МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ дисциплина: Микросхемотехника Петров А. А., Рудаков А.В

Министерство общего и профессионального образования Российской федерации

Петровский колледж

 

 

Петров А. А., Рудаков А.В.

МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

 

по специальности

2204 «Техническое обслуживание средств вычислительной техники и компьютерных сетей»

дисциплина:«Микросхемотехника»

 

 

Санкт – Петербург

Г.

Содержание

 

Лабораторная работа № 1. Логические схемы и функции. 4

Краткие сведения из теории 5

1. Основные отношения и аксиомы алгебры логики. 5

2. Логические выражения. 5

3. Логические функции. 5

4. Логические схемы. 5

5. Таблица истинности. 6

Порядок проведения экспериментов 6

Эксперимент 1. Исследование логической функции И. 6

Эксперимент 2. Исследование логической функции И-НЕ. 7

Эксперимент 3. Исследование логической функции ИЛИ. 7

Эксперимент 4. Исследование логической функции ИЛИ-НЕ. 8

Эксперимент 5. Исследование логических схем с помощью генератора слов. 9

Эксперимент 6. Реализация логической функции трех переменных. 9

Результаты экспериментов 10

Эксперимент 1. 10

Эксперимент 2. 11

Эксперимент 3. 11

Эксперимент 4. 12

Эксперимент 5. 12

Эксперимент 6. 12

Ответы на вопросы 13

 

Лабораторная работа № 2. Исследование дешифраторов. 15

Краткие сведения из теории 16

1. Комбинационные схемы. 16

2. Дешифраторы. 16

3. Использование дешифратора в качестве демультиплексора. 17

Порядок проведения экспериментов 17

Эксперимент 1. Исследование принципа работы дешифратора 3 X 8.

в основном режиме. 17

Эксперимент 2. Исследование принципа работы дешифратора в режиме 2 X 4. 18

Эксперимент 3. Исследование работы дешифратора в качестве

демультиплексора. 18

Эксперимент 4. Исследование микросхемы 74138. 19

Результаты экспериментов 19

Эксперимент 1. 19

Эксперимент 2. 20

Эксперимент 3. 20

Эксперимент 4. 21

Ответы на вопросы 21

 

Лабораторная работа № 3. Исследование мультиплексоров. 22

Краткие сведения из теории 23

1. Мультиплексоры. 23

Порядок проведения экспериментов 23

Эксперимент 1. Исследование мультиплексора. 23

Эксперимент 2. Исследование мультиплексора с помощью генератора слов. 24

Эксперимент 3. Исследование мультиплексора 74153. 24

Результаты экспериментов 25

Эксперимент 1. 25

Эксперимент 2. 25

Эксперимент 3. 26

Ответы на вопросы 26

 

Лабораторная работа № 4. Исследование RS-, JK- и D- триггеров в различных

режимах работы. 27

Краткие сведения из теории 28

1. RS – триггер. 28

2. JK – триггер. 29

3. D – триггер. 30

Порядок проведения экспериментов 31

Эксперимент 1. Исследование RS – триггера. 31

_{_____}

Эксперимент 2. Исследование RS – триггера. 32

Эксперимент 3. Исследование JK – триггера. 32

Эксперимент 4. Исследование JK – триггера в счетном режиме (Т – триггер). 33

Эксперимент 5. Исследование JK – триггера, построенного на базе логических 33

элементов и RS – триггеров.

Эксперимент 6. Исследование D – триггера. 33

Эксперимент 7. Исследование D – триггера в счетном режиме. 34

Результаты экспериментов 35

Эксперимент 1. 35

Эксперимент 2. 35

Эксперимент 3. 35

Эксперимент 4. 36

Эксперимент 5. 36

Эксперимент 6. 36

Эксперимент 7. 37

Ответы на вопросы 37

 

Лабораторная работа № 5. Исследовапие работы счетчиков в различных

режимах работы. 38

Краткие сведения из теории 39

1. Счетчики. 39

2. Изменение направления счета. 39

3. Изменение коэффициента пересчета. 39

Порядок проведения экспериментов 41

Эксперимент 1. Исследование суммирующего счетчика. 41

Эксперимент 2. Исследование вычитающего счетчика. 41

Эксперимент 3. Исследование счетчика с измененным коэффициентом пересчета.

Результаты экспериментов 42

Эксперимент 1. 42

Эксперимент 2. 43

Эксперимент 3. 43

Ответы на вопросы 44

Рекомендуемая литература 45

 

 

Лабораторная работа № 1

Логические схемы и функции

Цель работы

1. Исследование логических схем.

2. Реализация логических функций при помощи логических элементов.

3. Синтез логических схем, выполняющих заданные логические функции.

