Цель работы. Ознакомление с устройством и принципом работы простейших триггеров, счетчиков и дешифраторов, способами ввода и вывода цифровой информации.
Краткие теоретические сведения
Триггеры, счетчики и дешифраторы являются наиболее распространенными функциональными узлами в устройствах вычислительной техники. Их используют для ввода и вывода цифровой информации, выполнения над ней различных операций. Каждый из этих узлов выполняет определенные функции. Узлы связаны между собой линиями связи, по которым передается цифровая информация. Передача информации осуществляется в виде кода, т. е. комбинации электрических сигналов.
В современной вычислительной технике логические и арифметические операции выполняются в основном над числами, представленными в двоичном коде, в котором используются лишь две цифры: 1 и 0. Для представления одного разряда двоичного числа служит триггер, имеющий два устойчивых состояния, одно из которых принимается за единицу, другое – за нуль.
Цифровые устройства строят из типовых узлов и логических элементов, представляющих собой интегральные микросхемы.
Триггеры.
Триггер – это элемент электронных схем, который может длительно находится в одном из двух устойчивых состояний, а также многократно переходить из одного состояния в другое под действием входным управляющих сигналов.
Важнейшей функцией триггера является функция запоминания двоичной информации, под которой понимают его способность сохранять «единичное», либо «нулевое» состояние после прекращения действия входных сигналов, инициирующих переключение триггера в указанное состояние. Т.о., триггер является одноразрядным элементом памяти, способным принимать и хранить один бит двоичной информации.
Входы триггера и соответствующие этим входам сигналы делят на информационные, тактирующие и разрешающие. На информационные входы триггера подают сигналы, которые определяют информацию, подлежащую записи в триггер. Тактирующие сигналы задают момент приема информации с информационных входов триггера и синхронизируют работу триггера с работой других устройств функционального блока. Сигналы, поступающие на разрешающие входы, могут в заданный момент времени заблокировать функционирование триггера и сохранить его состояние на определенное время неизменным.
Наиболее популярные триггеры: RS, JK, D, DV и Т–триггеры.
D – триггер, единственный из триггеров, который находи применение только в синхронном варианте исполнения. Синхронный D – триггер называют триггером задержки. Он осуществляет задержку сигнала (данных) на один период следования синхросигнала.
Дешифраторы.
Дешифратором называют цифровое логическое устройство, имеющее в общем случае n входов и 2n выходов, где каждому значению двоичного кода на входе соответствует сигнал на одном вполне определенном выходе. На остальных выходах сигналы отсутствуют.
Дешифраторы используют, как правило, для преобразования двоичного кода числа в сигнал управления на соответствующей шине теми или иными устройствами (арифметическими, логическими и т. д.). Функционирование дешифратора, например на три входа и восемь выходов, описывается следующей системой логических уравнений:
где X1 – старший, а X3 – младший разряды двоичного числа.
Такой дешифратор может быть построен с помощью восьми трехвходовых логических элементов И (рис. 1, а), либо восьми трехвходовых элементов И—НЕ (рис. 1, б).
Используя логические элементы, можно реализовать и обратную функцию, когда при подаче сигнала на определенный вход устройства можно получить на его выходе соответствующую кодовую комбинацию двоичного числа. Такие устройства называют шифраторами.
Семисегментные дешифраторы выполняют преобразование двоично-десятичного (двоичного) кода в код отображения семисегментных цифробуквенных индикаторов. Выпускаемые промышленностью ТТЛ и КМОП семисегментные дешифраторы применяют при снятии информации со счетчиков, регистров, аналого-цифровых преобразователей, запоминающих и других устройств.
Рис.1. Принципиальные схемы дешифраторов на три входа.
Счетчики.
Счетчик – это последовательная схема, предназначенная для выполнения микроопераций счета и хранения слов, которая реализуется на основе группы триггеров, соединенных вместе для подсчета в возрастающем или убывающем порядке входных импульсов (синхроимпульсов).
Двоичный счетчик – это счетчик, на выходах которого результаты счета представляются в виде позиционного двоичного кода. При этом младший разряд кода формируется на выходе Q0 первого триггера счетчика, а старший разряд – на выходе Qn – его последнего триггера. В двоичном счетчике число двоичных разрядов равно числу его триггеров.
Реверсивный счетчик – это счетчик, который может выполнять как операцию суммирования, так и операцию вычитания входных импульсов.
Промышленность выпускает две основные разновидности реверсивных двоичных счетчиков.
Первая из указанных разновидностей счетчиков содержит раздельные тактовые динамические входы счета на уменьшение и на увеличение. Направление счета определяется тем, на какой из тактовых входов подается положительный перепад (фронт) импульсного сигнала. При этом на второй тактовый вход должен быть подан высокий («единичный») уровень напряжения.
Вторая из указанных разновидностей реверсивных двоичных счетчиков содержит вход выбора направления счета, вход разрешения счета, вход тактирования и вход стробирования предварительной записи.