4. Содержание отчета

1. Описание схемы триггера.

2. Диаграммы сигналов, действующих на входах и выходах триггера, описание диаграммы сигналов.

3. Схема счетчика, регистра.

4. Диаграммы сигналов, действующих на входах и выходах регистра при использовании формирователя одиночных импульсов, описание диаграмм сигналов.

5. Диаграммы сигналов, действующих на входах и выходах регистра, счетчика при использовании генератора импульсов блока коммутаторов.

Контрольные вопросы

1. Каковы диаграммы сигналов в схемах триггеров?

2. Чем отличаются D-триггеры от JK-триггеров?

3. На какие входы схем триггеров поступают синхросигналы?

4. Как построить схему счетчика с заданным коэффициентом пересчета?

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Лачин В.И., Савелов Н.С. Электроника: учебное пособие. Изд. 6-е, перераб. и дополн. – Ростов на Д.: Феникс, 2007. – 703 с.

2. Угрюмов Е. Цифровая схемотехника. – СПб.: БХВ, 2001. – 528 с.

3. Валенко В.С. Полупроводниковые приборы и основы схемотехники электронных устройств. – М.: ДОДЭКА-XXI. 2001. – 365 с.

Лабораторная работа ЭУ-12

“ИССЛЕДОВАНИЕ ЦИФРОВЫХ РЕГИСТРОВ И СЧЕТЧИКОВ”

1. Цель работы

Цель работы – ознакомление с характеристиками регистров и счетчиков и применением их в цифровой схемотехнике.

Общие сведения

Регистры и счетчики в интегральном исполнении построены на основе триггеров, которые, в свою очередь, выполнены на основе логических элементов. Логические элементы представляют собой схемы, оперирующие с логическими сигналами, т.е. сигналами, принимающими значения только двух уровней – высокого и низкого (нулевого). Обычно сигнал высокого уровня обозначают единицей, низкого уровня – нулем.

Для описания поведения логических схем и триггеров используют алгебру логики. Переменные в алгебре логики принимают два значения “1” и “0”. Основными функциями алгебры логики являются функции ИЛИ (логического сложения X₁+X₂), И (логического умножения X₁·X₂), отрицания (инверсии) (функция НЕ). Эти функции определяются комбинационной табл. 1.

Таблица 1

0	0	0	0	1
0	1	1	0	1
1	0	1	0	0
1	1	1	1	0

Функция НЕ является функцией одного аргумента, функции И, ИЛИ могут быть функциями многих аргументов:

(умножение).

(сложение).

Существуют и другие логические функции. По комбинационной таблице можно составить выражение соответствующей логической функции.

Логические функции И, ИЛИ, НЕ реализуются соответствующими логическими элементами, обозначения которых приведены на рис. 1.

Р и с. 1. Обозначения логических элементов

Наиболее распространены логические элементы, реализующие комбинированные функции И–НЕ, ИЛИ–НЕ (рис. 2).

Р и с. 2. Обозначения логических элементов

Элемент И также называется вентильной схемой, так как он пропускает информационный сигнал, действующий на одном из входов, (например, X₁) на выход только при наличии на другом входе сигнала высокого уровня (X₂=1). Это видно непосредственно из табл. 1.

Триггерные схемы

Триггер – это схема с двумя устойчивыми состояниями, кодируемыми цифрами 0 и 1. Обычно считают, что триггер находится в состоянии 1, если сигнал на его выходе Q имеет высокий уровень (единичный сигнал). Соответственно считают, что триггер находится в состоянии 0, если сигнал на его выходе имеет низкий уровень (нулевой сигнал).

Триггер имеет информационный вход Dи тактовый входC. При поступлении на информационный вход логического сигнала (“0” или “1”) триггер устанавливается в соответствующее состояние и запоминает его, другими словами, в триггер записывается информация. Информация может записываться в триггер только при наличии на тактовом входе единичного сигнала (тактового сигнала или синхросигнала).

Кроме указанных входов, триггер имеет установочные входы R и S, которые позволяют устанавливать триггер в состояние 0 или 1 путем подачи на эти входы комбинации сигналов, определяемых комбинационной табл. 2.