 

 

Приборы и элементы

Таблица 1

Название прибора или элемента	Обозначение прибора или элемента
Генератор слов	0000 xxxx
Логический анализатор
Логические пробники
Источник питания
Двухпозиционные переключатели
Базовые двухвходовые элементы И, И-НЕ, ИЛИ, ИЛИ-НЕ
Микросхемы серии 74

 

Краткие сведения из теории

 

Основные отношения и аксиомы алгебры логики.

Переменные в алгебре логики могут принимать только два значе­ния - 0 или 1.

В алгебре логики определены и приняты следующие отношения:

 

- эквивалентность (обозначается знаком « = »);

- операция сложения (дизъюнкции), обозначаемая знаком « v »;

- операция умножения (конъюнкции), обозначаемая знаком « & » или точкой;

- операция отрицания (или инверсии), обозна­чаемая надчеркиванием или

апострофом.

 

и аксиомы:

 

1 v 1 = 1, 0 * 0 = 0,

0 v 0 = 0, 1 * 1 = 1,

0 v 1 = 1 v 0 = 1; 1 * 0 = 0 * 1 = 0.

 

Логические выражения.

Запись логических выражений обычно осуществляют в конъюнктивной или дизъюнк­тивной формах. 3. Логические функции.

Порядок проведения экспериментов

B Y A     а) Измерение… Рис.1

Рис. 2

 

Соберите схему, изображенную на рис. 2. Включите схему. Подайте на входы схемы все возможные комбина­ции уровней входных сигналов и, наблюдая уровни сиг­налов на входах и выходе с помощью логических пробни­ков, заполните таблицу истинности логической схемы 2И-НЕ (таблица 4 в разделе "Результаты эксперимен­тов").

 

б). Экспериментальное получение таблицы истин­ности логического элемента 2И-НЕ.

Рис.3

Соберите схему, изображенную на рис. 3. Включите схему. Подайте на входы схемы все возможные ком­бинации уровней входных сигналов и, наблюдая уров­ни сигналов на входах и выходе с помощью логичес­ких пробников, заполните таблицу истинности логической схемы 2И-НЕ (таблица 5 в разделе "Ре­зультаты экспериментов").

 

Эксперимент 3. Исследование логической функции ИЛИ.

а). Экспериментальное получение таблицы истиннос­ти логического элементаИЛИ.

Соберите схему рис. 4. Включите схему. Подайте на вхо­ды схемы все возможные комбинации уровней входных сигналов и, наблюдая уровни сигналов на входах и выходе с помощью логических пробников, заполните таблицу ис­тинности логической схемы ИЛИ (таблица 6 в разделе "Ре­зультаты экспериментов").

Рис.4

б). Получение аналитического выражения для функции.

По заполненной в предыдущем пункте таблице истинности составьте аналитическое выражение функ­ции и занесите его в раздел "Результаты экспериментов".

Эксперимент 4. Исследование логической функции ИЛИ-НЕ.

а). Экспериментальное получение таблицы истиннос­ти логического элемента2ИЛИ-НЕ, составленного из элементов2ИЛИ и НЕ.

Соберите схему, изображенную на рис. 5.

Рис.5

Включите схему. Подайте на входы схемы все возможные комбинации уровней входных сигналов и, наблюдая уровни сигналов на входах и выходе с помощью логических пробников, заполните таблицу истинности логической схемы 2ИЛИ-НЕ (таблица 7 в разделе "Результаты экспериментов").

 

б). Экспериментальное получение таблицы истиннос­ти логического элемента 2ИЛИ-НЕ. Соберите схему, изображенную на рис. 6.

Рис.6

Включите схе­му. Подайте на входы схемы все возможные комбинации уровней входных сигналов и, наблюдая уровни сигналов на входах и выходе с помощью логических пробников, запол­ните таблицу истинности логической схемы 2ИЛИ-НЕ (таблица 8 в разделе "Результаты экспериментов"). Срав­ните полученные результаты с предыдущей таблицей.

Эксперимент 5. Исследование логических схем с помо­щью генератора слов.

а). Сведения об исследуемой микросхеме.

Откройте файл с12_02 со схемой, изображенной на рис. 7.

Рис. 7

 

Включите схему. Укажите, к каким выводам микросхемы 7400 подключается источник питания, сколько элементов 2И-НЕ содержит микросхема, сколько элементов использует­ся в данном эксперименте и как обозначены на схеме использу­емые входы и выходы. Заполните таблицу сведений о микро­схеме (таблица 9 в разделе "Результаты экспериментов").

 

б). Экспериментальное получение таблицы истинности логического элемента 2И-НЕ.

Запрограммируйте генератор слов так, чтобы на выходе гене­ратора получать последовательно следующие комбинации: 00, 01, 10, 11. Переведите генератор в режим

пошаговой работы нажатием кнопки "Step" на увеличенном изображении генератора. Каждое нажатие кнопки "Step" вызывает пере­ход к очередному слову заданной последовательности, которое подается на выход генера­тора. Последовательно подавая на микросхему слова из заданной последовательности, за­полните таблицу истинности элемента 2И-НЕ ( таблица 10 в разделе "Результаты экспериментов").

