Контрольні питання

1. Наведіть приклади метастабільності, які мають місце у повсякденному житті.

2. Поясніть особливості роботи RS-тригерів на основі логічних елементів АБО-НІ.

3. У чому полягає різниця між RS-тригерами, виготовленими на основі логічних елементів АБО-НІ та І-НІ.

4. Наведіть часові параметри, які характеризують тригерні схеми.

5. Які входи тригерів Вам відомі? Поясніть їх призначення.

6. Дайте пояснення таким параметрам тригера, як “час підготовки” та “час підтримки”.

7. У чому полягає особливість MS-тригерів? Які типи MS-тригерів Вам відомі?

8. У чому полягає різниця між тригерами зі статичним та з динамічним керуванням?

9. Дайте пояснення особливостям роботи D-тригера.

10. Поясніть переваги шестиелементного D-тригера.

11. Поясніть переваги JK-тригера перед RS-тригером. Які схемотехнічні особливості JK-тригера забезпечують ці його переваги?

12. Сформулюйте алгоритм функціонування JK-тригера.

13. Сформулюйте алгоритм функціонування T-тригера.

14. Поясніть, чому можливе взаємне перетворення тригерів.

15. У чому полягають особливості несиметричних тригерів? Яку іншу назву має цей різновид тригерів?

16. Поясніть призначення синхронізації у цифрових системах високого рівня складності. Які види синхронізації використовуються у цифрових системах?

17. Які шляхи і засоби використовуються для вирішення проблеми затримок у складних цифрових системах?

18. Сформулюйте основні правила, яких необхідно дотримуватись при заведенні зворотних зв'язків у цифрових схемах.

19. У чому полягають переваги багатофазних способів синхронізації перед однофазним?

20. Які вимоги до вхідних сигналів пред'являються цифровими системами?

21. У чому проявляється необхідність врахування затримок і перехідних процесів при проектуванні цифрових пристроїв?

Вправи і завдання

1. Замалювати виходи RS-тригера на елементах АБО-НІ для вхідних сигналів, зображених на рис. 4.48. Прийняти наступні припущення: тривалість вихідних фронтів і спадів дорівнює нулю; середня затримка вентиля 10 нс; кожен інтервал часу також дорівнює 10 нс; початковий стан тригера – нульовий.

Рис. 4.48

2. Повторити вправу 2, використовуючи вхідні сигнали відповідно до рис. 4.49.

Рис. 4.49

3. Показати, як побудувати RS-тригер, використовуючи один елемент – D-тригера з позитивним фронтом типу КР1533ТМ2 (74ALS74A), без застосування інших компонентів.

4. Показати, як, використовуючи елемент КР1533ТВ15 (74ALS109A) (JK-тригер з позитивним фронтом), побудувати тригер, еквівалентний КР1533ТМ2 (74ALS74A) (D-тригер), без застосування інших компонентів.

5. Показати, як, використовуючи елемент КР1533ТМ2 (74ALS74A) (D-тригер з позитивним фронтом), побудувати тригер, еквівалентний КР1533ТВ15 (74ALS109A), без застосування інших компонентів.

6. На рис. 4.50 приведена схема RS-тригера на логічних елементах 2І-НІ. Виконати наступні завдання: а) використовуючи допоміжні логічні елементи, розробити схему синхронного RS-тригера; б) використовуючи допоміжні ЛЕ, розробити схему синхронного RS-тригера з прямими входами S- і R-; в) використовуючи допоміжні ЛЕ, розробити схему розширювача тривалості імпульсу високого рівня; г) використовуючи допоміжні ЛЕ, розробити схему розширювача тривалості імпульсу низького рівня.

Рис. 4.50

7. На рис. 4.51 приводяться часові діаграми сигналів, що подаються на входи S- і R- RS-тригера, виготовленого на ЛЕ 2АБО-НІ. Побудувати часову діаграму сигналу на прямому виході тригера.

