Материал: Функциональные узлы вычислительной техники. методические указания к выполнению лабораторных работ № 4-6 по дисциплине Вычислительная техника. Герасимов М.И

3.2. Рабочее задание

3.2.1. Выполните на лабораторном стенде коммутацию, соответствующую разработанной схеме, проверьте ее правильность. Включите питание стенда, установите минимальную частоту ГТИ. Проверьте наличие на колодках переходной панели и XS6 напряжений +5 В, 0 В, лог.0 и сигналов ГТИ, а также связей между выводами микросхем. Выключите питание стенда.

3.2.2. Установите в колодки микросхемы и МИ (следите за положением ключей!), включите питание. Подайте какую-либо четную кодовую комбинацию на адресные входы демультиплексора. Последовательно перебирая кодовые комбинации на адресных входах мультиплексора, наблюдайте результат. Проверьте действие сигнала на входе Е мультиплексора. Если работа схемы не соответствует исходной таблице функционирования, найдите ошибку в таблице соединений или в коммутации. Пользуйтесь при этом индикатором логических уровней стенда, установив режим "ступенька" и подключая щуп непосредственно к выводам микросхем.

3.2.3. Если схема работает нормально, проведите три серии опытов, задав два четных кода на входы демультиплексора и один нечетный. В каждой серии исследуйте работу устройства, задавая на входы мультиплексора два нечетных кода и один четный. Сведите результаты в таблицу, составив ее в координатах "адресная кодовая комбинация на демультиплексоре/комбинация на мультиплексоре" и заполняя каждую клетку номером задействованного индикатора МИ и наименованием индицируемого сигнала. Сверьте результаты с исходными таблицами функционирования. Подготовьте словесное описание работы вашей схемы, занесите в отчет краткие ВЫВОДЫ по полученным результатам.

4. Контрольные вопросы

1. Дайте общее определение коммутаторов, их классификацию и определения подклассов.

2. Приведите логическую структуру мультиплексора и демультиплексора и принципиальные схемы этих коммутаторов.

3. Разработайте схему двухканального мультиплексора 4-1 на основе логических элементов типов ЛА и ЛР.

4. Разработайте схему коммутатора 8-1 на основе элементов типов ЛА и ЛР с расширителями ЛД.

5. Изложите сведения о назначении, принципе действия и функциональных схемах мультиплексоров и демультиплексоров, существующих в интегральном исполнении.

6. Приведите назначение каждого входа и выхода микросхем КП7 и ИД7.

7. Разработайте схемы на базе одной (!) микросхемы К555КП7 и инвертора для реализации следующих выражений:

8. Предложите схемы, иллюстрирующие все варианты применения демультиплексора ИД7.

9. Дайте словесное описание работы схемы, разработанной в ходе лабораторной работы, указав разрядность адресных комбинаций, использование входа Е мультиплексора.

Лабораторная работа № 5 ИССЛЕДОВАНИЕ ТРИГГЕРОВ

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1.1. Изучить функции триггеров, их разновидности и устройство.

1.2. Отработать практические навыки реализации заданных таблиц возбуждений или переходов.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

2.1. Разновидности триггеров

Триггером называется простейший цифровой автомат с памятью. Триггер должен иметь полную систему выходов и полную систему переходов, т.е. возможность с помощью входных сигналов переводить выход из любого состояния в любое: 01, 10, 00, 11. Функционирование триггера описывается таблицей переходов (истинности) или таблицей возбуждений.

К ак известно из лекционного курса и /3, 4/, простейший триггер можно построить, охватив два каскада инвертирующей логики перекрестными обратными связями (рис. 5.1). Подача R = 1 (при S = 0) дает Q = 0, Q# = 1. Подача S = 1 (при R = 0) дает Q = 1, Q# = 0 и т.д. Отсюда названия входов – R от Reset, S от Set – и название триггера – RS-триггер. Здесь и далее обозначение вывода Q# означает, что при всех разрешенных комбинациях R и S сигнал на этом выводе инверсен сигналу на выводе Q. Несложно видеть, что при R = S = 1 Q# = Q = 0.  Эта комбинация входных сигналов считается запрещенной потому, что при одномоментном переходе к R = S = 0 (в режим хранения) состояние выходов становится неопределенным (возникают гонки).

На логике И-НЕ можно построить другой вариант RS-триггера – с инверсными входами (рис. 5.2). Его таблицы обучающимся следует составить самостоятельно.

С

Рассмотрим син­хронный D-триг­гер со статическим уп- ра­в­лением (рис. 5.3).

Рис. 5.3

В отличие от него условное графическое обозначение D-триггера с динамическим управлением имеет вид, приведенный на рис. 5.4. У данного триггера прозрачный режим отсутствует, обновление хранимых данных происходит путем считывания с входа D по фронту синхросигнала С (существуют и триггеры, тактируемые срезом С).

Выпускаются D-триггеры с дополнительными асинхронными входами S# и R#. Эти входы имеют приоритет над синхронными, т.е. в период наличия активного уровня на одном из асинхронных входов управление по синхровходу С не действует.