 

Указание: значения разрядов текущего слова на выходе генератора отображаются в нижней части на панели генератора.

Эксперимент 6. Реализация логической функции 3-х переменных.

а). Синтез схемы, реализующей функцию, заданную логическим выражением.

Реализуйте функцию F = ab v bс на элементах 2И-НЕ.

Соберите схему на элементах 2И-НЕ, соответствующую полученному выражению.

Подключите к входам схемы генератор слов, к выходу - логический пробник. Генератор слов запрограммируйте на формирование последовательности из восьми слов, соответствующих числам от 0 до 7:

 

0=000; 1=001; 2=010; 3=011; 4=100; 5=101; 6=110; 7=111.

 

В пошаговом режиме, последовательно подавая на вход полученной схемы все слова последова­тельности, определите при помощи логического пробника уровень сигнала на выходе схемы. По полученным результатам заполните таблицу 11 в разделе "Результаты экспериментов".

 

б). Синтез схемы, реализующей заданную функцию при помощи логического преобразователя.

Для получения схемы, реализующей функцию, описываемую логическим выражением F = ab v bc , можно воспользоваться логическим преобразователем. Для этого проделайте следующее:

 

1) вызовите логический преобразователь;

2) введите в нижнее окно панели преобразователя логическое выражение ab v bc

с клави­атуры (операции ИЛИ соответствует знак «+» , инверсия обозначается

апострофом);

3) для реализации схемы на элементах И-НЕ нажмите клавишу А|В —> NAND на

панели логического преобразователя.

 

Рис. 8

 

Логический преобразователь выводит на рабочее поле схему, реализующую функцию, описы­ваемую введенным логическим выражением. Полученная схема приведена на рис. 8. К схеме подключите генератор слов, запрограммированный на формирование восьми слов, соответствующих числам от 0 до 7: 0=000; 1=001; 2=010; 3=011; 4=100; 5=101; 6=110; 7=111.

Переведите генератор слов в пошаговый режим. Включите схему. Последовательно подавая на входы схемы указанные слова и определяя уровень сигнала на выходе схемы логическим пробни­ком, заполните таблицу истинности (таблица 12 в разделе "Результаты экспериментов").

 

 

Результаты экспериментов

а). Задание уровней логических сигналов.   Измерение

Эксперимент 3. Исследование логической функции ИЛИ.

а). Экспериментальное получение таблицы истинности логического элемента ИЛИ.

Таблица 6

Входы	Выход
А	B	Y

 

б). Получение аналитического выражения для функции.

Аналитическое выражение для функции:

Эксперимент 4. Исследование логической функции ИЛИ-НЕ.

ИЛИ и НЕ. Таблица 7 Таблица 8 Входы Выход     …

Эксперимент 5. Исследование логических схем с помощью генератора слов.

  Таблица 9 Число элементов И – НЕ в микросхеме   … б). Экспериментальное получение таблицы истинности логического элемента 2И – НЕ микросхемы 7400.

Ответы на вопросы

1. Что такое логическая переменная и логический сигнал? Какие значения они мо­гут принимать?

2. Что такое логическая функция?

3. Может ли быть логическим сигналом уровень напряжения? Состояние контакта? Све­чение светодиода?

4. Какой сигнал должен быть подан на неиспользуемый вход элемента4ИЛИ-НЕ при ре­ализации функции ЗИЛИ-НЕ?

5. Имеются логические элементы 2И-НЕ. Как на их основе сделать схему ЗИ? Достаточно ли 4-х элементов 2И-НЕ для выполнения этой задачи?

Дополнительные вопросы:

 

Лабораторная работа № 2.

Исследование дешифраторов

Цель работы

1. Ознакомление с принципом работы дешифраторов.

2. Исследование влияния управляющих сигналов на работу дешифраторов.

3. Реализация и исследование электронных схем на основе дешифраторов.

 

Приборы и элементы

Таблица 13

Название прибора или элемента	Обозначение прибора или элемента
Генератор слов	0000 xxxx
Вольтметр
Логические пробники
Источник питания
Двухпозиционные переключатели
Дешифратор (демультиплексор)
Микросхемы серии 74 (дешифратор 74138)

 

Краткие сведения из теории

 

1. Комбинационные схемы.

Комбинационной схемой называется логическая схема, реализующая однозначное со­ответствие между значениями входных и выходных сигналов. Для реализации комбина­ционных схем используются логические элементы, выпускаемые в виде интегральных схем. В класс комбинационных схем входят интегральные схемы дешифраторов, шифраторов, мультиплек­соров, демультиплексоров, сумматоров.

2. Дешифраторы.

