Тема 9, Цифровые устройства с памятью — Методическое пособие к лабораторным работам по курсу «Теория конечных автоматов»

  • От :
  • Категории : Без рубрики

Тема 9, Цифровые устройства с памятью
Триггер из двух логических элементов – самое простое устройство, способное запоминать один бит информации, то есть сколь угодно долго находиться в одном из двух возможных состояний. Классические варианты такой схемы строятся либо на элементах ИЛИ-НЕ, либо на элементах И-НЕ и называются RS-триггер (Reset – сброс, Set — установка).
Задание. Смоделировать работу RS-триггера на элементах И-НЕ со следующими параметрами входных сигналов:
GEN [0 0] notS (S0.2 S1/2)GEN [0 0] notR (S0.4 S1/2) Обратить внимание на то, как ведёт себя триггер при переходе от комбинации входных сигналов (0 0) к комбинации (1 1). Обсудить с преподавателем понятие «запрещённая комбинация».Существует множество других, в определённом смысле более совершенных, схем триггеров, например:
Здесь показаны схемы синхронного RS-триггера и так называемого прозрачного D-триггера («прозрачная защёлка»). Описание теоретических аспектов работы этих, как и нижеследующих, устройств здесь приводиться не будет – для этой цели имеется обширная учебная литература.
Задание. Смоделировать работу приведённых схем. На вход С следует подать периодический сигнал (меандр) с периодом повторения 2 цикла. На информационные входы подать сигналы с периодами повторения, существенно большими, чем C, например, 4…6 циклов. Пронаблюдать переключение триггеров по изменению состояний выходов. В случае затруднений посмотрите текст CMD-файла для следующей схемы.
D-триггер этого типа прозрачен для входных сигналов при C=1. Промоделировать этот эффект. Далее рекомендуется добавить к этим схемам цепи (входы) для подачи сигналов асинхронной установки-сброса, как показано в следующем примере, и использовать эти входы до начала действия сигнала C.
Следующее устройство, которое мы будем рассматривать – это двухступенчатый (двухтактный) RS-триггер.
На цепь, помеченную буквой D и содержащую инвертор, сначала не следует обращать внимания. Такой триггер, состоящий из двух ступеней, непрозрачен для входных сигналов ни при C=0, ни при C=1. Здесь предусмотрены входы асинхронной установки в 1 (notSA) и сброса в 0 (notRA) с низким активным уровнем сигнала. Запрещённая комбинация существует и для данного триггера, что будет видно, наряду с другими особенностями поведения, при моделировании:
^
GEN [0 0] notSA (S1/100)
GEN [0 0] notRA (S0/1 S1/100)
GEN [0 0] C (S0/2 S1/2)
GEN [0 0] R (S0/4 S1/4)
GEN [0 0] S (S0/5 S1/6)
PROBE …..
DISPLAY 1
SIM 50
Обратите внимание на то, как формируются сигналы асинхронной установки-сброса. Такой способ приходится использовать очень часто.
Если теперь подключить цепь с буквой D и инвертором (и убрать, разумеется, наименования R и S), то получится двухступенчатый D-триггер. Обязательно промоделируйте и его. Найдите, рассматривая диаграмму, ответ на вопрос, по переднему или по заднему фронту синхросигнала происходит запись информации в триггер.
В арсенале цифровой техники имеется и другой способ построения D-триггера – знаменитая шестиэлементная схема:
Этот триггер иначе реагирует на передний и задний фронт сигнала C по сравнению с предыдущей схемой. Как именно? Найдите ответ на этот вопрос путём моделирования в PCAD. По аналогичной схеме построена готовая ИМС 555ТМ2.
Если выходы двухтактного RS-триггера соединить накрест обратными связями с его входами, получится так называемый JK-триггер, имеющий большое практическое значение:
