1. Цель работы
Целью работы является исследование особенностей работы универсальных триггеров в
интегральном исполнении.
2. Основные теоретические положения
2.1. В настоящее время известно большое количество разных типов триггеров,
изготавливаемых в виде интегральных микросхем. Как правило, это универсальные
триггеры, т.е. триггеры, совмещающие в себе функциональные возможности
нескольких более простых видов триггеров (например: RS- и D- триггеров, RS- и
JK- триггеров и т.д.). Так, например, триггер, изображенный на рис.1, сочетает в
себе возможности RS- и D- триггеров.
Рис.1
Запись информации в триггер данного типа производится по входу D. На вход С
подаются импульсы синхронизации. Кроме того, триггер имеет вход установки “0” (R
- вход) и вход установки “1” (S - вход).
2.2. Для управления работой триггера могут использоваться управляющие сигналы
различных уровней. Так, вышеуказанный триггер (рис.1) срабатывает при подаче на
входы S и R сигналов логической “1” (прямые входы). При управлении сигналом
логического нуля “0” вводится специальное обозначение вывода или входа микросхем
(рис.2).
Рис.2
2.3. Вход синхронизации может быть как потенциальным (рис.1), так и динамическим
(рис.2). Особенности работы триггеров с потенциальным и динамическим входом С
отражены на временных диаграммах (рис.3, а) и б) соответственно).
Рис.3
Как следует из рис.3, запись информации на триггер с потенциальным входом
происходит при наличии на входе С уровня логической “1”. При этом изменение
состояния триггера связано с поступлением сигналов на вход D. В динамическом
триггере (рис.2) запись информации происходит по положительному фронту сигнала
на входе С (переход из состояния “0” в состояние “1”). Существует тип триггеров,
у которых запись информации осуществляется по отрицательному фронту сигнала на
входе С (переход из состояния “1” в состояние “0”).
2.4. Работу триггера, как и других логических устройств, можно описать с помощью
таблицы истинности. Таблица истинности триггера с потенциальным входом (рис.1)
имеет вид, представленный ниже (табл.1).
2.4.1. Режим “хранение информации” означает, что триггер находится в состоянии,
соответствующем предыдущему такту работы (управляющие сигналы отсутствуют.
2.4.2. В режиме “Установка “1” и “Установка “0” универсальный триггер
функционирует как стандартный RS-триггер. Комбинация входных сигналов R = = S =
1 является запрещенной, т.к. при этом оба выхода триггера устанавливаются в одно
и тоже состояние, что противоречит нормальной работе логического устройства.
2.4.3. В режиме “Запись “0” и “Запись “1” универсальный триггер функционирует
как стандартный D-триггер.
2.4.4. Последняя строчка в таблице 1 иллюстрирует ситуацию, когда, с одной
стороны, производится запись “0” по входу D, а с другой стороны - установка “1”
по входу S. В этом и подобных случаях триггер подчиняется сигналам на
установочных входах R и S.
2.4.5. Если триггер имеет динамический вход синхронизации С (как это показано на
рис.2), то в таблице истинности для положительного и отрицательного фронта
вводятся специальные обозначения (“_ ” и “ _”) соответственно).
2.5. Для описания работы триггера используется также функция перехода F, которая
может принимать следующие четыре значения:
F = 0(триггер не изменил состояние “0”);
F = 1(триггер не изменил состояние “1”);
F = С(триггер перешел из состояния “1” в состояние “0”);
F = D (триггер перешел из состояния “0” в состояние “1”).
Функция перехода может быть представлена в виде таблицы, подобной таблице
истинности. Для триггера с прямыми входами функция перехода имеет вид (табл.2):
Знак Х обозначает безразличное состояние, т.е. на вход может быть подана как
логическая единица “1”, так и логический ноль “0”. Значения функции перехода
логически следуют из таблицы истинности данного триггера.
2.6. Универсальные триггеры могут быть переведены в счетный режим работы, т.е.
такой режим, при котором состояние триггера изменяется на противоположное с
приходом каждого последующего импульса синхронизации (или импульса счета) на его
С-вход.
В случае D-триггера для реализации этого режима инверсный выход соединяют с
D-входом. В случае JK-триггера устанавливают входные управляющие сигналы J=K=1.
3. Описание объекта и средств исследования
Рис.4
Электрическая схема исследуемого устройства представлена на рис.4. Элемент ДД2
представляет собой триггер Шмидта, построенный на микросхеме типа К155ТЛ1.
Элемент ДД3 представляет собой два универсальных D-триггера, собранных на
микросхеме К155ТМ2, а элементы ДД4 и ДД5 - универсальные JK-триггеры, собранные
на микросхемах К155ТВ1.
3.1. Исследование элемента ДД2.
3.1.1. Сигнал с измерительного генератора Л31 подается на входы триггера,
обьединенные по схеме “И”. Для этого выход “10В” генератора Л31 соединяется с
гнездом “Вход ГС1” на блоке управления К32, а кнопка “ВСВ _ ВНК” над гнездом
“ГС1” должна находиться в отжатом состоянии.
3.1.2. Входные и выходные сигналы триггера поступают в каналы передачи
информации (КПИ) номер 9 и 10 соответственно. Для наблюдения указанных сигналов
на экране мультиметра необходимо, чтобы кнопка “ВСВ _ ВНК” в поле надписи “КВУ”
и кнопка “Коммутатор” находились в отжатом состоянии. Отдельное наблюдение
сигналов на входе и выходе триггера производится путем нажатия кнопок “ВХ1” и
“ВХ2” соответственно, а одновременное наблюдение - нажатием кнопки “Коммут.” под
надписью “Контроль V ~“.