Дешифратор - логическая комбинационная схема, которая имеет n информационных входов и 2ⁿ выходов. Каждой комбинации логических уровней на входах будет соответст­вовать активный уровень на одном из 2ⁿ выходов. Обычно n равно 2, 3 или 4. На рис. 9 изображен дешифратор с n = 3, активным уровнем является уровень логического нуля.

Рис. 9

 

На входы C, В, А можно подать следующие комбинации логических уровней: 000,

001, 010...111, всего 8 комбинаций. Схема имеет 8 выходов, на од­ном из которых формируется низкий потенциал, на остальных - вы­сокий.

Номер выхода, на котором формируется активный (нулевой) уровень, соответствует числу N, определяемому состоянием входов C, В, А следующим образом:

 

N = C * 22 + В * 21 + А * 20.

 

Например, если на входы подана комбинация логических уров­ней 011, то из восьми выходов микросхемы (Y0, Y1...Y7) на выхо­де с номером N = 3 установится нулевой уровень сигнала (Y 3 = 0), a все остальные выходы будут иметь уровень логической единицы.

Помимо информационных входов А, В, С дешифраторы обычно имеют дополнительные входы управления G. Сигналы на этих входах, например, разрешают функционирование де­шифратора или переводят его в пассивное состояние, при котором, независимо от сигналов на информационных входах, на всех выходах установится уровень логической единицы.

Разрешающий вход дешифратора может быть прямым или инверсным. У дешифраторов с прямым разрешающим входом активным уровнем является уровень логической единицы, у дешифраторов с инверсным входом - уровень логического нуля. На рис. 9 представлен де­шифратор с одним инверсным входом управления.

У дешифратора с несколькими входами управления функция разрешения представляет собой логическое произведение всех разрешающих сигналов управления. Например, для дешифратора 74138 с одним прямым входом управления G1 и двумя инверсными G2A и G2B ( рис. 10 ) функция разрешения G имеет вид:

_{________ ________}

G = G1 * G2A * G2B

 

 

 

Рис. 10

Входы управления используются для каскадирования (увеличения разрядности) дешифраторов.

3. Использование дешифратора в качестве демультиплексора.

Дешифратор может быть использован и как демультиплексор - логический коммута­тор, подключающий входной сигнал к одному из выходов. В этом случае функцию инфор­мационного входа выполняет один из входов разрешения, а состояние входов C, В и A зада­ет номер выхода, на который передается сигнал со входа разрешения.

Порядок проведения экспериментов

    Откройте файл с13_01 со схемой, изображенной на рис. 11.    

Рис. 12

 

помощью пробников заполните таблицу истинности дешифратора (таблица 15 в разделе "Результаты экспериментов"). Укажите выходы, на которых уровень сигнала не меняется.

б). Проделайте пункт а) при C = 1, для чего вход C подключите к источнику логической единицы. Заполните таблицу истинности дешифратора (таблица 16 в разделе "Результаты экспериментов"). Укажите выходы, на которых уровень сигнала не меняется.

в). Проделайте пункт а), заземлив вход B ( В=0 ), а на входы A и C подавая все возможные ком­бинации логических уровней. Заполните таблицу истинности (таблица 17 в разделе "Результаты экспериментов"), там же укажите номера выходов, на ко­торых уровень логического сиг­нала не изменяется.

Эксперимент 3. Исследова­ние работы дешифратора в качестве демультиплексора.

Откройте файл с13_02 со схемой, изображенной на рис.13

 

 

Рис. 13

Включите схему. В пошаго­вом режиме работы генератора слов подайте на входы C, B, А де­мультиплексора слова, эквива­лентные числам от 0 до 7. Наблю­дая при помощи логических пробников уровни сигналов на выходах, заполните таблицу 18 в разделе "Результаты экспери­ментов". Убедитесь, что изменя­ющийся сигнал на входе G пооче­редно появляется на выходах де­шифратора.

Эксперимент 4. Исследование микросхемы 74138.

       

Результаты экспериментов

Эксперимент 1. Исследование работы дешифратора 3х8 в основном режиме.

   

Эксперимент 2. Исследование дешифратора 3х8 в режиме 2х4.

  Выводы, на которых уровень сигнала не изменяется __________________________ …  

Эксперимент 3. Исследование работы дешифратора в качестве демультиплексора.

    Эксперимент 4. Исследование микросхемы 74138.

Ответы на вопросы

 

1. Какие логические функции выполняет дешифратор?

2. Каково назначение входов управления в дешифраторе, как влияет сигнал управления на выходные функции дешифратора?

3. Как из двух дешифраторов 2х4 сделать один дешифратор 3х8?

Дополнительные вопросы:

Лабораторная работа № 3

Исследование мультиплексоров

Цель работы

1. Ознакомление с принципом работы мультиплексора.

2. Реализация электронных схем на основе мультиплексоров.