Т риггеры типа Т называются также счетными (рис. 5.5). Их алгоритм работы состоит в переключении в противоположное состояние Q = (Q^–)# по заданному переходу входного сигнала (либо фронту, либо срезу).

Триггер типа JK с динамическим управлением имеет УГО, приведенное на рис. 5.6. Эти триггеры называют универсальными, поскольку их можно скоммутировать так, чтобы получить любой другой тип триггера.

Триггеры в виде законченных микросхем выпускают с комбинированным набором выходов (например, DRS, JKRS) и по нескольку элементов в одном корпусе (см. /3/).

2.2 Преобразование триггеров

а) Построение Т-триггера: из D-триггера с динамическим управлением (DC) Т-триггер получается соединением инверсного выхода с D-входом (см. /1/, рис. 1.4); из JK-триггера Т-триггер получается либо соединением J=K=1, C=T, либо J=K=C=T; из D-триггера со статическим управлением (DL) Т-триггер получить невозможно;

б) организация D-триггера из JK-триггера: J = D, K = D#;

в) если в комбинированном триггере (например, JKRS) использовать только асинхронные входы, то на синхронные информационные входы следует подать const, а на тактовый – лог.1 (если он тактируется по фронту) или лог.0 (если по срезу);

г) если синхронные входы нужно сделать асинхронными, тогда на C подают частоту, максимальную из имеющихся в устройстве.

3. Порядок выполнения лабораторной работы

3.1. Предварительное задание

3.1.1. Составьте заготовку отчета согласно п. ­1.2 раздела "Общие положения".

3.1.2. Занесите в заготовку отчета схемы обоих вариантов RS-триггера, выбрав соответствующие логические микросхемы по справочникам /5-9/ или приложению и приведя на схемах распиновку. Составьте для R#S#-триггера таблицу переходов и таблицу возбуждения, занесите их в заготовку отчета вместе с таблицами для RS-триггера. Заполните в таблице истинности значения выходных сигналов в режиме «запрет» вместо знака Х.

3.1.3. Разработайте планы экспериментального исследования каждой из этих схем на стенде в виде таблиц для записи выходных сигналов при переводе триггера из каждого состояния в каждое из смежных – Reset, Set, хранение, запрет.

3.1.4. Найдите в справочнике и перенесите в отчет УГО триггеров ТМ2, ТМ10, ТВ9, ТР2. Укажите для каждого способ записи, способ управления, способ синхронизации, выпишите таблицу переходов (истинности), добавив столбец с кратким определением каждого состояния.

3.1.5. Разработайте план исследования D-триггера со статическим управлением (из числа рассмотренных).

3.1.6. Разработайте план исследования D-триггера с динамическим управлением (из числа рассмотренных) с учетом приоритетов и запрещенных состояний. Включите в план исследование известных из лекционного курса схем «включить-выключить» с заданным приоритетом команд, а также Т-триггера.

3.1.7. Разработайте план исследования рассмотренного в п. 3.1.4 JK-триггера с учетом приоритетов и запрещенных состояний.

3.2. Рабочее задание

Внимание! Особенностью работы стенда является программная (а значит последовательная) эмуляция связей между источниками и приемниками исследуемых сигналов. В результате невозможно одномоментное переключение нескольких сигналов, что необходимо при исследовании перехода последовательностных схем из запрещенного состояния в режим хранения.

3.2.1. Выполните на лабораторном стенде коммутацию, соответствующую разработанной схеме для рис. 5.1 (п. 3.1.2), проверьте ее правильность. Сигналы на R и S подавайте с поля констант, на индикацию выведите R, S, Q и Q#. Сохраните схему как ЛР5_1.

3.2.2. Установите микросхему в колодку согласно правилу, приведенному выше, включите питание стенда и щелкните «Соединиться с устройством». Для продвижения диаграммы можно перевести генератор G1 в режим «1 Гц» и запустить (можно пользоваться и кнопкой). Выполните все переходы по плану эксперимента, кроме «запрет → хранение» и проверьте соответствие плану, наблюдая значения Q и Q# в поле индикации и на диаграмме. Сделайте вывод.

3.2.3. Аналогично проведите исследование для схемы, приведенной на рис. 5.2 (схему сохраните как ЛР5_2). Продумайте и выполните наблюдение перехода «запрет → хранение» с учетом инверсных активных уровней на R# и S#.

3.2.4. Аналогично проведите исследование по п. 3.1.5 (запрещенное состояние у этого триггера отсутствует). Схему сохраните как ЛР5_3.

3.2.5. Проведите исследование D-триггера с динамическим управлением. Продумайте и выполните наблюдение перехода «запрет → хранение» с учетом инверсных активных уровней на R# и S#, исследуйте зависимость стабильного состояния после перехода от уровней сигналов на D- и С-входах. Сделайте вывод.

3.2.6. Проведите исследование известных из лекционного курса /3/ схем «включить-выключить» с заданным приоритетом команд, а также Т-триггера. Схемы сохраните.