1 Які пристрої називають шифраторами? Які основні його параметри? Наведіть приклади використання шифраторів.
2 Поясніть побудову і принцип роботи шифраторів.
3 Які пристрої називають дешифраторами-демультиплексорами? Яка відмінність між дешифратором і демультиплексором? Наведіть приклади використання дешифраторів і демультиплексорів.
4 Поясніть побудову і принцип роботи дешифраторів-демультиплексорів.
5 Який принцип підключення семисегментного індикатора до семисегментного дешифратора?
6 Які пристрої називають мультиплексорами? Наведіть приклади використання мультиплексорів.
7 Поясніть побудову і принцип роботи демультиплексорів. Яка відмінність в будові дешифраторів і мультиплексорів?
5 Практичне заняття № 5
Тригери. Регістри
МЕТА ЗАНЯТТЯ: практично засвоїти принцип роботи тригерів, побудову і принцип роботи регістрів.
ТРИВАЛІСТЬ ЗАНЯТТЯ: 2 ауд. год.
Основні теоретичні відомості
Тригером називають пристрій з двома стійкими станами виходу. Перехід від одного стійкого стану до іншого під дією зовнішньої керувальної напруги відбувається стрибкоподібно.
Тригери широко використовуються у формувачах імпульсів, генераторах одиничних імпульсів, для побудови дільників частоти, лічильників, регістрів, суматорів, у пристроях керування і т. д. Побудова тригерів можлива з використанням транзисторних ключів з колекторно-базовими зв’язками і з використанням ЛЕ. Надалі буде розглянуто принцип побудови і роботу тригерів на ЛЕ.
За способом запису інформації тригери поділяють на несинхронізовані (асинхронні, нетактовані) і синхронізовані (синхронні, тактовані). Записування інформації в асинхронний тригер відбувається під час зміни сигналу на керуючому вході тригера. В синхронний тригер інформація записується під дією синхронізуючого (тактуючого) імпульсу. Існують наступні види тригерів: RS, D, T, JK–тригери.
RS–тригер (рис. 5.1) — з двома входами, який при подаванні активного сигналу на S–вхід і неактивного сигналу на R–вхід установлюється в одиничний стан; при подаванні активного сигналу на R–вхід і неактивного сигналу на S–вхід установлюється в нульовий стан; одночасне подавання двох активних сигналів на S- і R–вхід заборонено; якщо така ситуація виникає, то стан тригера буде невизначеним.
D‑тригер (рис. 5.2) має інформаційний вхід та вхід синхронізації С. Ці тригери можуть бути з потенціальним та динамічним керуванням. В тригерах першого типу інформація записується під час дії сигналу активного сигналу на вході С. В тригерах з динамічним керуванням інформація записується тільки під час перепаду напруги на вході С (рис. 5.2,в). Працює D-тригер наступним чином. При дії неактивного сигналу на вході С стан тригера залишається без змін незалежно від дії сигналу на вході D. При дії активного сигналу або перепаду напруги на вході C D-тригер встановлюється в стан, який визначається рівнем сигналу на вході D.
а) б) в) г)
а — схема RS‑тригера на елементах АБО-НЕ, та його умовне позначення (б), в — схема RS‑тригера на елементах І-НЕ, та його умовне позначення (г).
Рисунок 5.1 – Будова RS‑тригера на ЛЕ та його умовні позначення
а) б) в)
а — D-тригер з потенційним керуванням; б — тактований D-тригер з керуванням по передньому фронті; в — часові діаграми роботи в тактованого D‑тригера
Рисунок 5.2 – Умовні позначення D-тригерів з різним типом керування
Лічильним Т-тригером (рис. 5.3) називається тригер, інформація на виході якого змінюється при кожному додатньому або від'ємному перепаді напруги на вході T. Т‑тригер можна створити з використанням тактованого D-тригера якщо вихід з'єднати з інформаційним входом.