3.1.3. В режиме наблюдения одновременно двух сигналов на экране мультиметра
величина и взаимное расположение этих сигналов регулируется ручками “~ “ и “Ї “
соответственно в поле надписи “Коммутатор” отдельно для каждого канала (“ВХ1”
для КПИ 10 и “ВХ2” для КПИ 9).
3.2. Исследование элемента ДД3 в статическом и динамическом режиме.
3.2.1. Логические сигналы “0” и “1” на входе триггеров задаются с помощью кнопок
с фиксацией SA1 ё SA6, расположенных на передней панели блока К32 под надписью
“Программатор кодов”. Отжатое состояние кнопки соответствует заданию логического
“0”, а нажатое - заданию логической “1”. Нажатое состояние кнопки сопровождается
загоранием соответствующего светодиода зеленого цвета, расположенного вблизи
данной кнопки “Программатора кодов”.
3.2.2. Для подачи положительного импульса (“_ _”) на вход С триггера необходимо
кратковременно перевести соответствующую кнопку из отжатого состояния в нажатое
и обратно.
3.2.3. Для индикации логических сигналов на выходе триггера, работающего в
статическом режиме (верхняя часть элемента ДД3), служит левое цифровое табло
блока К32. При этом кнопка “10 _2”, расположенная непосредственно под табло,
должна находиться в нажатом состоянии.
3.2.4. Нижняя часть элемента ДД3 представляет собой триггер, работающий в
счетном режиме. На его счетный вход С поступает непрерывная последовательность
импульсов. Одновременно такая же последовательность поступает в КПИ1. Выходные
сигналы триггера (прямой и инверсный) поступают в КПИ2 и КПИ3 соответственно.
3.2.5. Лабораторный стенд позволяет наблюдать на экране мультиметра одновременно
два сигнала с любых двух КПИ из восьми (двухканальный режим наблюдения). Выбор
двух определенных КПИ производится следующим образом:
3.2.5.1. Нажать кнопку “ВСВ _ ВНК” под надписью “КВУ”, при этом у левых
индикаторов обоих цифровых табло начинает светиться знак запятой.
3.2.5.2. При отжатой кнопке “ВХ1 _ ВХ2” набрать с помощью кнопок “23 ё 20”
программатора “СИ” двоичный код первого выбранного КПИ и нажать кнопку “Пуск”.
При этом на левом табло у знака запятой появится номер выбранного КПИ.
3.2.5.3. При нажатой кнопке “ВХ1 _ ВХ2” повторить указанную процедуру для
второго выбранного КПИ. Номер этого КПИ появится у знака запятой правого табло.
3.2.5.4. Нажать кнопку “Коммутатор” под надписью “Контроль V ~“. Теперь два
выбранных КПИ через каналы коммутатора лабораторного стенда соединены с
осциллографом мультиметра. Регулировку величины и расположения сигналов на
экране осуществляется раздельно ручками “~“ и “Ї” под надписью “Коммутатор”.
Слева расположены ручки регулировки первого канала коммутатора, справа - второго
канала коммутатора.
3.2.5.5. Для выхода из режима наблюдения сигналов на экране мультиметра
перевести кнопку “ВСВ _ВНК” под надписью “КВУ” в отжатое состояние.
3.3. Исследование элементов ДД4 (статический режим) и ДД5 (счетный режим).
3.3.1. Логические сигналы “0” и “1” на S, R, J и К - входы универсальных
триггеров подаются с помощью кнопок SA7 ё SA12 (аналогично рассмотренному в
п.3.2.1.).
3.3.2. Сигнал на вход Стриггера поступает от встроенного генератора импульсов
лабораторного стенда, который вырабатывает серию импульсов положительной
полярности. Число импульсов может изменяться от 1 до 15 и устанавливается с
помощью кнопок с фиксацией “23 ё 20”, расположенных под надписью “Программатор
СИ”. Кнопки без фиксации “Пуск” и “Установ. 0” служат для задания режима работы
генератора. При этом должна соблюдаться следующая последовательность действий:
3.3.2.1. Набрать число импульсов в пачке в двоичном коде с помощью кнопок “23 ё
20”. Кнопке в нажатом состоянии соответствует двоичная единица (при этом
загорается соответствующий светодиод).
3.3.2.2. Нажать кнопку “Установ. 0” и убедиться, что светодиод кнопки “Пуск”
погашен. Генератор импульсов готов к работе.
3.3.2.3. Нажать кнопку “Пуск”. При этом генератор вырабатывает нужную пачку
импульсов. Для повторного включения генератора нажать кнопку “Установ. 0”, а
эатем кнопку “Пуск” и т.д.
3.3.3. Контроль выходных сигналов триггера ДД4 осуществляется с помощью левого
цифрового табло на блоке К32.
3.3.4. Счетные импульсы на триггер ДД5, работающий в счетном режиме, поступают
через элемент “И”, собранный на микросхеме ДД1. Сигнал логической “1”,
разрешающий прохождение последовательности импульсов, подается на элемент “И”
нажатием кнопки SA15. Состояние свободных входов J и K триггера ДД5
соответствует наличию для них сигнала логической единицы.
3.3.5. Сигналы с прямого и инверсного выхода триггера ДД5 поступают в КПИ4 и
КПИ5 соответственно. При этом возможно наблюдение этих сигналов на экране
мультиметра совместно с входными счетными импульсами, поступающими на КПИ1.
Выбор КПИ производится согласно п.3.2.5.