Рис. 4.51

8. Використовуючи RS-тригери і допоміжну логіку, розробити схему пристрою для зчитування і запам’ятовування (за керуючими сигналами Rd та Wr відповідно) ½ байта інформації, що подається у паралельному форматі.

9. Послідовність синхроімпульсів подається одночасно на групу статичних синхронних тригерів, з’єднаних відповідно до рис. 4.52. Виконати наступні завдання: а) привести часові діаграми сигналів на кожному з виходів елементів Q₁ , Q₂ , Q₂ за умови, що тривалість синхросигналу набагато перевищує інтервал часу затримки на розповсюдження при нульових початкових значеннях Q_i ; б) побудувати часові діаграми сигналів на виходах Q_i за умови, що всі тригери динамічні і сприймають синхросигнал за його фронтом; в) побудувати часові діаграми сигналів на виходах Q_i за умови, що всі тригери динамічні і сприймають синхросигнал за його зрізом.

Рис. 4.52

10. Поясніть, чи можливо використати RS-тригер в якості фазового детектора. (Фазовий детектор – це пристрій, який має залежність вихідної напруги від різниці фаз двох сигналів, що подаються на її входи). Якщо Ви вважаєте, що це неможливо, то дайте пояснення. Якщо можливо, то зобразіть характеристику вихідної напруги від різниці фаз.

11. На рис. 4.53 приводиться принципова схема цифрового пристрою з синхронними статичними RS-тригерами. Виконати наступне: а) пояснити роботу пристрою; б) побудувати часові діаграми напруг на виходах Q₁…Q₄ при послідовній подачі чотирьох синхросигналів; в) записати логічні функції дешифратора для перетворення вихідного коду, який знімається з Q₁…Q₄ , у двійковий.

12. На рис. 4.54 приводиться схема двійкового лічильника від 0 до 4. При подачі чергового імпульсу сигнал високого рівня з’являється на відповідному виході. П’ятий імпульс приводить до обнуління схеми. Проаналізувати роботу лічильника. Побудувати часові діаграми сигналів на виходах логічних елементів DD1…DD5; на виходах тригерів Q₁…Q₄ .

    Рис. 4.53

    Рис. 4.54

13. Робота RS-тригера описується формулою (4.1). Довести, що, використовуючи допоміжний інвертор DD1 (рис. 4.16, а), матимемо D-тригер, робота якого описується формулою (4.6).

14. На рис. 4.55 приведена схема двотактового динамічного тригера. Використовуючи часові діаграми, пояснити роботу тригера з урахуванням часових затримок на перемикання.

Рис. 4.55

15. На рис. 4.56 приведена схема D-тригера, в якому запис інформації забезпечується синхросигналом C₂ , а його обнуління – сигналом . Привести часові діаграми і пояснити його роботу.

Рис. 4.56

16. Використовуючи алгоритм функціонування RS-тригера, розробити алгоритм функціонування пристрою, схема якого приведена на рис. 4.57, відносно входів x₁ та x₂ . Привести часові діаграми роботи пристрою.

Рис. 4.57

17. Аналогічно до вправи 16, розробити алгоритм функціонування пристрою, схема якого приведена на рис. 4.58. Привести часові діаграми роботи пристрою.

Рис. 4.58

18. Використовуючи синхронний RS-тригер і допоміжну логіку, розробити схему синхронного D-тригера.

19. Чи можливо в RS-тригерах поміняти місцями входи R- і S-? Проаналізувати мікросхему з RS-тригерами (КР1533ТР2 (2S279)); пояснити, що зміниться у роботі мікросхеми.

20. Пояснити, як забезпечується метастабільність у D-тригерах, коли відсутні сигнали установки і підтримки. Проаналізувати дію кола зворотного зв’язку всередині схеми.

21. Робота D-тригера Ерла описується формулою:

.

Побудувати схему тригера у базисі І-НІ, пояснити її роботу.

22. Розробити тактований фронтом двовходовий тригер, що функціонує відповідно до Табл. 4.13, на основі синхронного D-тригера.

