Часть 2 - реализация последовательностных логических устройств.

1. Цель работы

Приобретение практических навыков в реализации последовательностных логических устройств на мультиплексорах-селекторах серии KMC К155.

2. Основные сведения и понятия

Данная работа является продолжением работы ''Мультиплексоры-селекторы (Часть 1)" и выполняется на субблоке с одноименным названием. Поэтому требуется предварительно изучить применение мультиплексоров-селекторов (MS) для реализации комбинационных устройств и ознакомиться с составом субблока (работа №6).

Последовательностным называется такое логическое устройство, выходные сигналы которого неоднозначно зависят от значений входных сигналов. Такая зависимость возникает, если значения выходных сигналов определяются значениями входных не только в рассматриваемый момент времени, но и в предыдущие моменты. Поэтому в состав последовательстного логического устройства (ПЛУ) должны входить элементы памяти, а сами устройства называют «устройствами с памятью» или "конечными автоматами". Работа автоматов описывается "автоматными функциями" на формальном языке алгебры состояний и событий [3].

Простейшим ПЛУ (конечным автоматом) является устройство, имеющее два устойчивых состояния, в которые оно переходит под действием двух независимых входных сигналов, и известное в электронике под названием "RS-триггера". На рис.1 приведено условное графическое обозначение (УГО), функциональная схема и временные диаграммы работы RS-триггера, построенного на логических элементах И-НЕ.

Такая схема является элементом памяти на 1 бит информации и может быть описана автоматными функциями «памяти» вида [3, с. 38 -41]

, (1)

, (2)

где ƒ₁ и ƒ₂ - независимые переменные, описывающие "включающий" и "отключающий" сигнал соответственно; а х и у -.промежуточные переменные, отображающие сигналы обратной связи. Все переменные и функции могут принимать только два значения лог.0 и лог. 1. Однако между функцией и соответствующей ей промежуточной переменной существует временная зависимость. Например, для функции X:

или X(t + Δt) = x(t), (3)

где t - текущий момент времени; а (t - Δt) и (t + Δt) - соответственно предыдущий и последующий моменты времени. Выражения (3) не булевские, они описывают работу элемента временной задержки дискретного сигнала на интервал Δt. В простейшем случае Δt=1, то есть единице "автоматного" (машинного) времени. В формулах, при записи алгебраических выражений автоматных функций, символы времени часто пропускают, а принимают их по умолчанию, обозначая функцию прописной буквой, а промежуточную переменную строчной. (Например, X - функция, а х - соответствующая ей промежуточная переменная.)

При анализе ПЛУ за Δt часто принимают задержку в распространении сигнала от входа к выходу элемента и, если эта задержка соизмерима с длительностями сигналов, то её показывают на временных диаграммах. Диаграммы рис.1,в построены с пренебрежением к задержкам распространения сигналов через элементы D1 и D2 (см. рис.1, б).

Рис.1 Элемент памяти - RS-триггер: УГО триггера (а), функциональная схема (б), временные диаграммы его работы (в)

Функция (1) называется функцией памяти с преимуществом включающего сигнала, а функция (2) - функция памяти с преимуществом отключающего сигнала. В первом случае, если ƒ₁ = 1, то незави­симо от значения ƒ₂ функция X=1 (что равносильно записи 1 бит информации в память). А функция Y принимает значение лог.0, если ƒ₂ =1, независимо от значения ƒ₁.

По схеме рис.1,б можно составить алгебраическое выражение для выходной функции Q:

или (4)

Выражение (4) аналогично (1) при условии, что и , то есть приведённый триггер описывается функцией памяти с преимуществом включающего сигнала, однако за активное значение входных сигналов принят логический ноль (лог.0) Возможны триггеры с преимуществом отключающего сигнала (сигнала "сброс") и триггеры с различными активными значениями входных сигналов

В данной лабораторной работе исследованию подлежат триггерные схемы различных вариантов. А также исследуется возможность, построения селектора фазы двух последовательностей импульсов. Для этой цели используется микросхема К155КП2 (сдвоенный селектор- мультиплексор 2-го порядка) и дополнительная схема на одновибраторах D5, D6 (К155АГЗ), позволяющая сформировать последовательность прямоугольных импульсов с регулируемым углом фазового сдвига (см. функциональную схему рис.3 лабораторной работы №6).