 

Приборы и элементы

Таблица 22

Название прибора или элемента	Обозначение прибора или элемента
Генератор слов	0000 xxxx
Мультиплексор
Логические пробники
Источник питания
Двухпозиционные переключатели
Микросхема 74153 ( сдвоенный 4 – канальный мультиплексор )

Краткие сведения из теории

 

Мультиплексоры.

 

Рис. 15

 

 

Порядок проведения экспериментов

Эксперимент 1. Исследование мультиплексора     а). Откройте файл с13_06 со схемой,…

Рис. 17

 

Включите схему. Подавая в пошаговом режиме слова от генератора слов на входы мультиплексора и наблюдая уровни сигналов на выходах Y и W при помощи ло­гических пробников, заполните таблицу 24 в разделе "Результаты экспериментов".

Эксперимент 3. Исследование мультиплексора 74153.

а). Откройте файл с13_11 со схемой, изоб­раженной на рис.18.

Рис. 18

 

Рис. 18

Исследуйте рабо­ту сдвоенного четырехканального муль­типлексора (микросхема 74153). Составь­те таблицу работы схемы для выходов Y1 и Y2. Для этого установите ключами 1 и 2 уровень логического нуля на входах G1 и G2. Затем в пошаговом ре­жиме последовательно подайте от генера­тора все слова последовательности для каждой комбинации логических уровней на входах A и В. Для каждого шага опре­делите входы, сигналы с которых прохо­дят на выходы микросхемы. Обозначения входов занесите в таблицу 25 в разделе "Результаты экспериментов".

б). При помощи ключа 1 установите уровень логической единицы на входе 1G микросхе­мы. Подавая на входы микросхемы слова от генератора, определите, какой из выходов ми­кросхемы перестал реагировать на изменение состояния входов. Запишите обозначение этого вывода в раздел "Результаты экспериментов".

в). Повторите действия пункта б), установив на входе 2G уровень логической единицы, а на входе 1G — уровень логического нуля.

 

Результаты экспериментов

 

Эксперимент 1. Исследование мультиплексора.

 

Таблица 23

A	B	C	Y	W

 

 

Выводы, не влияющие на состояние выходов микросхемы: _________________________

 

Эксперимент 2. Исследование мультиплексора с помощью генератора слов.

Таблица 24

A	B	C	Y	W

 

 

Эксперимент 3. Исследование мультиплексора 74153.

Таблица 25

A	B	1Y	2Y

 

 

Обозначение вывода, не реагирующего на изменение состояния входов: _______________

 

Обозначение вывода, не реагирующего на изменение состояния входов: _______________

 

Ответы на вопросы

1. Функцию какого электрического устройства выполняет мультиплексор для логичес­ких сигналов?

2. Как реализовать схему мультиплексора 2х1 с управляющим входом на элементах

И-НЕ?

3. Как можно на основе двух мультиплексоров 2х1 сделать один мультиплексор 4х1? Ка­кие дополнительные элементы понадобятся для этого?

4. При какой форме аналитического представления логической функции, предназначен­ной для реализации на мультиплексоре, управляющий вход G может быть использован для подачи одного из входных сигналов?

 

Дополнительные вопросы:

 

 

Лабораторная работа № 4

Исследование RS- , JK- и D – триггеров в различных режимах работы.

Цель работы

1. Изучение структуры и алгоритмов работы различных типов триггеров.

2. Исследование функций возбуждения основных типов триггеров.

3. Исследование взаимозаменяемости триггеров различных типов.

 

Приборы и элементы

Краткие сведения из теории  

И-НЕ.

 

 

Рис.19 Рис.20

 

Для схемы на рис.19 активным уровнем является уровень логической единицы, для схемы на рис.20 - уровень логического нуля. Схема на рис. 20 получила название RS-триггера с инверсными входами.

Состояние выхода триггера зависит от того, в какой последовательности на входы подаются комбинации входных сигналов и каково было предше­ствующее состояние. Так, если в RS-триггере (рис.19) вначале установить комбинацию R = 0, S = 1 (сокращенная запись - 01), а потом перейти к R = 0, S = 0 (00), то состояние выхода Q = 1. Если же вначале устано­вить комбинацию 10, а потом перейти к 00, то состояние выхода будет другим: Q = 0, несмотря на одинаковые комбинации сигналов на входах.

Таким образом, при од­ной и той же комбинации входных сигналов выход триггера

может находиться в разных состояниях.

Алгоритм работы триггера можно описать табличным или аналитическим способами. Табличное описание работы RS-триггера (рис.19) представлено в таблице27 (таблица функций возбуждения).

 

Таблица 27

Qt	Qt+1	R	S
		x
			x

 

 

В таблице использованы следующие обозначения:

Qt - предшествующее состояние выхода;

Qt+1 - новое состояние, устанавливающееся после перехода (возможно Qt+1= Qt);

х - безразличное значение сигнала: 0 или1.

