АЛО схемотехника Якунин (Методичка)
.pdf
|
D* |
x0 |
|
|
|
|
x2 |
|
|
|
|
|
0 |
1 |
1 |
1 |
|
|
|
|
|
x1 |
|
|
0 |
0 |
|
|
|
|
0 |
0 |
0 |
1 |
|
|
|
|
Q |
|
|
J* |
|
|
а |
K* |
|
x0 |
|
|
|
||
|
|
|
x0 |
|
|
x2 |
|
|
|
x2 |
|
0 |
1 |
|
|
0 |
0 |
0 |
|
x1 |
|
1 |
x1 |
|
|
|
|
||
0 |
1 |
|
|
1 |
1 |
|
Q |
|
|
|
Q |
|
б |
|
|
|
в |
Рис.7. Карты Карно: а - для D*; б - для J*; в - для K*
В результате минимизации получаем:
D* = x2Q + x0 Q ;
J * = x0 ;
K * = x2 .
Оказалось, что полученные выражения не зависят от переменной x1. Студентам рекомендуется самостоятельно проанализировать табл.1 и убедиться в справедливости этого.
По полученным выражениям строим схемы, которые показаны на рис.8 и 9 (для D- и JK-триггеров соответственно).
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x2 |
|
|
|
|
|
& |
|
|
|
D* |
|
|
|
Q |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
D |
TT |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
x0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
& |
|
|
|
ТИ |
|
|
|
Q |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
Рис.8. Схема триггерного устройства, построенная |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
с использованием D-триггера |
|
|
|
|
||||
51
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
x0 |
1 |
|
|
J* |
J |
TT |
Q |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ТИ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C |
|
|
|
x2 |
|
|
|
K* |
|
Q |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
||
1 |
|
|
K |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис.9. Схема триггерного устройства, построенная с использованием JK-триггера
Построим временные диаграммы работы спроектированных триггерных устройств. При построении следует учитывать, что активным перепадом на входе тактирования у JK-триггера является переход из единицы в нуль, а у D-триггера, наоборот, из нуля в единицу. Следует иметь в виду, что в тот момент, когда на тактовом входе триггера происходит активный перепад тактового импульса (ТИ), сигналы на других входах триггера не должны переключаться, а должны быть определены. Учитывая сказанные ограничения, строим временные диаграммы. Сигналы x2, x1 и x0 могут принимать произвольные значения. Выход триггерного устройства Q должен изменять своё значение в соответствии с индивидуальным заданием. Полученные диаграммы представлены для D-триггера на рис.10, для JK-триггера - на рис.11..
т.и.
x2
x1
x0
Qt
Рис.10. Временная диаграмма триггерного устройства, основанная на D-триггере
т.и.
x2
x1
x0
Qt
Рис.11. Временная диаграмма триггерного устройства, основанная на JK-триггере
Приступаем к практической части - реализации схемы и временных диаграмм в MAX+PLUS II. Используя те же методические рекомендации, что и в лабораторной работе «Комбинационные схемы», создаём аналог схемы рис.3 в среде MAX+PLUS II (рис.12).
52
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Рис.12. Схема E-триггера в МАХ+PLUS II
Используя симулятор MAX+PLUS II, создаём файл с временными диаграммами, показанный на рис.13. Входные сигналы ER и ES на временной диаграмме расположим в том же порядке, как и на временной диаграмме на рис.4 (сигнал ER находится выше сигнала ES). Нарисуем логические уровни ER и ES, такие же как и на рис.4. Для этого, используя манипулятор мышь, выделяем область на временной диаграмме и нажимаем на па-
нели инструментов кнопку 
или кнопку 
для формирования уровня логического «0» или логической «1» соответственно.
