Практические работы №17-20
«Исследование работы триггеров»
Цели работы:
- исследование работы узлов ЭВМ последовательностного типа – асинхронных и синхронных триггеров; формирование первичных навыков по реализации и исследованию заданных логических схем на лабораторном стенде; формирование навыков самостоятельной деятельности, развитие технического мышления и речи, умения формулировать выводы по результатам исследований; формирование умений поиска и использования информации, необходимой для решения профессиональных задач, профессионального и личностного развития; формирование умения работать в команде, брать на себя ответственность за работу членов команды, результат выполнения заданий.
Задачи работы:
- научить создавать рабочие схемы триггеров на микросхемах изучить таблицы истинности триггеров и проверить работоспособность схем на триггерах
Вопросы, подлежащие исследованию Исследование асинхронного Т-триггера. Исследование асинхронного RS-триггера. Исследование работы D-триггера. Исследование работы синхронного JK-триггера.
Методические указания обучающимся по подготовке к выполнению исследования:
- уяснить порядок выполнения практической работы согласно руководству; повторить теоретический материал темы «Узлы ЭВМ последовательностного типа» для успешного выполнения практической работы; ответить на вопросы для самоконтроля готовности к выполнению практической работы.
При теоретической подготовке к практической работе следует обратить особое внимание на понимание зависимости выходных сигналов от входных сигналов и предшествующего состояния схемы, а также выражение данных зависимостей в виде логических функций и таблиц истинности. При рассмотрении принципа работы синхронных триггеров с установочными входами необходимо уяснить последовательность подачи входных сигналов, обеспечивающую установку начального состояния триггера и последующую обработку информационных сигналов.
Для чего предназначены триггеры? Как можно разделить входы триггеров по их функциональному назначению? Какие существуют устойчивые состояния триггера и в какой точке схемы происходит оценка его состояния? В чем заключаются различия в работе схем триггеров, имеющих только информационный вход, и триггеров, имеющих информационный и управляющий входы? В какие моменты относительно синхроимпульса возможна запись информации в триггер? В чем заключаются различия в схемах RS-триггеров с прямыми и инверсными входами? При наличии на каком входе активного сигнала RS-триггер установится в нулевое состояние? На каком выходе триггера можно проконтролировать это состояние? С помощью таблицы истинности поясните работу RS-триггера с прямыми входами и с инверсными входами. В какие моменты времени происходит запись информации в асинхронный и синхронный триггеры? Какая комбинация сигналов является нейтральной, а какая запрещённой для RS-триггеров с прямым и для RS-триггеров с инверсным управлением? Приведите необходимые и достаточные условия для записи сигнала «1» в RS-триггер с инверсным управлением. Приведите необходимые и достаточные условия для записи сигнала «0» в RS-триггер с инверсным управлением. Почему JK-триггеры называют универсальными? С помощью таблицы переходов поясните работу JK-триггера с прямыми входами. Какие триггеры используются для счета импульсов и деления частоты? С помощью таблицы переходов поясните работу T - триггера с прямыми входами. С помощью таблицы переходов поясните работу D-триггера с прямыми входами. Приведите общий вид характеристического уравнения триггера и поясните, как входящие в его состав переменные, так и название – «характеристическое уравнение». Поясните разницу между устройствами комбинационного и последовательностного типов. Какие элементы составляют основу схемы реализации триггера и за счёт чего обеспечивается сохранение одного из устойчивых состояний триггера? В чем состоит сходство и в чем различие RS - и JK-триггеров?
Порядок проведения экспериментов и обработки полученных результатов.
- выполнение сборки схемы с использованием модулей «Задание логических уровней и логические элементы» и «Триггеры» лабораторного стенда и соединительных проводов; представление собранной схемы исследования на контроль преподавателю; проведение исследования схемы согласно описанию с занесением полученных результатов в рабочий журнал и указанием режимов работы триггеров; выполнение индивидуального задания по указанию преподавателя (см. типовые задания).
По окончании исследования для каждого вопроса практической работы в выводах отразить:
- работоспособность исследованной схемы и соответствие экспериментальных результатов теории;
- возможные комбинации входных сигналов, при которых невозможно выполнение данной схемой ее функций;
- допустимые параметры входных сигналов и условий эксплуатации.
