Лабораторна робота № 1. Дослідження rs тригера. Тригери асинхронні і з синхронізуючим входом.
Мета:побудова схеми і вивчення принципу роботи RS-тригера.
Програмне забезпечення: програмне забезпечення комп'ютерного моделювання електронних схем (програма Electronic Workbench).
Основні теоретичні відомості
Тригер - найпростіша цифрова схема послідовного типу. У тригерів стан виходу Y у любий момент часу визначається поточним станом входу Х та внутрішнім станом схеми Q:.
Y=F(X,Q)
Іншими словами, цифровий автомат є не тільки перетворювачем, але й зберігає попередню й поточну інформацію (стани). Ця властивість забезпечується наявністю в схемах зворотних зв’язків.
Основою послідовностних схем є тригери. Тригер має два стійких стани Q=1 і Q=0, тому його іноді називають бістабільною схемою. В якому з цих станів опиниться тригер, залежить від сигналів на входах тригера і від його попереднього стану, тобто він має пам’ять. Можна сказати, що тригер є елементарною ячейкою пам’яті.
Тип тригера визначається алгоритмом його роботи. В залежності від алгоритму роботи, тригер може мати настановні, інформаційні та керуючі входи. Настановні входи встановлюють стан тригера незалежно від стану інших входів. Входи керування дозволяють запис даних, які надходять на інформаційні входи. Найбільш розповсюдженими є тригери RS, JK, D і Т – типів.
RS - тригер – найпростіший автомат з пам’яттю, який може знаходитись в двох станах. Тригер має два настановні входи: установки S (set - установка) і скиду R (reset - скид), на які подаються вхідні сигнали від зовнішніх джерел. При подачі на вхід настанови активного логічного рівня тригер установлюється в 1(Q=1, ¬Q=0), якщо подати активний рівень на вхід скиду тригер установлюється в 0 (Q=0, ¬Q=1). Якщо подати на обидва входи установки (збудження) пасивний рівень, то тригер буде зберігати попередній стан виходів: Q=0, ¬Q=1 або Q=1, ¬Q=0. Кожний стан стійкий і підтримується за рахунок дії зворотних зв’язків.
Для тригерів цього типу є недопустимим одночасна подача активного типу на обидва входи установки, так як тригер за визначенням не може одночасно бути встановленим в нуль та одиницю. На практиці подача активного рівня на настановні входи приводить до того, що цей стан не може бути збереженим і неможливо визначити, в якому стані буде знаходитись тригер при наступній подачі сигналів пасивного рівня.
На мал. 1.1 і 1.2 зображені два виду RS - тригерів, які виконані на елементах АБО-НЕ та І-НЕ.
Мал.1.1. RS - тригер, виконаний на елементах І-НЕ.
Мал. 1.2. RS - тригер, виконаний на елементах АБО-НЕ.
Для схеми на мал. 1.1 активним рівнем є рівень логічної одиниці, для схеми на мал. 1.2 – рівень логічного нуля. Схема на мал. 1.2 отримала назву RS - тригера з інверсними входами.
RS–тригер є основним вузлом для побудови послідовних схем. Назва схем такого типу ”послідовні” означає, що стан виходу залежить від того, в якій послідовності на входи подаються вхідні набори і яким був попередній внутрішній стан. Так, якщо в RS–тригері (мал. 1.2) на початку встановити комбінацію R=0, S=1 (скорочений запис - 01), а потім перейти до R=1, S=0 (00), то стан виходу Q=1. Якщо ж на початку установити комбінацію 10, а потім перейти до 00, то стан виходу буде інший - Q=0, незважаючи на однакові комбінації сигналів на входах. Таким чином, при одному і тому ж вхідному наборі 00 вихід тригера може знаходитися в різних станах.
Умови переходів тригерів із одного стану в інший (алгоритм роботи) можна описати табличним, аналітичним або графічним способами. Табличний опис роботи RS – тригера (мал. 1) представлено в таблиці 1.1 (таблиця переходів) і таблиці 1.2 (таблиця функцій збудження).
В таблицях використані наступні позначення:
Qt – попередній стан виходу;
Qt+1 – новий стан, який установлюється після переходу (Qt+1 = Qt;
х – байдуже значення сигналу: 0 або 1;
- - невизначений стан.
Таблиця 1.1 Таблиця 1.2
-
таблиця переходів
таблиця функцій збудження
R
S
Qt+1
Qt
Qt+1
R
S
0
0
1
1
0
1
0
1
Qt
1
0
-
0
0
1
1
0
1
0
1
x
0
1
0
0
1
0
x
Аналітичний опис (характеристичне рівняння) можна отримати з таблиць 1.1 та 1.2 по правилам алгебри логіки:
(1)
Залежність Qt+1 і Qt характеризує властивість запам’ятовування попереднього стану. Опис роботи RS–тригера можна доповнити графом мал. 1.3 (графічний спосіб).
а) б)
Мал. 1.3. Граф роботи RS- тригера
Графік на мал. 1.3а показує, що схема, яка знаходилась в постійному стані Q=0, зберігає цей стан як при впливі вхідного набору R=0, S=0, так і при впливі R=1, S=0. Якщо ж на вхід схеми, яка знаходиться в стані Q=0, подіяти набором R=0, S=1, то вона переходить в стан Q=1 і зберігає його при вхідних наборах R=0, S=1, або R=0, S=0. На мал. 1.3б той же граф тригера нарисований більш компактно. Вхідні сигнали, які можуть приймати любі значення (як 0, так і 1), позначенні як Х, а позиція позначення відповідає послідовності R, S.