Рис.13. Окно симулятора MAX+PLUS II
Результат симулирования работы проекта показан на рис.14. Обратите внимание на то, что выходной сигнал Q изменяет своё значение не в тот же момент времени, что и входные сигналы. Эта задержка обусловлена конечной производительностью логических элементов в ПЛИС. Если не принимать во внимание эти задержки, то полученные диаграммы (в случае правильного проектирования) должны быть одинаковыми с расчётными временными диаграммами, представленными на рис.4. При несовпадении временных диаграмм с заданием необходимо найти ошибки синтеза или ошибки в схеме и исправить их, после чего снова провести симуляцию работы проекта.
53
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Рис.14. Результат симуляции работы E-триггера
Приступим к сборке полученных схем для второго задания. Соберём сначала схему, показанную на рис.8, а затем схему, показанную на рис.9. В результате этих действий получим два проекта: на основе D-триггера (рис.15) и на основе JK-триггера (рис.16).
Рис.15. Схема триггерного устройства, построенного на D-триггере в среде MAX+PLUS II
Рис.16. Схема триггерного устройства, построенного на JK-триггере в среде MAX+PLUS II
54
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
MAX+PLUS II позволяет создавать сложные многоуровневые иерархические проекты. Это реализуется путём свёртки схемы в отдельный компактный символ, который можно будет использовать, устанавливая как отдельный самостоятельный компонент. Создадим новые компоненты на основе наших схем. Для этого нужно открыть проект, который будет выполнять функцию нового символа, сделать его текущим и выполнить в меню File → Create Default Symbol. В результате этих действий в текущей папке появится файл с именем текущего проекта и расширением *.sym. Если с таким именем уже существует файл, MAX+PLUS II отобразит сообщение (рис.17) с предложением перезаписать файл или отменить действие.
Рис.17. Сообщение о том, что создаваемый символ уже существует
Далее создадим чистый новый файл в графическом редакторе и добавим в него созданные новые символы. Для этого нужно сделать двойной щелчок левой клавишей мышки в рабочей области графического редактора, в появившемся окне, показанном на рис.18, в поле Symbol Files выбрать устанавливаемый символ.
Вставим на чертёж оба новых компонента, добавим на них одинаковые входные цепи, а выходные сигналы подадим на выход схемы для дальнейшего анализа. В результате получим схему, показанную на рис.19. На вставленные символы можно сделать двойной клик мыши, в результате чего откроется новое окно, показывающее содержимое этого символа.
Рис.18. Вставка символа в схему
55
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Рис.19. Схема триггерного устройства, построенная на созданных символах
Сохраним полученный проект и создадим временную диаграмму работы, которая показана на рис.20. Примечание. При синтезе и симулировании работы схем на JK-триггерах помните, что активным сигналом
на входе тактирования JK-триггера в MAX+PLUS II является перепад из нуля в единицу (0→1), а не из единицы в нуль (1→0), как у классического триггера. Эту особенность функционирования всех ПЛИС от Altera необходимо постоянно помнить и учитывать при синтезе схем.
Из полученной временной диаграммы видно, что выходы обоих триггерных устройств (Q2 и Q1) работают идентично и в соответствии с индивидуальным заданием.
Рис.20. Временная диаграмма работы триггерного устройства
Если полученные временные диаграммы Q1 и Q2 окажутся различными, значит, в ходе выполнения работы была допущена ошибка при синтезе схемы или ошибки при построении. Действительно, оба триггерных устройства должны работать в одинаковых режимах в соответствии с табл.1. Иногда может оказаться так, что два правильно синтезированных триггерных устройства (одно построенное на D-триггере, другое - на JK- триггере) на временной диаграмме работы дадут разный результат. Это может оказаться в тех случаях, когда на временной диаграмме присутствуют комбинации управляющих сигналов x2, x1, x0, не задающие конкретный режим работы (значение «×»). Так как значение «×» в разных триггерных устройствах может доопределиться до произвольного логического уровня, то и на временной диаграмме могут оказаться отличия. Чтобы этого не произошло, избегайте таких ситуаций при построении временных диаграмм.