Основные сведения и понятия
Триггеры входят в состав регистров, счетчиков, а также других узлов, выполняющих функции хранения и обработки информации. В цифровых системах передачи и обработки информации триггеры входят в состав кодеров.
Триггер, управляемый сигналом логической «1» (сигналом высокого уровня), называют триггером с прямыми статическими входами. Триггер, управляемый сигналом логического «0» (сигналом низкого уровня), называют триггером с инверсными статическими входами.
Параметры различных микросхем триггеров приведены в Таблице 3.1.
Таблица 3.1. Параметры микросхем триггеров серии К155.
Триггеры могут иметь дополнительные входы установки начального состояния – установочные входы. Установочные входы имеют больший приоритет, чем информационные входы и вход синхронизации. При поступлении на установочные входы сигналов выбора состояния триггера сигналы на остальных входах (в том числе синхросигнал) игнорируются – триггер работает в асинхронном режиме. Если на установочные входы подается нейтральная комбинация, то состояние триггера определяется сигналами на информационных входах и входе синхронизации – триггер работает в синхронном режиме.
3.1. Исследование работы асинхронного T-триггера. Пр.№17
T-триггер — триггер, который меняет своё предыдущее состояние на противоположное под воздействием каждого входного сигнала равного логической «1».
Характеристическое уравнение, определяющее логику функционирования асинхронного Т-триггера:
Экспериментальное исследование работы асинхронного Т-триггера.
Для исследования работы Т-триггера используется модуль «Триггеры» лабораторного стенда. Если текущее состояние триггера Qn не совпадает с требуемым состоянием согласно таблице истинности, то для переключения триггера необходимо подать единичный импульс или сигнал логической «1» на вход триггера.
Перед началом работы с триггером его вход необходимо подключить с помощью соединительных проводников к одному из выходов логических сигналов модуля «Задание логических уровней и логические элементы». Исследование работы Т-триггера производится путем установки триггера в необходимое начальное состояние Qn и подачи на его вход сигналов логического «0» или логической «1» в соответствии с таблицей истинности.
Таблица истинности асинхронного T-триггера.
№ набора | Т | Qn | Qn+1 |
0 | 0 | 0 | 0 |
1 | 0 | 1 | 1 |
2 | 1 | 0 | 1 |
3 | 1 | 1 | 0 |
В рабочей тетради изобразить УГО исследуемого триггера и указать назначение входов/выходов. Полученные значения сигналов на выходах триггера занести в таблицу истинности в рабочей тетради.
3.2. Исследование работы асинхронного RS-триггера. Пр.№18
RS-триггер — триггер, который сохраняет своё предыдущее состояние при нулевых входных сигналах и меняет своё выходное состояние при подаче на один из его входов логической «1».
Комбинация входных сигналов S=0, R=0 называется нейтральной. Даная комбинация не изменяет предыдущего состояния триггера Qn+1=Qn. Комбинация S=1, R=1 является запрещенной, так как переход от S=1, R=1 к S=0, R=0 приводит к неопределенности состояния триггера.
Характеристическое уравнение, определяющее логику функционирования асинхронного RS-триггера:
Реализация триггера может быть выполнена как в Булевом, так и минимальных базисах. Для реализации триггера в различных базисах и построения других типов триггеров на основе RS-триггера используются следующие формы характеристического уравнения:
Различные формы характеристического уравнения могут быть получены с помощью карты Карно.
Экспериментальное исследование работы асинхронного RS-триггера.
Для исследования работы RS-триггера используется модуль «Триггеры» лабораторного стенда. Если текущее состояние триггера Qn не совпадает с требуемым состоянием согласно таблице истинности, то для переключения триггера в состояние «1» необходимо подать сигнал «1» на вход S, а для переключения триггера в состояние «0» необходимо подать сигнал «1» на вход R.
Перед началом работы с триггером его входы подключаются с помощью соединительных проводников к выходам логических сигналов модуля «Задание логических уровней и логические элементы». Исследование работы триггера производится путем установки триггера в необходимое начальное состояние Qn и подачи на управляющие входы R и S сигналов логического «0» или логической «1» в соответствии с таблицей истинности.
