Оперативность, качество, доступные цены!
info@smart-sps.ru

Москва, ул. 6-я Радиальная, д.9​

Лабораторная работа №4

ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ ГОРОДА МОСКВЫ

СЕВЕРНЫЙ АДМИНИМТРАТИВНЫЙ ОКРУГ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лабораторная работа №4

 

Исследование принципов работы триггеров

 

1. Цель работы

Целью работы является изучение принципов работы триггеров.

 

2. Краткие теоретические сведения

 

Триггеры

Триггерами или, точнее, триггерными системами называют класс цифровых устройств, обладающих способностью длительно находится в одном из двух или более устойчивых состояний и чередовать их под воздействием внешних сигналов. Каждое состояние триггера распознаётся по значению выходного напряжения.

Триггеры используются при построении устройств, предназначенных для счета цифровых сигналов. Когда необходимо выделить серию цифровых импульсов из их неограниченной последовательности, вырабатываемой, например, генератором, триггеры могут применяться в качестве устройств, определяющих начальный и конечный импульс серии. В схемах с цифровыми ключами триггеры могут служить для подавления дребезга электрического сигнала, возникающего при замыкании и размыкании ключей. В устройствах индикации выходной информации триггеры играют роль «защелок», которые хранят последние поступившие на них при считывании цифровые сигналы. Одним из основных типов триггеров является RS-триггер.

 

RS - триггер

 

 


Надпись: Рисунок 4.1. Схема RS-триггера

Важным методом, используемым для описания функционирования RS- триггера, является метод таблиц состояний (таблиц переходов).

 

RS-триггера в сокращенной форме содержит два входных сигнала (сигналы R и S) и один выходной сигнал (функция) и  (см. рисунок 4.1).

 

S

R

Q

0

0

0

1

1

1

0

0

1

1

Q0

 

Надпись: Таблица 4.1. Таблица состояний RS- триггера

Из таблицы состояний 4.1 триггера видно, что при подаче на вход R уровня лог. «0» триггер принимает состояние логического «0», а при подаче управляющего сигнала «0» на вход S - состояние «1». Следует отметить также, что если до подачи управляющего сигнала, например, на вход R, триггер находился в состоянии логического «0», его состояние не изменится и после подачи сигнала «0» на вход R. Если на обоих входах триггера имеются уровни логического «1» - это состояние соответствует режиму хранения и триггер сохраняет предыдущее состояние. В таблице 4.1 это состояние обозначено условно Q0. При подаче на входы R и S одновременно уровня «0» триггер будет находиться в неопределенном (или неправильном) состоянии, поэтому такое сочетание сигналов R и S называется запрещенной комбинацией управляющих сигналов и в таблице состояний обозначается буквой .

Сокращенная таблица состояний (таблица 4.1) триггера отражает лишь динамику изменения состояния триггера и не учитывает свойство триггера запоминать единицу информации. Полная таблица состояний (таблица 4.2) триггера должна учитывать влияние (на процесс управления) значения предыдущего состояния триггера Q0. Причем Q0 представляется как входная переменная. Таблицу состояний строят так же, как и таблицу истинности.

 

Nст

S

R

Q0

Q

1

0

0

0

2

0

0

1

3

1

0

1

0

4

1

0

0

0

5

0

1

1

1

6

0

1

0

1

7

1

1

1

1

8

1

1

0

0

 

Таблица 4.2. Полная таблица состояний RS -триггера

 

В таблице 4.2 Q0 – состояние триггера до поступления управляющего сигнала; Q – состояние триггера после поступления сигнала управления;  - неопределенное состояние триггера, соответствующее запрещенным комбинациям входных (управляющих) переменных.

Анализ таблицы 4.2 показывает, что только в ситуациях, описываемых строками 3 и 6, происходит изменение состояния триггера.

Рассмотрим строку 3. После того, как подается сигнал на вход R, триггер сбрасывается, т.е. переходит из состояния “1” в состояние “0”. Рассмотрим строку 6. Триггер устанавливается, т.е. переходит из состояния “0” в состояние “1”, в результате подачи сигнала “0” на вход S. Для строк 7 и 8 сигналы S = 1 и R= 1, и, следовательно, никаких изменений в состоянии триггера не происходит. Для строки 4 сигнал R=0, и этот сигнал в нормальных условиях должен сбросить триггер, но так как триггер уже “сброшен” и Q = 0, то сигнал R = 0 не изменяет его состояние. Аналогично для строки 5 сигнал S = 0, и этот сигнал в обычных условиях будет устанавливать триггер в “1”, но Q = 1, и, следовательно, состояние триггера останется без изменений до поступления следующего сигнала R.