56
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Перечень индивидуальных заданий
1.Синтезировать R-, S- или E-триггер в указанном схемотехническом базисе с указанными активными уровнями (см. индивидуальное задание). Нарисовать временную диаграмму работы триггерного устройства. Построить схему в MAX+PLUS II. Просимулировать работу схемы и получить временные диаграммы работы. Сравнить их с теми, которые были нарисованы на этапе синтеза.
2.Используя D- и JK-триггеры, синтезировать два многовходовых триггера, которые функционируют согласно таблице (см. таблицу режимов триггерного устройства в индивидуальном задании). Нарисовать временные диаграммы работы. Построить схемы в MAX+PLUS II. Оформить их как отдельные компоненты. Нарисовать схему в MAX+PLUS II, установив оба созданных компонента. Подать на них одинаковые входные сигналы. Просимулировать их работу на одной временной диаграмме.
Вариант 1
1. Синтезировать в базисе И-НЕ R-триггер с активными уровнями: RR = 1, RS = 1. Оформить триггер как компонент MAX+PLUS II.
Таблица режимов работы триггерного устройства:
|
Входы |
|
Выход |
||||
|
|
|
|
|
Qt+1 |
||
x2 |
|
x1 |
|
x0 |
|||
0 |
|
0 |
|
0 |
|
Qt |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
0 |
|
1 |
× |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
1 |
|
0 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
1 |
|
1 |
|
|
|
|
|
Qt |
|||||
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
0 |
|
0 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
0 |
|
1 |
× |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
1 |
|
0 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
1 |
|
1 |
× |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2.Задание для защиты лабораторной работы: определить тип триггера (R, S, E) и активные уровни, если R*
=R + S ; S* = S .
Вариант 2
1. Синтезировать в базисе ИЛИ-НЕ S-триггер с активными уровнями: SR = 0, SS = 0. Таблица режимов работы триггерного устройства:
|
Входы |
|
|
Выход |
||
|
|
|
|
|
|
Qt+1 |
x2 |
|
x1 |
|
x0 |
|
|
0 |
|
0 |
|
0 |
|
× |
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
0 |
|
1 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
1 |
|
0 |
|
Qt |
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
1 |
|
1 |
|
× |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
57 |
|
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
1 |
0 |
0 |
1 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
1 |
0 |
1 |
|
|
|
|
Qt |
||||||
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
||
1 |
1 |
0 |
× |
|
||
|
|
|
|
|
||
1 |
1 |
1 |
0 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
2.Задание для защиты лабораторной работы: определить тип триггера (R, S, E) и активные уровни, если R*
=R × S ; S* = RS .
Вариант 3
1. Синтезировать в базисе И-НЕ E-триггер с активными уровнями: ER = 0, ES = 1. Таблица режимов работы триггерного устройства:
|
Входы |
|
Выход |
||||
|
|
|
|
|
Qt+1 |
||
x2 |
|
x1 |
|
x0 |
|||
0 |
|
0 |
|
0 |
× |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
0 |
|
1 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
1 |
|
0 |
× |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
1 |
|
1 |
|
|
|
|
|
Qt |
|||||
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
0 |
|
0 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
0 |
|
1 |
|
Qt |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
1 |
|
0 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
1 |
|
1 |
|
Qt |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. Задание для защиты лабораторной работы: определить тип триггера (R, S, E) и активные уровни, если
R* = R; S* = R + S .
Вариант 4
1. Синтезировать в базисе И-НЕ R-триггер с активными уровнями: RR = 0, RS = 0. Таблица режимов работы триггерного устройства:
Входы |
|
Выход |
||||
|
|
|
Qt+1 |
|||
x2 |
x1 |
x0 |
||||
0 |
0 |
0 |
1 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0 |
1 |
|
|
|
|
Qt |
||||||
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
||
0 |
1 |
0 |
0 |
|
||
|
|
|
|
|
||
0 |
1 |
1 |
|
Qt |
||
|
|
|
|
|
||
1 |
0 |
0 |
× |
|
||
|
|
|
|
|
||
1 |
0 |
1 |
|
Qt |
||
|
|
|
|
|
||
1 |
1 |
× |
× |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
58
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
2.Задание для защиты лабораторной работы: определить тип триггера (R, S, E) и активные уровни, если R*
=R + S ; S* = S.