У такого триггера нет запрещённых комбинаций – при подаче J=K=1 триггер работает как устройство со счётным входом (см. ниже).
Серия 555 содержит набор готовых триггеров, в частности, 555ТМ7 (прозрачный D-триггер), 555ТМ2 (тоже D-триггер, но непрозрачный), 555ТВ9 (JK-триггер). На основе имеющихся триггеров можно построить также T-триггер, или триггер со счётным входом, который изменяет своё состояние на противоположное по приходу очередного импульса. Другими словами, T-триггер делит частоту входных сигналов на два.
Задание. Промоделировать JK-триггер и исследовать имеющиеся готовые ИМС триггеров, Построить и смоделировать T-триггеры по приведённым схемам (лучше в одном проекте), причём обязательно обратить внимание на различие в поведении T-триггера на основе 555ТВ9 и на основе 555ТМ2.
На основе отдельных триггеров можно построить регистры, предназначенные для хранения набора битов (двоичного слова) и, при необходимости, выполнения над этим словом каких-либо операций. Классический параллельный регистр, представляющий собой набор D-триггеров, объединённых цепями управления, не слишком интересен для моделирования и здесь рассмотрен не будет. Приведём вариант схемы сдвигового регистра:
Информация, поступающая в последовательном коде на вход DS (Data Serial), сдвигается вправо всякий раз при подаче сигнала Shift. Конкретные особенности процесса зависят от того, на каких D-триггерах – записывающих информацию по переднему или заднему фронту синхросигнала – построена эта схема.
Счётчик – устройство, предназначенное для пересчёта количества поданных входных сигналов. Строятся такие схемы на T-триггерах и отличаются большим разнообразием. На рисунке приведена схема простого суммирующего (инкрементного) счётчика, подсчитывающего сигналы на входе Inc. Такая схема носит название «счётчик с непосредственной связью».
Счётчик состоит из трёх триггеров и последовательно перебирает восемь (23 = 8) своих состояний, что проявляется в изменении сигналов на выходах d0-d2 от 000 до 111, после чего всё начинается сначала. Вообще, если не принимать специальных мер, то счётчик, состоящий из N триггеров, будет последовательно перебирать 2N различных состояний. Это число называется коэффициентом пересчёта. У данной схемы он равен 8, при четырёх триггерах – 16 и т.д.
Каждый последующий каскад счётчика получает сигнал от предыдущего, Его можно снять с прямого выхода триггера, а можно и с инверсного, как показано в нашем примере. В первом случае получится вычитающий счётчик, во втором – суммирующий. Это утверждение верно, если счётчик построен на триггерах, переключающихся по переднему фронту сигнала. В случае триггеров, переключающихся по заднему фронту, ситуация будет обратной.
Часто необходим счётчик, имеющий коэффициент пересчёта, отличный от 2N. Существует несколько способов построить такую схему. Самый простой (но не всегда лучший) вариант – досрочно сбросить счётчик по цепи R, когда будет обнаружено достижение нужного числа (состояния), В нижеследующем примере сброс происходит всякий раз при достижении состояния 101, то есть схема считает от 0 до 4, начиная сначала при появлении 5. Обратите внимание на то, что элемент «чистое И» здесь работает как «ИЛИ» для нулей.
Задание. Построить счётчик с заданным коэффициентом пересчёта. Возможно использование для этой цели как схем, построенных из отдельных триггеров, так и готовых счётчиков серии 555, дополняемых соответствующими внешними цепями.

