Cборник_ЛР

ет состояние на выходе. Основной и вспомогательный триггеры могут быть однотипными или разнотипными. На рис.7.11 показана схема JK-триггера M- S-типа, управляемая срезом синхросигнала. Для того, чтобы схема управля-

лась фронтом тактового сигнала, необходимо инвертировать синхросигнал,

соответствующие обозначения сигнала С показаны в скобках. При необходи-

мости вместо инверсии тактового сигнала можно подать второй тактовый сигнал.

C(C)

Рис.7.11. Структурная схема JK-триггера M-S-типа, управляемая отрицательным фронтом синхросигнала (срезом), в скобках показаны значения тактового сигнала для обеспечения управления положительным фронтом синхросигнала

В работе триггерных схем возникают критические последовательности входных сигналов, приводящие к неоднозначности или неустойчивости со-

стояний на выходах. Чаще всего это последовательности сигналов

SR = 11 00 для дизъюнктивных БЯ и SR = 00 11 для конъюнктивных БЯ.

Рекомендуется избегать таких сочетаний переменных в соответствующих

143

триггерах. В динамических триггерах следует избегать совпадения моментов изменения управляющих сигналов с моментами изменения тактового сигнала.

Еще одна особенность работы триггерных схем связана с возможностью появления состязаний. Состязанием называется эффект неодновременного изменения управляющих сигналов на входах триггера или внутренней БЯ,

связано это с различными задержками распространения сигналов в элементах и узлах устройства. В том случае, когда разность времени изменения управ-

ляющих сигналов превышает время переключения БЯ, возможно ее переклю-

чение в некоторое промежуточное состояние, не предусмотренное логической функцией. Лучший способ устранения состязаний - введение запрещения на изменение некоторой входной переменной в течение определенного проме-

жутка времени. Такие меры ведут к снижению тактовой частоты устройства,

но обеспечивают его устойчивую работу.

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ

1.Изучить описание работы триггерных схем.

2.Определить вариант индивидуального задания (табл.7.3).

3.Pассчитать величину периода тактового сигнала Т = 1/f.

4.Подготовить входные файлы для моделирования работы заданной по варианту электрической схемы триггера на программе Orcad в соответствии с данными варианта. Для моделирования использовать JK-триггеры по схеме

“M-S”.

144

ЗАДАНИЕ НА ЛАБОРАТОРНУЮ РАБОТУ.

1.Провести моделирование работы заданной триггерной схемы на базе универсального JK-триггера.

2.Для указанного варианта подготовить задание для моделирования работы схемы на ЭВМ при помощи программы Orcad.

3.Провести расчеты переходных процессов в заданной триггерной схеме на двух частотах для заданной величины нагрузочной емкости.

4.Определить величины времен задержки, фронта и среза во всех вариантах работы схемы. Определить максимальную частоту работы схемы. Полученные данные внести в таблицу вида табл.7.4.

5.При наличии в тактовой диаграмме явлений состязаний сигналов, определить наборы входных переменных, вызвавших состязание, определить суммарную задержку распространения сигналов по различным плечам триггерной схемы.

Таблица 7.3

Варианты индивидуальных заданий

145

Продолжение табл.7.3

146

Продолжение табл.7.3

147

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.

1.Разработать электрическую схему, реализующую заданную в варианте функцию.

2.Подготовить задание для моделирования работы схемы в Orcad.

3.Провести расчет переходных процессов в схеме при помощи Orcad. Исходные данные для расчета: UИП = 5 В, Uпор n = 0,8 В, Uпор р = –1 В,

= 1 мкм.

4.Обработать данные машинного эксперимента, заполнить таблицу вида табл.7.4.

5.Оформить отчет.

ТРЕБОВАНИЯ К ОТЧЕТУ

Отчет должен содержать:

1.Название работы.

2.Краткие сведения о принципе работы триггерных схем, структурную схему универсального триггера.

3.Вариант задания, логическую функцию, выполняемую схемой, таблицу истинности функции, электрическую схему триггера.

4.Распечатку переходного процесса в схеме с расчетом времени задержки сигнала для двух значений нагрузочной ѐмкости.

5.Результаты обработки компьютерных расчетов в таблице вида табл.7.4.