Вариант 5
1. Синтезировать в базисе ИЛИ-НЕ S-триггер с активными уровнями: SR = 0, SS = 1. Таблица режимов работы триггерного устройства:
|
Входы |
|
Выход |
||||
|
|
|
|
|
Qt+1 |
||
x2 |
|
x1 |
|
x0 |
|||
0 |
|
0 |
|
0 |
× |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
0 |
|
1 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
1 |
|
0 |
× |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
1 |
|
1 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
0 |
|
0 |
× |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
0 |
|
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
1 |
|
0 |
|
Qt |
|
1 |
|
1 |
|
1 |
|
|
|
|
|
Qt |
|||||
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
2.Задание для защиты лабораторной работы: определить тип триггера (R, S, E) и активные уровни, если R*
=RS ; S* = R×S .
Вариант 6
1. Синтезировать в базисе И-НЕ S-триггер с активными уровнями: SR = 0, SS = 1. Таблица режимов работы триггерного устройства:
|
Входы |
|
Выход |
||||
|
|
|
|
|
Qt+1 |
||
x2 |
|
x1 |
|
x0 |
|||
0 |
|
0 |
|
0 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
0 |
|
1 |
|
Qt |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
1 |
|
0 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
1 |
|
1 |
× |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
0 |
|
0 |
|
|
|
|
|
Qt |
|||||
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
0 |
|
1 |
× |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
1 |
|
0 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
1 |
|
1 |
× |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2.Задание для защиты лабораторной работы: определить тип триггера (R, S, E) и активные уровни, если R*
=R + S ; S* = R + S .
Вариант 7
1. Синтезировать в базисе ИЛИ-НЕ E-триггер с активными уровнями: ER = 0, ES = 1.
59
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Таблица режимов работы триггерного устройства:
|
Входы |
|
Выход |
||||
|
|
|
|
|
Qt+1 |
||
x2 |
|
x1 |
|
x0 |
|||
0 |
|
0 |
|
0 |
|
|
|
|
|
Qt |
|||||
|
|
|
|
|
|||
0 |
|
0 |
|
1 |
× |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
1 |
|
0 |
× |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
1 |
|
1 |
|
Qt |
|
1 |
|
0 |
|
0 |
× |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
0 |
|
1 |
|
Qt |
|
1 |
|
1 |
|
0 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
1 |
|
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2.Задание для защиты лабораторной работы: определить тип триггера (R, S, E) и активные уровни, если R*
=R ; S* = R × S .
Вариант 8
1. Синтезировать в базисе И-НЕ R-триггер с активными уровнями: RR = 0, RS = 1. Таблица режимов работы триггерного устройства:
|
Входы |
|
Выход |
||||
|
|
|
|
|
Qt+1 |
||
x2 |
|
x1 |
|
x0 |
|||
0 |
|
0 |
|
× |
× |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
1 |
|
0 |
|
Qt |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
1 |
|
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
0 |
|
× |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
1 |
|
0 |
× |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
1 |
|
1 |
|
|
|
|
|
Qt |
|||||
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
2.Задание для защиты лабораторной работы: определить тип триггера (R, S, E) и активные уровни, если R*
=R + S ; S* = S .
Вариант 9
1. Синтезировать в базисе И-НЕ R-триггер с активными уровнями: RR = 1, RS = 0. Таблица режимов работы триггерного устройства:
|
Входы |
|
|
Выход |
||
|
|
|
|
|
|
Qt+1 |
x2 |
|
x1 |
|
x0 |
|
|
0 |
|
0 |
|
0 |
|
× |
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
0 |
|
1 |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
1 |
|
0 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
1 |
|
1 |
|
Qt |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
60 |
|
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com