Таблица истинности асинхронного RS-триггера.
Номер набора | Sn | Rn | Qn | Qn+1 | Режим работы |
0 | 0 | 0 | 0 | 0 | Хранение информации |
1 | 0 | 0 | 1 | 1 | |
2 | 0 | 1 | 0 | 0 | Установка 0 |
3 | 0 | 1 | 1 | 0 | |
4 | 1 | 0 | 0 | 1 | Установка 1 |
5 | 1 | 0 | 1 | 1 | |
6 | 1 | 1 | 0 | * | Запрещено |
7 | 1 | 1 | 1 | * |
В рабочем журнале изобразить УГО исследуемого триггера и указать назначение входов/выходов. Полученные значения сигналов на выходах триггера и режимы работы занести в таблицу истинности в рабочей тетради.
3.3. Исследование работы D-триггера. Пр.№19
D-триггер — триггер, записывающий 1 бит информации поступающей в виде сигналов логического «0» или логической «1» на информационный вход D. Синхронный D-триггер записывает информацию в момент поступления импульса на синхронизационный вход (синхровход).
Характеристическое уравнение, определяющее логику функционирования синхронного D - триггера:
.
Рис. 3.1 Временная диаграмма синхронного D-триггера с инверсными установочными сходами
В зависимости от сигналов на установочных входах триггер будет работать в синхронном, асинхронном или превалирующем режиме. В асинхронном режиме триггер управляется установочными сигналами, в синхронном режиме триггер управляется синхросигналом, в превалирующем режиме синхросигнал игнорируется и триггер управляется установочными сигналами.
Экспериментальное исследование работы синхронного D-триггера.
Для исследования работы D-триггера используется модуль «Триггеры» лабораторного стенда. Если текущее состояние триггера Qn не совпадает с требуемым состоянием согласно таблице истинности, то для установки триггера в необходимое начальное состояние необходимо подать логической «0» один из инверсных установочных входов 
или 
согласно таблице асинхронной установки.
Таблица асинхронной установки.
Номер набора |
|
|
|
| Результат |
0 | 0 | 0 | 0 | * | Запрещено |
1 | 0 | 0 | 1 | * | |
2 | 0 | 1 | 0 | 1 | Установка 1 |
3 | 0 | 1 | 1 | 1 | |
4 | 1 | 0 | 0 | 0 | Установка 0 |
5 | 1 | 0 | 1 | 0 | |
6 | 1 | 1 | 0 | 0 | Хранение информации |
7 | 1 | 1 | 1 | 1 |
Перед началом работы с D-триггером его входы R, S и D необходимо подключить с помощью соединительных проводников к выходам логических сигналов модуля «Задание логических уровней и логические элементы», вход C подключить к генератору одиночных импульсов с ручным запуском. При исследовании работы триггера производится установка его в необходимое начальное состояние Qn, затем на входы D и C требуется подать сигналы в соответствии с таблицей истинности.
В рабочем журнале изобразить УГО исследуемого триггера и указать назначение входов/выходов. Полученные значения сигналов на выходах триггера и режимы работы занести в таблицу истинности в рабочей тетради.
Таблица истинности синхронного D-триггера.
Номер набора | Cn | Dn | Qn | Qn+1 | Режим работы |
0 | 0 | 0 | 0 | 0 | Хранение информации |
1 | 0 | 0 | 1 | 1 | |
2 | 0 | 1 | 0 | 0 | |
3 | 0 | 1 | 1 | 1 | |
4 | 0 | 0 | 0 | Установка 0 | |
5 | 0 | 1 | 0 | ||
6 | 1 | 0 | 1 | Установка 1 | |
7 | 1 | 1 | 1 |
3.4. Исследование работы синхронного JK-триггера. Пр.№20
JK-триггер — триггер, состояние которого определяется сигналами на информационных входах J и K. Синхронный JK-триггер переключается в соответствии с сигналами на входах J и K в момент поступления импульса на синхровход С. Особенностью JК-триггера является отсутствие запрещенных комбинаций. JK-триггер является универсальным и может выполнять функции RS, D и Т-триггеров.