При подаче одновременно на входы R и S сигнала, соответствующего логической 0, состояние триггера становится неопределенным: на обоих выходах Q и  установится уровень “1”, а после снятия со входов управляющих сигналов, в силу случайных причин, триггер может установиться в состояние “0” либо “1”. Очевидно, что для нормальной работы триггера необходимо исключить указанное сочетание входных сигналов, приводящее к неопределенному состоянию.

 

D-триггер

D-триггер называют информационным триггером, также триггером задержки. D-триггер управляться (переключаться) фронтом тактирующего импульса. Для триггера типа D, состояние в интервале времени между сигналом на входной линии и следующим состоянием триггера описывается таблицей 4.3:

 

D

Q

0

0

1

1

 

Таблица 4.3. Таблица состояний D – триггера

 

По синхроимпульсу D-триггер принимает то состояние, которое имеет входная линия, согласно управляющей таблице состояний. На рисунке 4.2, приведены временные диаграммы, поясняющие его работу.


Рисунок 4.2. Временная диаграмма работы D-триггера

 

Как следует из таблицы 4.3, D-триггер имеет как минимум две входные линии: одна - для подачи синхроимпульсов; другая - информационных сигналов. Схемное обозначение D - триггера приведено на рисунке 4.3.

 


Рисунок 4.3. Схематическое обозначение D-триггера

 

Полная таблица 4.4 состояния D-триггера будет выглядеть следующим образом:

 

C

D

Q0

Q

0

0

0

0

0

0

1

~

0

1

0

0

0

1

1

~

1

0

0

0

1

0

1

0

1

1

0

1

1

1

1

1

 

Таблица 4.4. Таблица состояний D - триггера

 

В таблице 4.4 состояний D - триггера знаком безразличного состояния (~) обозначены значения Q для двух наборов переменных, т.к. изменение состояния триггера при нулевом значении сигнала «С» не происходит.

 

JK-триггер

 

Особое место среди триггеров занимают JK-триггеры, как обладающие более широкими функциональными возможностями.

Упрощенная таблица 4.5 (таблица управления) состояний JK-триггера содержит четыре строки:

 

J

K

0

0

0

1

0

1

0

1

1

1

 

Таблица 4.5. Таблица состояний JK-триггера

 

Из таблицы состояний 4.5 видно, что для первых трех строк (наборов переменных) входы J и K играют роль входов S и R RS - триггера. Однако, для четвертого набора переменных, когда J=K=1 состояние триггера сильно отличается от состояния RS-триггера. Для RS-триггера - это запрещенная комбинация входных переменных, а в JK-триггере меняется (инвертируется) предыдущее состояние.

Полная таблица состояний 4.6, учитывающая текущее состояние для JK-триггера выглядит следующим образом:

 

J

K

Q0

Q

0

0

0

0

0

0

1

1

0

1

0

0

0

1

1

0

1

0

0

1

1

0

1

1

1

1

0

1

1

1

1

0

 

Таблица 4.6. Таблица (полная) состояний JK - триггера

 

 

Т-триггер

 

Т-триггер - это счетный триггер. Т-триггер имеет один вход (вспомогательные входы принудительной установки “0” и “1” не рассматриваются), куда подают тактирующие (счетные) импульсы. После подачи каждого тактирующего импульса состояние Т-триггера меняется в обратное (инверсное) предыдущему состоянию (аналогично состоянию JK-триггера при комбинации входных переменных J=1 и K=1). Т-триггеры строятся на базе двухступенчатых (RS, D, JK) триггеров.

 

 

Таблица состояний 4.7 Т-триггера выглядит следующим образом:

 

T

Q0

Q

0

0

0

0

1

1

1

0

1

1

1

0

 

Таблица 4.7. Таблица состояний T – триггера

 

где, T – тактирующий импульс.