Тема 9, Цифровые устройства с памятью
Триггер из двух логических элементов – самое простое устройство, способное запоминать один бит информации, то есть сколь угодно долго находиться в одном из двух возможных состояний. Классические варианты такой схемы строятся либо на элементах ИЛИ-НЕ, либо на элементах И-НЕ и называются RS-триггер (Reset – сброс, Set — установка).

Задание. Смоделировать работу RS-триггера на элементах И-НЕ со следующими параметрами входных сигналов:

GEN [0 0] notS (S0.2 S1/2)GEN [0 0] notR (S0.4 S1/2) Обратить внимание на то, как ведёт себя триггер при переходе от комбинации входных сигналов (0 0) к комбинации (1 1). Обсудить с преподавателем понятие «запрещённая комбинация».Существует множество других, в определённом смысле более совершенных, схем триггеров, например:

Здесь показаны схемы синхронного RS-триггера и так называемого прозрачного D-триггера («прозрачная защёлка»). Описание теоретических аспектов работы этих, как и нижеследующих, устройств здесь приводиться не будет – для этой цели имеется обширная учебная литература.

Задание. Смоделировать работу приведённых схем. На вход С следует подать периодический сигнал (меандр) с периодом повторения 2 цикла. На информационные входы подать сигналы с периодами повторения, существенно большими, чем C, например, 4…6 циклов. Пронаблюдать переключение триггеров по изменению состояний выходов. В случае затруднений посмотрите текст CMD-файла для следующей схемы.

D-триггер этого типа прозрачен для входных сигналов при C=1. Промоделировать этот эффект. Далее рекомендуется добавить к этим схемам цепи (входы) для подачи сигналов асинхронной установки-сброса, как показано в следующем примере, и использовать эти входы до начала действия сигнала C.

Следующее устройство, которое мы будем рассматривать – это двухступенчатый (двухтактный) RS-триггер.

На цепь, помеченную буквой D и содержащую инвертор, сначала не следует обращать внимания. Такой триггер, состоящий из двух ступеней, непрозрачен для входных сигналов ни при C=0, ни при C=1. Здесь предусмотрены входы асинхронной установки в 1 (notSA) и сброса в 0 (notRA) с низким активным уровнем сигнала. Запрещённая комбинация существует и для данного триггера, что будет видно, наряду с другими особенностями поведения, при моделировании:

^

GEN [0 0] notSA (S1/100)

GEN [0 0] notRA (S0/1 S1/100)

GEN [0 0] C (S0/2 S1/2)

GEN [0 0] R (S0/4 S1/4)

GEN [0 0] S (S0/5 S1/6)

PROBE …..

DISPLAY 1

SIM 50

Обратите внимание на то, как формируются сигналы асинхронной установки-сброса. Такой способ приходится использовать очень часто.

Если теперь подключить цепь с буквой D и инвертором (и убрать, разумеется, наименования R и S), то получится двухступенчатый D-триггер. Обязательно промоделируйте и его. Найдите, рассматривая диаграмму, ответ на вопрос, по переднему или по заднему фронту синхросигнала происходит запись информации в триггер.

В арсенале цифровой техники имеется и другой способ построения D-триггера – знаменитая шестиэлементная схема:

Этот триггер иначе реагирует на передний и задний фронт сигнала C по сравнению с предыдущей схемой. Как именно? Найдите ответ на этот вопрос путём моделирования в PCAD. По аналогичной схеме построена готовая ИМС 555ТМ2.

Если выходы двухтактного RS-триггера соединить накрест обратными связями с его входами, получится так называемый JK-триггер, имеющий большое практическое значение:

У такого триггера нет запрещённых комбинаций – при подаче J=K=1 триггер работает как устройство со счётным входом (см. ниже).

Серия 555 содержит набор готовых триггеров, в частности, 555ТМ7 (прозрачный D-триггер), 555ТМ2 (тоже D-триггер, но непрозрачный), 555ТВ9 (JK-триггер). На основе имеющихся триггеров можно построить также T-триггер, или триггер со счётным входом, который изменяет своё состояние на противоположное по приходу очередного импульса. Другими словами, T-триггер делит частоту входных сигналов на два.

Задание. Промоделировать JK-триггер и исследовать имеющиеся готовые ИМС триггеров, Построить и смоделировать T-триггеры по приведённым схемам (лучше в одном проекте), причём обязательно обратить внимание на различие в поведении T-триггера на основе 555ТВ9 и на основе 555ТМ2.

На основе отдельных триггеров можно построить регистры, предназначенные для хранения набора битов (двоичного слова) и, при необходимости, выполнения над этим словом каких-либо операций. Классический параллельный регистр, представляющий собой набор D-триггеров, объединённых цепями управления, не слишком интересен для моделирования и здесь рассмотрен не будет. Приведём вариант схемы сдвигового регистра:

Информация, поступающая в последовательном коде на вход DS (Data Serial), сдвигается вправо всякий раз при подаче сигнала Shift. Конкретные особенности процесса зависят от того, на каких D-триггерах – записывающих информацию по переднему или заднему фронту синхросигнала – построена эта схема.