 

Аналитическое описание (характеристическое уравнение) RS –триггера имеет вид:

Qt+1=RS v RQt =R (S v Qt).

ЗависимостьQt+1 отQt характеризует свойство запоминания предшествующего состояния.

2. JK-триггер _{___}

Помимо информационных входов J и K и прямого и инверсного выходов Q и Q, JK-триггер имеет вход управления C (этот вход так­же называют тактирующим или счетным), а также асинхронные установочные R и S - входы.

Активный уровень сиг­нала (0) на входе S устанавливает триггер в состояние

Q = 1, а активный уровень сигнала на входе R - в состояние Q = 0, независимо от сигналов на остальных входах.

Если на оба входа установки одновременно подать пассивный уровень сигнала (1), то состояние триггера будет изменяться по фронту импульса на счетном входе в зависимости от состояния входов J и K, как показано в таблицах переходов (табл.28) и функций возбуждения (табл.29).

 

 

Таблица 28.

J	K	Qt+1
		Qt
		Qt

 

Таблица 29.

Qt	Qt+1	J	K
		x
			x

 

Работа JK-триггера описывается характеристическим уравнением:

 

Qt+1 = JtQt V QtKt

 

Один из вариантов функциональной схемы JK-триггера со входами установки логичес­ким нулем и его условное графическое обозначение приведены на puc. 21, 22 соответственно. Вре­менные диаграммы его работы при R = S = 1 приведены на рис. 23.

 

Рис. 21

Рис. 22

Рис.23

 

3. D-триггер.

D-триггер имеет один информационный вход D (data - данные). Информация со входа D заносится в триггер по положительному перепаду импульса на счетном входе C и сохра­няется до следующего положительного перепада на счетном входе триггера. Кроме счетного C и информационного D входов, триггер снабжен асинхронными установочными

R- и S- входами. R- и S- входы устанавливают триггер независимо от сигналов на входах C и D. Функционирование D-триггера описывается таблицей функций возбуждения (табл. 30) и диаграммами входных и вы­ходных сигналов (рис. 24).

 

Таблица 30

Qt	Qt+1	D

 

Рис. 24

 

Условное обозначение D-триггера представлено на рис. 25.

 

Рис. 25

Порядок проведения экспериментов

 

Эксперимент 1. Исследование RS-триггера.

    Рис. 26  

Эксперимент 2. Исследование R S - триггера.

       

Эксперимент 3. Исследование JK-триггера.

Убедитесь в том, что: ___ · при R = 1, S = 0 триггер устанавливается в 1 (Q = 1, Q = 0) независимо от… · при R = 0, S = 1 триггер устанавливается в 0 (0 = 0, Q = 1) независимо от состояния осталь­ных входов.

Эксперимент 4. Исследование JK-триггера в счетном режиме (Т-триггер).

Соберите схему, изображенную на рис. 29. Включите схему. Изменяя состояние входа С соответствующим ключом, зарисуй­те в разделе «Результаты экспериментов» ди­аграммы работы триггера в счетном режиме.

Рис. 29

Эксперимент 5. Исследование JK-триг­гера, построенного на базе логических элементов и RS-триггеров.

Откройте файл с14_04 со схемой, изоб­раженной на рис. 30. Включите схему. Изменяя уровень сигнала на входе C, со­ставьте временные диаграммы сигналов на выходах Q1 и Q2 обоих RS-триггеров и зарисуй­те их в разделе «Результаты экспериментов».

 

Эксперимент 6. Исследование D-триггера.

а). Откройте файл с14_05 со схемой, изобра­женной на рис. 31. Включите схему.

Рис.30

 

 

Рис. 31

Убедитесь в том, что: _{__}

· приR = 1, S = 0 триггер устанавливается в 1 (Q = 1, Q = 0) независимо от состояния ос­тальных входов; _{__}

· при R = 0, S = 1 триггер устанавливается в 0 (Q = 0, Q = 1) независимо от состояния ос­тальных входов.

_{__ __}

б). Установите S = R = 1, проверьте истин­ность таблицы функций возбуждения (табл. 30), по результатам эксперимента заполните таблицу 34 в разделе «Резуль­таты экспериментов».

в). Составьте временные диаграммы работы триггера для всех возможных комбинаций Qt, Dt и зарисуйте их в раздел «Результаты экс­периментов».

Эксперимент 7. Исследование работы D-триггера в счетном режиме.

Соберите схему, изображенную на рис. 32. Подавая на счетный вход C такто­вые импульсы с помощью ключа [С] и опреде­ляя состояние выходов триггера при помощи пробников, составьте временные диаграммы работы триггера в счетном режиме и занесите их в раздел «Результаты экспериментов».

Рис. 32

 

Результаты экспериментов

 

Эксперимент 1. Исследование RS – триггера.

в) Таблица функций возбуждения.

Таблица 31

Qt	Qt+1	R	S

 

_{____}

Эксперимент 2. Исследование RS – триггера.