Характеристическое уравнение асинхронного JК-триггера:
Характеристическое уравнение синхронного JК-триггера:
Экспериментальное исследование работы синхронного JK - триггера.
Для исследования работы JK-триггера используется модуль «Триггеры» лабораторного стенда. Если текущее состояние триггера Qn не совпадает с требуемым состоянием согласно таблице истинности, то для установки триггера в необходимое начальное состояние необходимо подать логической «0» один из инверсных установочных входов 
или 
согласно таблице асинхронной установки.
Таблица асинхронной установки.
Номер набора |
|
|
|
| Результат |
0 | 0 | 0 | 0 | * | Запрещено |
1 | 0 | 0 | 1 | * | |
2 | 0 | 1 | 0 | 1 | Установка 1 |
3 | 0 | 1 | 1 | 1 | |
4 | 1 | 0 | 0 | 0 | Установка 0 |
5 | 1 | 0 | 1 | 0 | |
6 | 1 | 1 | 0 | 0 | Хранение информации |
7 | 1 | 1 | 1 | 1 |
Перед началом работы с JK-триггером его входы R, S, J и K необходимо подключить с помощью соединительных проводников к выходам логических сигналов модуля «Задание логических уровней и логические элементы», вход C подключить к генератору одиночных импульсов с ручным запуском. При исследовании работы триггера производится установка его в необходимое начальное состояние Qn, затем на входы J, K и C требуется подать сигналы в соответствии с таблицей истинности.
Таблица истинности синхронного JK-триггера.
Номер набора | Cn | Jn | Kn | Qn | Qn+1 | Режим работы |
0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | Хранение информации |
1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | |
2 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | |
3 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | |
4 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | |
5 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | |
6 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | |
7 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | |
8 | 0 | 0 | 0 | 0 | ||
9 | 0 | 0 | 1 | 1 | ||
10 | 0 | 1 | 0 | 0 | Установка 0 | |
11 | 0 | 1 | 1 | 0 | ||
12 | 1 | 0 | 0 | 1 | Установка 1 | |
13 | 1 | 0 | 1 | 1 | ||
14 | 1 | 1 | 0 | 1 | Режим Т-триггера | |
15 | 1 | 1 | 1 | 0 |
В рабочем журнале изобразить УГО исследуемого триггера и указать назначение входов/выходов. Полученные значения сигналов на выходах триггера и режимы работы занести в таблицу истинности в рабочей тетради.
Типовые задания. Исходное состояние асинхронного T-триггера Qn=1, определить состояние Qn+1 после поступления сигнала T=1. Исходное состояние асинхронного T-триггера Qn=0, определить состояние Qn+1 после поступления сигнала T=1. Исходное состояние асинхронного T-триггера Qn=1, определить состояние Qn+1 после поступления сигнала T=0. Исходное состояние синхронного T-триггера Qn=1, определить состояние Qn+1 после поступления входных сигналов T=1, С=0. Исходное состояние асинхронного RS-триггера Qn=0, определить состояние Qn+1 после поступления входных сигналов S=1, R=0. Исходное состояние асинхронного RS-триггера Qn=1, определить состояние Qn+1 после поступления входных сигналов S=1, R=0. Исходное состояние асинхронного RS-триггера Qn=0, определить состояние Qn+1 после поступления входных сигналов S=1, R=0. Исходное состояние асинхронного RS-триггера Qn=1, определить состояние Qn+1 после поступления входных сигналов S=0, R=1. Исходное состояние асинхронного RS-триггера Qn=0, определить состояние Qn+1 после поступления входных сигналов S=0, R=1. Исходное состояние асинхронного RS-триггера Qn=1, определить состояние Qn+1 после поступления входных сигналов S=1, R=0. Исходное состояние асинхронного RS-триггера Qn=1, определить состояние Qn+1 после поступления входных сигналов S=0, R=0. Исходное состояние асинхронного RS-триггера Qn=0, определить состояние Qn+1 после поступления входных сигналов S=1, R=1. Исходное состояние синхронного D-триггера Qn=1, определить состояние Qn+1 после поступления входных сигналов D=0, C=0. Исходное состояние синхронного D-триггера Qn=1, определить состояние Qn+1 после поступления входных сигналов D=1, C=0. Исходное состояние синхронного D-триггера Qn=1, определить состояние Qn+1 после поступления входных сигналов D=0, C=1. Исходное состояние синхронного D-триггера Qn=1, определить состояние Qn+1 после поступления входных сигналов D=1, C=1. Исходное состояние синхронного JK-триггера Qn=1, определить состояние Qn+1 после поступления входных сигналов J=1, K=1, C=0. Исходное состояние синхронного JK-триггера Qn=0, определить состояние Qn+1 после поступления входных сигналов J=1, K=1, C=1. Исходное состояние синхронного JK-триггера Qn=1, определить состояние Qn+1 после поступления входных сигналов J=1, K=0, C=1. Исходное состояние синхронного JK-триггера Qn=0, определить состояние Qn+1 после поступления входных сигналов J=1, K=0, C=0. Исходное состояние синхронного JK-триггера Qn=1, определить состояние Qn+1 после поступления входных сигналов J=0, K=1, C=1.