Таблица 2
Sn	Rn	Qn+1
0	0	0
0	1	0
1	0	1
1	1	X

Как видно из таблицы, при нулевых сигналах итриггер не меняет своего состояния (), при других комбинациях он устанавливается в состояние, соответствующее сигналу на входеS.

Комбинация сигналов является запрещенной, при ней триггер устанавливается в неопределенное состояние.

Триггер может работать в счетном режиме, когда он пересчитывает по модулю 2 счетные импульсы, поступающие на его вход. Такие счетные триггеры являются основой различного рода счетчиков.

Счетчики

Счетчики бывают суммирующими и реверсивными (т.е. могут как суммировать импульсы, так и вычитать их). Они характеризуются коэффициентом пересчета К (максимальным количеством сосчитанных импульсов), который зависит от числа разрядов счетчика (каждому разряду соответствует один триггер). Для n-разрядного счетчика максимальное значение К определяется соотношением .

Условное обозначение и диаграммы сигналов суммирующего четырехразрядного двоичного счетчика представлены на рис. 3.

Р и с. 3. Суммирующий двоичный счетчик. Обозначение и диаграмма напряжений

Легко убедиться, что в интервале времени после i-того входного импульса (i=1,2…) на выходах счетчика действует двоичный код, соответствующий числу i. Вход счетчика R служит для его сброса (очистки); при подаче на этот вход сигнала “1” на выходах счетчика установится нулевой код (0000).

В вычитающих счетчиках при поступлении счетных импульсов сигналы на выходах изменяются в соответствии с диаграммами, изображенными на рис. 3 , но в обратном направлении (справа налево).

Очевидно, четырехразрядный счетчик имеет коэффициент пересчета . После подачи на вход такого счетчика, предварительно установленного в состояние 0, шестнадцати импульсов, счетчик опять установится в нулевое состояние.

Можно заметить, что при поступлении на вход счетчика импульсов частотой с выходов счетчикаснимаются импульсы с частотамисоответственно (см. рис. 3).

Таким образом, счетчик может быть использован в качестве делителя частоты импульсов в 2, 4, 8, и 16 раз.

Часто возникает необходимость применения счетчика, имеющего коэффициент пересчета, меньший максимального. Такие счетчики обычно выполняются на основе стандартных двоичных счетчиков с использованием комбинационных схем, формирующих импульс сброса после появления на выходах счетчика кода, соответствующего двоичному эквиваленту числа К.

В качестве примера можно привести схемы счетчиков (рис. 4) с коэффициентами К=6, К=7. Работа таких схем очевидна из рассмотрения диаграммы сигналов (см. рис. 3). После поступления, например, 6-го счетного импульса на вход счетчика на его выходах устанавливается код, равный двоичному эквиваленту цифры 6 (0110), и на входе вентильной схемы счетчика (&) действует единичный сигнал, сбрасывающий счетчик в нулевое состояние.

Р и с. 4. Схемы двоичных счетчиков

В серийно выпускаемых схемах счетчиков вентильные схемы для удобства расположены внутри микросхемы, так что, например, счетчик имеет два входа сброса (B,). Такие счетчики могут быть использованы для деления частоты входных импульсов в К раз.

Регистры

Регистры также строятся на основе триггеров и служат для запоминания (записи) двоичного кода. Регистр (рис. 5), предназначенный для записи 4-разрядного кода, имеет 4 входа ,тактовый вход С и 4 выхода . После поступления тактового импульса на входС регистр запоминает двоичный код, действующий на входах непосредственно перед появлением заднего фронта тактового импульса.

Информационные сигналы на выходах регистра, соответствующие записанному в него коду, появляются в момент заднего фронта тактового импульса.

Р и с. 5. Параллельный запоминающий регистр

В цифровой схемотехнике применяются также микросхемы, которые могут выполнять роль как регистра, так и счетчика – реверсивные счетчики с возможностью предварительной записи кода, например, микросхемы К155ИЕ6, К155ИЕ7. Эти микросхемы имеют установочные входы , тактовый вход С, счетный вход и вход сброса.

Функции этих входов аналогичны описанным выше.