Табл. 4.13

x1	x0	Qn+1
0	0	0
0	1	Qn
1	0
1	1	1

23. Розробити синхронний двовходовий тригер, що функціонує відповідно до Табл. 4.14, на базі універсального JK-тригера.

Табл. 4.14

x1	x0	Qn+1
0	0	0
0	1	Qn
1	0
1	1	0

24. Побудувати граф-схему JK-тригера. Пояснити, чим вона відрізнятиметься від граф-схеми RS-тригера.

25. На рис. 4.59 приведена схема тригера. Визначити тип тригера, пояснити принцип його роботи.

Рис. 4.59

26. На рис. 4.60 приведена схема тригера. Побудувати таблицю станів і описати алгоритм його функціонування по відношенню до сигналів x₀ , x₁ .

Рис. 4.60

27. На рис. 4.61 приведена схема старт-стопного пристрою. Виходячи з умови, що тривалість імпульсів “Старт” і “Стоп” достатня для зміни стану тригера, а період Т набагато менший інтервалу часу між подачею сигналів “Старт” і “Стоп”, побудувати часові діаграми роботи пристрою.

Рис. 4.61

28. Проаналізувати особливості роботи старт-стопних пристроїв, схеми яких приведені на рис. 4.62, а – б.

Рис. 4.62

29. На рис. 4.63 приводяться схеми старт-стопних пристроїв, взяті з літературних джерел (Преснухин Л.Н., Воробьёв Н.В., Шишкевич А.А. Расчёт элементов цифровых устройств. – М.: Высшая школа, 1991. – 326 с.). Проаналізувати особливості роботи пристроїв при різних часових співвідношеннях між сигналами “Старт” і “Стоп”.

Рис. 4.63

30. Розробити варіанти схем старт-стопних пристроїв з використанням синхронних D-тригерів; JK-тригерів.

31. На входи D і С D-тригера подаються прямокутні імпульси з близькими частотами (наприклад, 90 Гц і 100 Гц). Пояснити особливості роботи тригера. Навести приблизний вигляд часових діаграм імпульсів на виході. Оцінити кількість імпульсів на виході тригера за інтервал 1 секунда.

32. На рис. 4.64, а приведена схема на основі двох D-тригерів, на входи якої поступають сигнали Т і С відповідно до часової діаграми, приведеної на рис. 4.64, б. Пояснити роботу пристрою і його призначення. Побудувати часові діаграми сигналів на виходах Q₁ і Q₂ тригерів і на виході пристрою Y без урахування часових затримок на перемикання тригерів. Який вплив матимуть часові затримки на роботу схеми? Як зміняться часові діаграми, якщо тригер DD2 спрацьовуватиме не за зрізом, а за фронтом сигналу тактового генератора Т ?

Рис. 4.64

33. Пояснити, як побудувати Т-тригер, використовуючи D-тригер і, якщо потрібно, допоміжну логіку.

34. Пояснити, як побудувати JK-тригер, використовуючи Т-тригер і, якщо потрібно, допоміжну логіку.

35. Використовуючи D-тригер і допоміжну комбінаційну логіку, розробити схему Т-тригера з допоміжним дозволяючим входом.

36. Використовуючи Т-тригер і допоміжну комбінаційну логіку, розробити схему D-тригера з допоміжним дозволяючим входом.

37. На рис. 4.65 приводяться часові діаграми S- і R- сигналів, що діють на RS-тригер, виготовлений з використанням логічних елементів АБО-НІ. Побудувати часові діаграми сигналу на прямому виході Q за умови, що у момент часу t = 0 стан виходу Q_n = 0.

Рис. 4.65

38. На рис. 4.66 приводяться часові діаграми сигналів, що прикладаються до входів і RS-тригера, виготовленого з використанням ЛЕ І-НІ. Побудувати часові діаграми сигналу на прямому виході Q за умови, що у момент часу t = 0 стан виходу Q_n = 0.

Рис. 4.66

379