Практикум к практическим работам №17-20
Схемы RS-триггеров на микросхемах
После знакомства с принципом работы различных триггеров у начинающего специалиста возникает естественное желание опробовать работу этих самых триггеров в "железе". На практике изучение работы триггеров гораздо интересней, кроме того происходит знакомство с реальной элементной базой.
Далее будут рассмотрены несколько схем триггеров, выполненных на цифровых микросхемах так называемой жёсткой логики. Сами по себе схемы не являются завершёнными готовыми устройствами и служат лишь для наглядной демонстрации принципов работы RS-триггера.
Для ускорения процесса сборки и тестирования схем применялась беспаечная макетная плата. Она изображена выше на рисунке. С её помощью удаётся быстро сконфигурировать и изменить схему в соответствии с потребностями. Пайка, не применяется.
Схема RS-триггера на микросхеме К155ЛА3.
Для сборки схемы потребуется сама микросхема К155ЛА3, два индикаторных светодиода разного цвета свечения (например, красный и синий), пара резисторов номиналом 330 Ом, а также стабилизированный блок питания с выходным напряжением 5 вольт. В принципе, подойдёт любой маломощный блок питания на 5 вольт.
Для дела подойдет 5-ти вольтовый зарядник от сотового телефона. Но стоит понимать, что не каждый зарядник держит стабильное напряжение. Оно может изменятся в пределах 4,5 – 6 вольт. Поэтому всё-таки лучше использовать стабилизированный блок питания. К выводу 14 микросхемы К155ЛА3 подключается "+" питания, а к 7 выводу "-" питания.
Как видим, схема очень простая и выполнена на логических элементах 2И-НЕ. Собранная схема имеет всего лишь два устойчивых состояния 0 или 1.
После того, как на схему будет подано напряжение питания, загорится один из светодиодов. В данном случае загорался синий светодиод, который подключен к инверсному выходу триггера (Q).
При однократном нажатии на кнопку Set (установка), RS-триггер устанавливается в единичное состояние. При этом должен засветиться тот светодиод, который подключен к так называемому прямому выходу Q. В данном случае это красный светодиод.
Это свидетельствует о том, что триггер «запомнил» 1 и выдал сигнал об этом на прямой выход Q.
Светодиод (синий), который же подключен к инверсному выходу Q, должен погаснуть. Инверсный – это значит обратный прямому. Если на прямом выходе 1, то на инверсном 0. При повторном нажатии на кнопку Set, состояние триггера не изменится – реагировать на нажатия кнопки он не будет. В этом и заключается основное свойство любого триггера – способность длительное время сохранять одно из двух состояний. По сути, это простейший элемент памяти.
Чтобы сбросить RS-триггер в нуль (т. е. записать в триггер логический 0) нужно один раз нажать на кнопку Reset (сброс). При этом красный светодиод погаснет, а синий загорится. Повторные нажатия на кнопку Reset состояние триггера не изменят.
Показанную схему можно считать примитивной, так как собранный RS-триггер не имеет никакой защиты от помех, а сам триггер является одноступенчатым. Но зато в схеме применяется микросхема К155ЛА3, которая очень часто встречается в электронной аппаратуре и поэтому она легкодоступна.