Т-триггер можно синтезировать из любого типа триггера. Рассмотрим пример синтеза Т-триггера из JK-триггера. Для этого достаточно подключить входы J и K к высокому уровню «1».

 

 

 


Рисунок 4.4. Схема реализации Т – триггера из JK - триггера

 

Рассмотрим пример реализации Т-триггера на базе D-триггера, управляемого фронтом синхроимпульса.

 


Рисунок 4.5. Схема реализации Т – триггера из D - триггера

 

Из приведенной функциональной схемы 4.5 следует, что для получения счетного триггера из D-триггера, достаточно соединить инверсный выход D-триггера с его входом “D”.

Временные диаграммы, поясняющие принцип работы счетного триггера приведены на рисунке 4.6.

 


Рисунок 4.6. Временная диаграмма работы T – триггера

 

Из временных диаграмм следует, что переключение состояния счетного триггера, выполненного на базе D-триггера, происходит в моменты поступления передних фронтов синхроимпульсов. Частота следования импульсов на выходе счетного триггера в два раза меньше частоты входных синхроимпульсов, что позволяет их использовать в качестве делителей частоты. Если один счетный триггер позволяет делить частоту на два, то для реализации делителя частоты на четыре потребуется два триггера, соединенных последовательно и т.д.

 

3. Задание для самостоятельного выполнения

Внимание!

При выполнении практикума в лабораторном классе:

Соблюдайте правила техники безопасности при работе со стендом и приборами как с электрическими установками! Сетевое питание на стенд и питание на тестируемые схемы подавайте только после полного монтажа схемы и проверки монтажа преподавателем!

 

3.1. Для изучения принципов работы RS – триггера синтезируйте архитектуру ПЛИС в соответствии с функциональной схемой, приведенной на рисунке 4.7.

 


Рисунок 4.7. Функциональная схема для изучения принципов работы RS - триггера

 

Манипулируя кнопками SA1 и SA2, заполните таблицу 4.8 состояний RS – триггера (таблицу переходов), руководствуясь свечением светодиода HL1.

 

S

R

Q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 4.8. Таблица состояний RS – триггера (заполняется в

ходе выполнения работы)

 

3.2. Синтезируйте устройство с среде Quartus II для работы с D - триггером. Структурная схема представлена на рисунке 4.8.


 

Рисунок 4.8. Структурная схема для изучения принципов работы D-триггера

 

Используя кнопку SA1 для управления информационным входом триггера, кнопку SA2, подключенную через модуль подавления «дребезга» контактов, для имитации тактового сигнала триггера, светодиод HL1 для определения состояния выхода D – триггера, заполните таблицу состояний триггера 4.9.

 

D

Q

 

 

 

 

 

Таблица 4.9. Таблица состояний D – триггера (заполняется в

ходе выполнения работы)

 

3.3. Сконфигурируйте ПЛИС в соответствии с рисунком 4.9. Подключите к входам триггера “J” и “K” два микропереключателя из линейки микропереключателей SA5. Вход синхронизации триггера соедините с кнопкой SA1 через схему подавления «дребезга» контактов “remove_chatter”. К выходу JK – триггера подключите светодиод HL1.

 


Рисунок 4.9. Структурная схема для изучения принципов работы JK-триггера

 

Изменяя уровни логических сигналов, с помощью переключателей SA5 и фиксируя изменения на входах “J” и “K” нажатием на кнопку SA1, заполните таблицу состояния триггера 4.10, руководствуясь активностью выхода JK – триггера.

 

J

K

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 4.10. Таблица состояний JK – триггера (заполняется в

ходе выполнения работы)

 

3.4. Схема представленная на рисунке 4.10 предназначена для практического изучения принципов работы T - триггера. Сконфигурируйте ПЛИС согласно схеме. Нажимая на кнопку SA1, подключенную через модуль подавления «дребезга» контактов “remove_chatter”, убедитесь в изменении состояния триггера при каждом нажатии на кнопку SA1.

 


Рисунок 4.10. Структурная схема для изучения принципов работы Т-триггера

 

4. Контрольные вопросы

1. Нарисуйте схему RS – триггера на элементах «И-НЕ» и поясните принцип работы триггера?

2. Используя таблицы состояний поясните принцип работы D – триггера, JK – триггера, Т – триггера.