в) Таблица функций возбуждения.

Таблица 32

Qt	Qt+1	R	S

 

Эксперимент 3. Исследование JK – триггера.

Таблица 33 Qt Qt+1 J K     …   в) Диаграмма работы триггера.

Эксперимент 4. Исследование JK – триггера в счетном режиме (T –триггер).

Диаграмма работы триггера.

 

 

 

 

Ээ

Эксперимент 5. Исследование JK – триггера, построенного на базе логических элементов и RS – триггеров.

 

Диаграмма работы триггера.

 

Эксперимент 6. Исследование D –триггера.

б) Таблица функций возбуждения. Таблица 34 Qt Qt+1 J K …  

Эксперимент 7. Исследование работы D – триггера в счетном режиме.

 

Диаграмма работы триггера.

 

Ответы на вопросы.

1. Чем отличается работа RS – триггера с прямыми входами от работы RS – триггера с инверсными входами?

2. Почему комбинация сигналов 11 на входах RS –триггера называется запрещенной?

3. В чем принципиальное отличие синхронных триггеров от асинхронных?

4. Почему JK – триггер при J = K = 1 не превращается в автогенератор?

5. Почему D – триггер получил название счетного?

 

Дополнительные вопросы:

 

Лабораторная работа № 5

Исследование работы счетчиков в различных режимах работы

Цель работы

1. Изучение структуры и исследование работы суммирующих и вычитающих счетчиков.

2. Изучение способов изменения коэффициента пересчета счетчиков.

3. Исследование работы счетчиков с коэффициентом пересчета, отличным от 2ⁿ.

 

Приборы и элементы

Краткие сведения из теории   1. Счетчики.

Рис. 33

2. Изменение направления счета.

Счетчики можно реализовать на триггерах. При этом триггеры соединяют последовательно. Выход каждого триггера непосредственно действует на такто­вый вход следующего. Для того, чтобы реализовать суммирующий счетчик, необходимо счет­ный вход очередного триггера подключать к инверсному выходу предыдущего. Для того, что­бы изменить направление счета (реализовать вычитающий счетчик), можно предложить следующие способы:

а). Считывать выходные сигналы счетчика не с прямых, а с инверсных выходов триггеров.

б). Подавать на счетный вход следующего триггера сигнал не с инверсного, а с прямого выхода предыдущего, как показано на рис. 34. В этом случае изменяется последовательность переключения триггеров.

Изменение коэффициента пересчета.

Счетчики характеризуются числом состояний N. Для схем на рис. 33 и 34 число состояний N = 2³ = 8 (от 000 до 111). Число состояний называется коэффициентом пересчета K_сч ( или модулем счета K_сч ).

Если на вход счетчика подавать периодическую последовательность импульсов с частотой F_сч , то частота F_Q на выходе старшего разряда счетчика будет меньше в K_сч раз:

 

Kсч = Fсч / FQ .

Поэтому счетчики также называют делителями частоты, а величину Ксч ^- ко­эффициентом деления. Для увеличения величины Ксч приходится увеличивать число триг­геров в цепочке. Каждый дополнительный триггер удваивает число состояний счетчика и число Ксч. Для уменьшения коэффициента Ксч можно в качестве выхода счетчика использовать выходы триггеров промежуточных каскадов.

Рис. 34

 

Например, для счетчика на трех триггерах Kсч ⁼ 8, если взять выход 2-го триггера, то Ксч ⁼ 4. При этом Ксч является це­лой степенью числа 2: 2, 4, 8, 16 и т. д.

Можно реализовать счетчик, для которого Ксч - любое целое число. Например, счетчик с Ксч ⁼ 5 должен иметь 5 состояний, которые в простей­шем случае образуют последовательность чисел: {0, 1, 2, 3, 4}. Циклическое повторение этой

по­следовательности означает, что коэффициент деления счетчика равен 5.

Для построения суммирующего счетчика с Ксч ⁼ 5 надо, чтобы после формирования по­следнего числа из последовательности {0, 1, 2, 3, 4} счетчик переходил не к числу 5, а к числу 0. В двоичном коде это означает, что от числа 100 нужно перейти к числу 000, а не 101. Изменение естественного порядка счета возможно при введении дополнительных свя­зей между триггерами счетчика, как, например, показано на рис. 35.

Рис. 35

 

Счетчик, изображенный на рис. 35 работает следующим образом: при счете от 0 до 4 все происходит как в обычном суммирующем счетчике с Ксч ⁼ 8. Установочные сигналы равны 1 и естественно­му порядку счета не препятствуют. Счет происходит по положительному фронту импульса на счетном входе С. В тот момент, когда счетчик находится в состоянии 4 (100), следую­щий тактовый импульс сначала переводит счетчик в состояние 5 (101), что немедленно (за­долго до прихода следующего тактового импульса) приводит к формированию сигнала сброса (0), который поступает на установочные входы сброса триггеров. В результате счетчик сбрасывается в 0 и ждет прихода следующего тактового импульса на счетный вход. Один цикл счета закончился, счетчик готов к началу следующего цикла.