148

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Почему триггерные схемы могут служить элементами памяти?

2.В чем отличие асинхронных и синхронных триггеров?

3.Как работают статические триггеры?

4.Принцип работы динамических триггеров.

5.RS-триггер, логическая функция, схема реализации, тактовая диаграм-

ма.

6.D-триггер, логическая функция, схема реализации, тактовая диаграмма.

7.T-триггер, логическая функция, схема реализации, тактовая диаграмма.

8.JK-триггер, логическая функция, схема реализации, тактовая диаграм-

ма.

9.Как из JK-триггера построить D-триггер?

10.Как из JK-триггера построить T-триггер?

11.Как определить быстродействие триггера?

12.Что ограничивает быстродействие асинхронного или синхронного триггера?

13.Что такое состязания, как их устранить?

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1.Шишина Л.Ю. Основные устройства цифровой микросхемотехники.

Часть 2. Учебное пособие. Москва 2013, РИО МИЭТ.

2.Браммер Ю.А., Пащук И.Н. Импульсные и цифровые устройства. М., “Высшая школа”, 1999.

3.Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая элек-

троника. М., “Горячая линия - Телеком”, 1999.

149

4.Алексенко А.Г. Основы микросхемотехники. Лаборатория знаний. М.

Бином. 2009.

5.Пухальский Г.И., Новосельцева Т.Я. Проектирование цифровых уст-

ройств. Лань, 2012.

150

Лабораторная работа № 8

ИССЛЕДОВАНИЕ СХЕМ СЧЁТЧИКОВ

Цель работы: изучение работы и методов построения схем счѐтчиков.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

СХЕМЫ СЧЁТЧИКОВ

Схемы счетчиков весьма широко применяются в различных цифровых устройствах. Основные операции, реализуемые счетчиками, это:

-установка в исходное состояние, на всех выходах сигналы “0”,

-запись информации,

-хранение информации,

-считывание информации.

Основные параметры, которые характеризуют счетчики:

-модуль счета Kсч. Это максимальное число импульсов, которое считывается с выхода после чего счетчик возвращается в исходное состояние, когда на всех выходах появляются сигналы “0”. Величина модуля счета - это еще число устойчивых состояний схемы счетчика;

-быстродействие, которое характеризуется максимальной рабочей частотой входных импульсов и временем установки в исходное состояние;

-деление частоты входного сигнала. В последнем разряде счетчиков частота переключений в Kсч раз меньше входной, поэтому схемы счетчиков используются в качестве делителей частоты.

Различают следующие типы счетчиков:

суммирующие (инкрементные);

вычитающие (декрементные);

151

реверсивные (с прямым и обратным счетом);

двоично-кодированные;

с последовательным переносом (асинхронные);

с параллельным переносом (синхронные).

Для построения схем асинхронных счетчиков чаще всего используется

Т-триггер, логическая функция которого Qn 1 TQn TQn . Для построения синхронных счетчиков могут быть использованы любые типы триггеров или их комбинации.

Рассмотрим сначала простой суммирующий счетчик с последовательным переносом. На рис.8.1 показана схема данного счетчика, а на рис.8.2 - тактовая диаграмма работы такого устройства. Схема реализована на трех синхронных

Т-триггерах, управляемых срезом тактового сигнала. Начальное состояние счетчика - наличие на выходах всех триггеров состояния “0”. После оконча-

ния процедуры счета на всех выходах схемы снова должны установиться ну-

левые состояния.

Проанализировав полученную тактовую диаграмму счетчика (рис.8.2)

можно увидеть, что начиная с первого такта с исходным состоянием на выхо-

дах Q0 = 0, Q1 = 0, Q2 = 0, в каждом следующем такте число на выходах увели-

чивается на 1, при двоичном кодировании получается следующая последова-

тельность:

000 001 010 011 100 101 110 111 000...

Таким образом, через 8 тактов на всех выходах счетчика установились снова нули, т.е. счет закончился, а значит модуль счета в этой схеме Kсч = 8.

Для полных двоичных счетчиков модуль счета рассчитывается по простой формуле

Kсч = 2п ,

где n - число триггеров в счетчике.

152