Счётчик – устройство, предназначенное для пересчёта количества поданных входных сигналов. Строятся такие схемы на T-триггерах и отличаются большим разнообразием. На рисунке приведена схема простого суммирующего (инкрементного) счётчика, подсчитывающего сигналы на входе Inc. Такая схема носит название «счётчик с непосредственной связью».

Счётчик состоит из трёх триггеров и последовательно перебирает восемь (23 = 8) своих состояний, что проявляется в изменении сигналов на выходах d0-d2 от 000 до 111, после чего всё начинается сначала. Вообще, если не принимать специальных мер, то счётчик, состоящий из N триггеров, будет последовательно перебирать 2N различных состояний. Это число называется коэффициентом пересчёта. У данной схемы он равен 8, при четырёх триггерах – 16 и т.д.

Каждый последующий каскад счётчика получает сигнал от предыдущего, Его можно снять с прямого выхода триггера, а можно и с инверсного, как показано в нашем примере. В первом случае получится вычитающий счётчик, во втором – суммирующий. Это утверждение верно, если счётчик построен на триггерах, переключающихся по переднему фронту сигнала. В случае триггеров, переключающихся по заднему фронту, ситуация будет обратной.

Часто необходим счётчик, имеющий коэффициент пересчёта, отличный от 2N. Существует несколько способов построить такую схему. Самый простой (но не всегда лучший) вариант – досрочно сбросить счётчик по цепи R, когда будет обнаружено достижение нужного числа (состояния), В нижеследующем примере сброс происходит всякий раз при достижении состояния 101, то есть схема считает от 0 до 4, начиная сначала при появлении 5. Обратите внимание на то, что элемент «чистое И» здесь работает как «ИЛИ» для нулей.


Задание. Построить счётчик с заданным коэффициентом пересчёта. Возможно использование для этой цели как схем, построенных из отдельных триггеров, так и готовых счётчиков серии 555, дополняемых соответствующими внешними цепями.

затруднений посмотрите текст cmd-файла,формируются сигналы асинхронной установки-сброса,подачи сигналов асинхронной установки-сброса,показаны схемы синхронного rs-триггера,каких d-триггерах записывающих информацию,заднему фронту синхросигнала построена,арсенале цифровой техники имеется,смоделировать работу rs-триггера,конкретные особенности процесса зависят,описание теоретических аспектов работы

Комментариев нет

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Планы мероприятий
Игра викторина по ЭКОЛОГИИ-10 класс

  Цель игры «Викторина по экологии» : углубить экологические знания Весь класс разбит на четыре команды по 6 человек. Время обдумывания ответа -1 минута. Ведущий читает высказывания великих людей с паузами , там , где пропущены слова. Команды должны вставить эти слова «Оценивать … только по стоимости её материальных богатств- …

Задания
Хирургия и Реаниматология. Тесты. Методическое пособие

Тестовые задания. Хирургия и Реаниматология.   Профилактика хирургической инфекции. Инфекционная безопасность в работе фельдшера   Обезболивание   Кровотечение и гемостаз   Переливание крови и кровозаменителей, инфузионная терапия   Десмургия   Ведение больных в полеоперационном периоде   Синдром повреждения. Открытые повреждения мягких тканей. Механические повреждения костей, суставов и внутренних органов   …

Планы занятий
Профориентационный тест Л.А. Йовайши на определение склонности человека к тому или иному роду деятельности

ПРОФЕССИЯ – это вид трудовой деятельности человека, который требует определенного уровня знаний, специальных умений, подготовки человека и при этом служит источником дохода. Профессиональная принадлежность – одна из важнейших социальных ролей человека так как, выбирая профессию, человек выбирает себе не только работу, но и определенные нормы, жизненные ценности и образ жизни, …