 

 

 

Порядок проведения экспериментов

Эксперимент 1. Исследование суммирующего счетчика.

Откройте файл с14_06 со схемой, изобра­женной на рис. 36.

Рис. 36

Включите схему. По­давая на вход схемы тактовые импульсы при помощи ключа C

и наблюдая состояние выходов счетчика при помощи логических пробников, составьте

временные диаграм­мы работы суммирующего счетчика. Опре­делите коэффициент

пересчета счетчика. Результаты занесите в раздел "Результаты экспериментов".

Обратите внимание на чис­ла, формируемые состояниями инверсных выходов

счетчика.

Эксперимент 2. Исследование вычитающего счетчика.

а). Откройте файл с14_07 со схемой, изобра­женной на рис. 37. Включите схему.

Составьте временные диаграммы работы вычитаю­щего счетчика в раздел "Результаты экспериментов".

б). В схеме на рис. 37 входы логического анализатора подключите к инверсным входам

триггеров. Включите схему. Зарисуйте полу­ченные временные диаграммы в раздел "Ре­зультаты экспериментов" и сравните их с диа­граммами, полученными в эксперименте 1.

Эксперимент 3. Исследование счетчика с измененным коэффициентом пересчета.

А). Откройте файл с14_08 со схемой, изображенной на рис. 38. Включите схему.

Nbsp;   Рис.37

Nbsp;   Рис.38

 

Пода­вая на вход схемы тактовые импульсы при помощи ключа C и наблюдая состояние выхо­дов счетчика при помощи логических пробников, составьте временные

диаграммы работы счетчика и определите коэффициент пересчета. Результаты занесите

в раздел "Результаты экспериментов".

б). Измените структуру комбинационной части счетчика в соответствии со схемой

на рис. 35. Подавая на вход схемы тактовые импульсы при помощи ключа C и наблюдая состо­яние выходов счетчика при помощи логических пробников, составьте временные диаграм­мы работы счетчика на 5. Результаты занесите в раздел "Результаты экспериментов".

Результаты экспериментов.

Эксперимент 1. Исследование суммирующего счетчика.

Временные диаграммы.

 

 

 

Эксперимент 2. Исследование вычитающего счетчика.

а) Временные диаграммы

 

 

 

б) Временные диаграммы

 

 

Эксперимент 3. Исследование счетчика с измененным коэффициентом пересчета.

а) Временные диаграммы.

 

 

б) Временные диаграммы.

 

 

 

 

Ответы на вопросы.

1. Почему при подключении счетных входов триггеров к инверсным выходам предыдущих каскадов счетчик на D – триггерах работает как суммирующий, а при подключении к прямым – как вычитающий?

 

2. В каком режиме будет работать счетчик на JK – триггерах при подключении счетных входов триггеров к прямым выходам предыдущих каскадов? Как изменится режим работы счетчика при подключении счетных входов триггеров к инверсным входам?

 

3. Какими способами можно изменить коэффициент пересчета счетчика?

 

4. Сколько триггеров должен содержать счетчик с коэффициентом пересчета

Ксч = {3, 5, 7, 9, 10, 12, 14, 15, 24, 30}?

 

Дополнительные вопросы:

 

 

 

Рекомендуемая литература

1. В. Л. Шило. Популярные цифровые микросхемы. Справочник. М., «Металлургия», 1988.

 

2. В. И. Карлащук. Электронная лаборатория на IBM PC. Издательство «Солон-Р», Москва 2000.

 

3. В. Д. Разевиг. Применение программ PCAD и Pspice для схемотехнического моделирования на ПЭВМ: в 4 выпусках. М., «Радио и связь», 1989.

 

4. В. Д. Разевиг. Система сквозного проектирования электронных устройств DesignLab8.0. М., «Солон», 1999.

 

5. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы. Справочник.// С. В. Якубовский и др. М., «Радио и связь», 1990.

 

6. Пучков Н. А. Зарубежные интегральные микросхемы и их отечественные аналоги. Справочник. М., «Машиностроение», 1993.

 

7. Токхейм Р. Основы цифровой техники./ Пер. с английского под рнд. Е. К. Масловского. М., «Мир», 1988.

 

8. Степаненко И. П. Основы микроэлектроники. М., «Советское радио», 1980.

 

9. Зельдин Е. А. Цифровые интегральные микросхемы в информационно – измерительной аппаратуре. Л., «Энергоатомиздат», 1986.

 

10. Пухальский Г. И. Новосельцева Т. Я. Проектирование дискретных устройств на интегральных микросхемах. Справочник. М., «Радио и связь», 1990.