а) б) в)
а — побудова Т-тригера з використанням D-тригера; б — умовне позначення Т-тригера; в — часові діаграми роботи Т-тригера
Рисунок 5.3 – Лічильний Т-тригер
JK-тригер — це універсальний тригер, який не має невизначених станів. Входи J та K відповідають входам S та R RS‑тригера. В JK‑тригері нема невизначеності: сигнали J=1 та K=1 приводять до переведення тригера в протилежний стан. Тому JK-тригер часто використовують для побудови тригерів інших типів (рис. 5.4).
а) б) в) г)
а — умовне позначення JK-тригера, б — Т-тригер, в — D‑тригер, г — синхронний RS-тригер
Рисунок 5.4 – JK‑тригер (а) і приклади його використання (б–г)
Регістром називають цифровий вузол послідовнісного типу, призначений для зберігання інформації представленої двійковими сигналами. Розрізняють регістризберігання та регістри зсуву. За напрямком зсуву інформації розрізняють регістри із зсувом праворуч (у бік молодшого розряду), із зсувом ліворуч (у бік старшого розряду) та реверсивні, що допускають зсув в обох напрямках. Регістри застосовуються в цифровій та мікропроцесорній техніці для тимчасового зберігання інформації як елементарні комірки пам’яті. За принципом зберігання інформації регістри поділяють на статичні і динамічні. Статичні регістри будують на потенційних тригерах. У динамічних — застосовують конденсатори.
Найважливішими параметрами регістрів є розрядність і швидкодія. Розрядність визначається кількістю розрядів (тригерів, що зберігають інформацію). Швидкодія залежить від застосовуваних елементів. Вона характеризується максимальною тактовою частотою, з якою можуть виконуватися запис, зчитування та зсув інформації.
В регістрах зберігання операція запису часто виконується паралельно, тобто одночасно в усіх розрядах. На рис. 5.5 зображені структурна схема та умовне позначення регістра зберігання на D-тригерах із динамічним керуванням. До потенційних входів а1 – а4 підводиться інформація, яку треба записати. Для занесення її в тригери на входи С подається імпульсний сигнал запису Сзап, після надходження якого всі тригери установлюються у потрібний стан. За відсутності сигналу запису Сзап тригери зберігають свій стан незалежно від сигналу на їхніх входах, тобто зберігають записану інформацію. Зчитується записана інформація з виходів Q1 — Q4.
а) б)
а — структурна схема; б — умовне позначення.
Рисунок 5.5 – 4-х розрядний регістр зберігання
У регістрі зсуву інформація перетворюється способом її зсуву під впливом зсувних (тактових) імпульсів. Для виконання цієї операції тригери з'єднують послідовно.
Регістр зсуву можна виконати на D-тригерах, а також RS‑тригерах або JK-тригерах, що працюють у режимі RS‑тригерів. На рис. 5.6,а показано регістр із зсувом праворуч на D-тригерах. У кожної пари сусідніх тригерів прямий вихід старшого розряду з'єднаний із входом D молодшого розряду. Вхід D старшого розряду є інформаційним входом регістра. Вхід регістра для імпульсів зсуву утворюється з'єднанням С‑входів усіх тригерів, а вхід установлення на нуль (скидання) — з'єднанням усіх R-входів. Можуть бути виходи з кожного розряду Q1, Q2, Q3, Q4 для зчитування інформації паралельним кодом або один вихід з останнього (молодшого) розряду Q1 для зчитування послідовним кодом. Входом регістра є D-вхід старшого розряду регістра — тригер Т4.
а)
б)
а — умовне позначення та структурна схема регістра з зсувом праворуч; б — умовне позначення та структурна схема регістра з зсувом ліворуч.
Рисунок 5.6 – 4-х розрядні регістри зсуву
Для побудови регістра із зсувом ліворуч тригери з’єднують навпаки: вихід молодшого розряду з'єднується зі входом D старшого розряду (рис. 5.6,б). В такому випадку входом регістра є D-вхід молодшого розряду регістра — тригер Т1.
Завдання для самостійної підготовки
Засвоїти теоретичний матеріал згідно з такими питаннями.
1 Тригери. Основні параметри тригерів. Класифікація тригерів. Побудова, принцип роботи і використання тригерів різних типів.
2 Регістри. Основні параметри регістрів. Класифікація регістрів. Побудова, принцип роботи і використання регістрів.
