).

Одновременная подача сигналов установки S и сброса R не допускается (такая комбинация сигналов называется запрещенной). Назначение входов J и K такое же, как и входов S и сброса R, однако, универсальность J и K допускает возможность одновременной подачи сигналов на оба входа J = K= 1. В этом случае триггер переключается в противоположное предыдущему состояние.

Кроме основных входов триггеры могут иметь дополнительные: вход V – запрет; вход запрета блокирует работу триггера, запрещает запись новой информации; дополнительные асинхронные входы, которые обладают приоритетом, с их помощью можно производить предварительную установку состояния триггера.

Микросхемы, составляющие подгруппу триггеров, имеют в маркировке букву Т.

По моменту реакции на входной сигнал триггеры подразделяют на асинхронные (нетактируемые) и синхронные (тактируемые).

Асинхронный триггер изменяет свое состояние непосредственно в момент изменения сигнала на его информационных входах.

Синхронный триггер изменяет свое состояние лишь в строго определенные (тактовые) моменты времени, соответствующие воздействию активного синхросигнала на его синхронизирующем входе С и не реагирует на любые изменения информационных сигналов при пассивном значении сигнала на синхровходе.

По виду активного логического сигнала, действующего на входах, триггеры разделяют на статические – управляемые уровнем, и динамические – управляемые перепадом входного синхросигнала.

Входы бывают прямыми и инверсными. Для переключения триггера на прямой вход необходимо подать единичный сигнал, а на инверсный – нулевой. Прямое динамическое управление означает переключение при изменении входного сигнала с нулевого значения на единичное, инверсное динамическое – при изменении входного сигнала с единичного на нулевое.

По характеру процесса переключения триггеры делят на одноступенчатые и двухступенчатые.

Поскольку триггер является простейшим автоматом Мура, закон функционирования может быть задан таблицей переходов (состояний), в которой входные сигналы в момент их изменения обозначены индексом t, а после переключения – индексом t +1.

Наименование триггера определяется типами его входов. Например: RS -триггер, универсальный JK -триггер, D- триггер, счетный Т -триггер.

RS -триггер – это триггер с раздельной установкой состояний логического нуля и логической единицы (с раздельным запуском). Он имеет два информационных входа S и R. По входу S триггер устанавливается в состояние; , по входу R – в состояние .

Асинхронные RS-триггеры являются наиболее простыми. В качестве самостоятельного устройства используются редко, но являются основой для построения более сложных систем.

В зависимости от логической структуры асинхронные RS -триггеры бывают с прямыми (таблица 10) либо инверсными входами (таблица 11).

Таблица 10 – Таблица переходов RS- триггера на элементах 2ИЛИ-НЕ

		X

Таблица 11 – Таблица переходов RS- триггера на элементах 2И-НЕ

		X

Синхронный RS-триггер имеет дополнительный вход синхронизации, который также называют тактирующим входом. Достоинство синхронных триггеров: они позволяют устранить влияние задержки распространения сигнала в различных частях цифровых схем. Таким образом, достигается одновременный прием сигналов в заданные интервалы времени в различных точках схемы.

Таблица 12 – Таблица переходов синхронного RS -триггера с прямыми входами

С
	-	-
			Х

D-триггер или триггер задержки передает информацию со входа на выход при появлении синхронизирующего импульса. Поэтому момент смены информации задержан относительно момента смены на входе на время прихода синхросигнала. D- триггер имеет один информационный вход. Поскольку смена информации в D- триггере происходит по синхросигналу, то этот триггер может быть только синхронным. Для устойчивой работы D- триггера необходимо, чтобы в течении синхроимпульса информация на входе была неизменной, то есть необходим защитный интервал времени, равный длительности синхроимпульса.

Функционирование D -триггера определяется таблицей состояний (переходов) (таблица 13) и описывается логическим выражением:

.

Таблица 13 – Таблица переходов D- триггера

Т-триггер – это триггер со счетным входом. Он имеет один информационный вход. При приходе активного сигнала Т -триггер меняет свое состояние на противоположное и сохраняет предыдущее значение при отсутствии сигнала на входе.

Функционирование Т -триггера определяется таблицей состояний (переходов) (таблица 14) и описывается логическим выражением:

.

Таблица 14 – состояний Т -триггера

Т

Для обеспечения такого режима функционирования необходимо обеспечить обратную связь с выхода на вход. Соответственно Т -триггер может быть построен на других триггерах: RS, D, JK.

JK-триггер - это двухступенчатый универсальный синхронный триггер. Универсальность заключается в том, что на их основе можно сделать любой другой тип логических триггеров. Вход J аналогичен входу S, вход К – входу R. Отличие от RS- триггера заключается в том, что JK -триггер не имеет запрещенных входных комбинаций. Если на оба входа J и K подать активный логический уровень, то триггер перейдет в состояние, противоположное предыдущему.

Функционирование JK -триггера определяется таблицей состояний (переходов) (таблица 15) и описывается логическим выражением:

Таблица 15 – Таблица состояний JK -триггера

J
-	-

Охарактеризовать работу триггеров можно также с помощью временных диаграмм.

На принципиальных схемах триггеры обозначают прямоугольником с соответствующей разметкой выводов. В программе EWB нажав пиктограмму Digital можно выбрать необходимый триггер.