Также стоит отметить, что на этой схеме выводы установки S, сброса R, прямого Q и инверсного выхода Q показаны условно – их можно поменять местами и суть работы схемы не изменится. Это всё потому, что схема выполнена на неспециализированной микросхеме. Далее же мы разберём пример реализации RS-триггера на специализированной микросхеме-триггере.
Схема RS-триггера на микросхеме КМ555ТМ2.
В данной схеме используется специализированная микросхема КМ555ТМ2, в составе которой 2 D-триггера. Эта микросхема выполнена в керамическом корпусе, поэтому в названии присутствует сокращение КМ. Также можно применить микросхемы К555ТМ2 и К155ТМ2. Они имеют пластмассовый корпус.
Как мы знаем, D-триггер несколько отличается от RS-триггера, но у него также присутствуют входы для установки (S) и сброса (R). Если не использовать вход данных (D) и тактирования (C), то на базе микросхемы КМ555ТМ2 легко собрать RS-триггер. Вот схема.
В схеме применён только один из двух D-триггеров микросхемы КМ555ТМ2. Второй D-триггер не используется. Его выводы никуда не подключаются.
Так как входы S и R микросхемы КМ555ТМ2 являются инверсными (отмечены кружком), то переключение триггера из одного устойчивого состояния в другое происходит при подаче на входы S и R логического 0.
Чтобы подать на входы 0, нужно просто соединить эти входы с минусовым проводом питания (с минусом «-»). Сделать это можно как с помощью специальных кнопок, например, тактовых, как на схеме, так и с помощью обычного проводника. Кнопками, конечно, это делать гораздо удобнее.
Жмём кнопку SB1 (Set) и устанавливаем RS-триггер в единицу. Засветится красныйсветодиод.
А теперь жмём кнопку SB2 (Reset) и сбрасываем триггер в нуль. Засветится синий светодиод, который подключен к инверсному выходу триггера (Q).
Стоит отметить, что входы S и R у микросхемы КМ555ТМ2 являются приоритетными. Это значит, что сигналы на этих входах для триггера являются главными. Поэтому если на входе R нулевое состояние, то при любых сигналах на входах C и D состояние триггера не изменится. Это утверждение относится к работе D-триггера.
Если найти микросхемы К155ЛА3, КМ155ЛА3, КМ155ТМ2, К155ТМ2, К555ТМ2 и КМ555ТМ2 не удастся, то можно использовать зарубежные аналоги этих микросхем стандартной транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ): 74LS74 (аналог К555ТМ2), SN7474Nи SN7474J (аналоги К155ТМ2), SN7400N и SN7400J (аналоги К155ЛА3).
JK-триггер
Устройство и принцип работы JK-триггера
Наиболее сложный по конструкции триггер широко используется в цифровой технике благодаря своей универсальности. Это, так называемый, JK-триггер. На рисунке видно, что JK-триггер имеет пять входов, в том числе прямой Q и инверсный выходы Q.
К уже известным входам R (Reset) – сброс, S (Set) – установка, С - тактовый вход добавлены ещё два. Это входы J (Jump) и K (Kill). Благодаря наличию этих дополнительных входов появляется возможность несложными схемными средствами достигать интересных результатов.
Логика работы основных входов (C, J, K) реализована следующим образом. Если на входе J высокий потенциал, а на входе K – ноль, то триггер установится в единичное состояние по спаду тактового импульса на входе С. Если на входе J – ноль, а на входе К высокий потенциал то по спаду тактового импульса триггер "сбросится" в нулевое состояние. Когда J=K=0независимо от тактовых импульсов состояние триггера не меняется. И если J=K=1, то при приходе каждого тактового импульса состояние триггера меняется на противоположное. В этом случае триггер работает как делитель частоты на два.
Благодаря такой логике работы появляется возможность довольно гибко настраивать алгоритм работы триггера. Такая универсальность позволяет использовать JK-триггер в устройствах со сложной логикой работы.
На JK-триггерах несложно реализовать делитель частоты на десять. Если мы подадим на вход импульсы с частотой 10 кГц, то на выходе получим уже 1 кГц. Такие схемы называют декадным делителем или декадой.
Делители с различным коэффициентом пересчёта раньше активно использовались радиолюбителями при изготовлении электронных часов и несложных музыкальных инструментов. Данная схема очень неэкономична и займёт много места, если собирать её на дискретных элементах, так как в ней используется четыре триггера и элемент 2И.
В широко распространённую серию К155 на базе ТТЛ логики входит универсальный JK-триггер К155ТВ1 (КМ155ТВ1). Зарубежными аналогами этой микросхемы являются SN7472N, 7472, SN7472J. Этот триггер построен по двухступенчатой схеме и имеет сложную входную логику, где три входа J и три входа K объединены по схеме логического И. Кроме того триггер имеет прямой и инверсный выходы, входы установки и сброса (S и R) и вход тактовых импульсов С. Вот так он обозначается на схеме.
Вот так выглядит его внутренняя структура. Те, кто знаком с базовыми логическими элементами и устройством простейшего RS-триггера разберутся в устройстве JK-триггера без особых трудностей.
Этот триггер, как видно на схеме, организован на основе логических элементов И – НЕ с различным числом входов. В схеме присутствуют элементы: 2И – НЕ, 3И – НЕ, и 6И – НЕ. Наличие элементов 6И – НЕ, а также двухступенчатой структуры делает триггер многоцелевым и универсальным. В зависимости от конечной задачи, входы триггера могут объединяться или подключаться к другим логическим элементам схемы.
ПРИМЕР РАБОТЫ JK №1
На микросхеме К155ТВ1 можно собрать несложную схему наглядно демонстрирующую работу JK-триггера. Как у почти всех микросхем этой серии 7 вывод - это корпус, а 14 вывод - это напряжение питания +5V. На 12 вывод (вход тактовых импульсов), и на прямой и инверсный выходы триггера, (выводы 8 и 6), необходимо подключить светодиоды через токоограничивающие резисторы.
После подключения питания один из выходных светодиодов загорается. Теперь можно проверить работу триггера по входам установки и сброса. Для этого необходимо поочерёдно подавать на выводы 2 (R) и 13 (S) низкий потенциал или "корпус".
Светодиодные индикаторы будут попеременно загораться и гаснуть, индицируя в каком состоянии находится триггер. Это проверка работоспособности. Теперь можно посмотреть работу триггера в счётном режиме. Для этого можно объединить входы J и K и соединить их с напряжением питания +5V через резистор.
Этого можно и не делать. По определению любой вывод микросхемы ТТЛ-логики, если он просто "висит" в воздухе и никуда не подключен, находится под высоким потенциалом (уровень логической единицы). Соединение свободных выводов микросхем с плюсом источника питания производится для предотвращения случайных срабатываний, то есть для повышения помехозащищённости.
Теперь можно подать на вход С импульсы такой частоты, чтобы их было визуально видно по работе светодиода HL1. Светодиоды, подключенные к выходам триггера, будут срабатывать с частотой в два раза меньше. То есть в этом режиме JK-триггер делит частоту входного сигнала на два.
Для тестирования триггера понадобится источник внешнего тактового сигнала, чтобы подать последовательность импульсов на вход C.
ПРИМЕР РАБОТЫ JK №2
Простейший генератор прямоугольных импульсов можно собрать, используя микросхему К155ЛА3.
Она содержит четыре элемент 2И – НЕ. Для генератора достаточно двух элементов. Период следования импульсов можно ориентировочно рассчитать по формуле T=1,4*R1*C1. Частота генератора прямоугольных импульсов в таком случае приблизительно будет равна f = 1/T. Для тех номиналов резистора R1 и конденсатора C1, что показаны на схеме, период генератора ориентировочно равен: T = 1,4 * 1000 * 0,00047 = 0,658 (с). Частота f = 1/0,658 = 1,5197... ~ 1,5 (Гц). В дальнейшем этот простейший генератор можно использовать для проверки работоспособности различных цифровых устройств.
Перечень литературы и материалов для подготовки
Цифровая схемотехника: учеб. для сред. проф. образования/ . – М.: Академия, 2005. – 400 с. Руководство для проведения практических и лабораторных работ по учебной дисциплине «Цифровая схемотехника». Конспект с материалом по тематике практических работ.
