Лабораторная работа. Моделирование работы схем триггеров и регистров

Лабораторная работа № 6

Тема: Моделирование работы триггеров и регистров.

Цель работы: Моделирование работы схем с памятью – триггеров и регистров.

Оборудование: персональный компьютер.

Программное обеспечение: ОС Windows 7, среда моделирования электронных схем Electronics Workbench.

Ход работы

1.      Запустить приложение – программу моделирования Electronics Workbench.

2.      Выполнить задание варианта.

3.      Сохранить рабочий файл в папку для лабораторной работы № 6.

4.      Записать все данные, необходимы для оформления отчета.

5.      Закрыть все программы.

Задание для домашней подготовки

Повторить: теоретические материалы по теме «Триггеры и регистры».

Указания к содержанию отчета

Отчет должен содержать описание выполнения всех пунктов задания (п. 1 – 3).

Литература

1. Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IBM PC. Программа Electronics Workbench и ее применение. М.: Солон – Р, 2013. 726 с.

2. Алиев И.И. Виртуальная электротехника. Компьютерные технологии в электротехнике и электронике. М.: Радиософт, 2013. 112 с.

Общие теоретические сведения

Триггеры (от англ. trigger – защелка, спусковой крючок) – электронная схема, широко применяемая в регистрах компьютера для запоминания одного разряда двоичного кода. Триггер имеет два устойчивых состояния, одно из которых соответствует двоичной единице, а другое – двоичному нулю.

Для обозначения этой схемы в английском языке часто употребляется термин flip-flop, что в переводе означает «хлопанье». Это звукоподражательное название электронной схемы указывает на ее способность мгновенно переходить («перебрасываться») из одного состояния в другое и обратно.

Самый распространенный тип триггера – так называемый RS-триггер (S и R, соответственно, от англ. set – установка и reset – сброс). Он имеет два симметричных входа S и R и два симметричных выхода Q и , причем выходной сигнал  является логическим отрицанием сигнала Q. Условное обозначение RS-триггера приводится на рис. 1.

Рисунок 1 – Условное обозначение RS-триггера

Перечислим возможные комбинации значений входов R и S триггера, используя его схему и таблицу истинности схемы «ИЛИ-HE» (таблица 1).

Рисунок 2 – Реализация триггера на базе вентилей «ИЛИ-HE» и «И-НЕ»

На каждый из двух входов S и R могут подаваться входные сигналы в виде кратковременных импульсов. На рис. 2 показана реализация триггера на базе вентилей «ИЛИ-HE» и «И-НЕ».

Таблица 1 – Таблица истинности для RS-триггера

S	R	Q	#Q
0	0	Без изменений
0	1	0	1
1	0	1	0
1	1	Не определено

D-триггер имеет информационный вход D и вход синхронизации С. Состояние на выходе D-триггера отражает информацию, поступившую на его информационный вход в течение воздействия синхросигнала. УГО D-триггера приведено на рисунке 3.

Рисунок 3 – Условное обозначение динамического D-триггера

Динамические триггеры могут переключаться как передним, так и задним фронтом тактирующих импульсов. Фрагменты схемного обозначения приведены на рисунке 4.

Рисунок 4 – Схемное обозначение тактирующих импульсов

4 Реализация регистров на D-триггерах. Реализация схем параллельных и последовательных регистров

Одним из самых широко используемых триггеров является D- триггер, который называют информационным триггером, а также триггером задержки. D- триггер бывает только синхронным. Он может управляться как уровнем тактирующего импульса, так и его фронтом. По синхроимпульсу D-триггер принимает то состояние, которое имеет входная линия D.

Наиболее распространенным узлом цифровой техники и устройств автоматики являются регистры. Регистры строятся на базе D-триггеров. Регистры могут быть реализованы также на базе JK- и RS-триггеров.

Регистры с параллельным приемом и выдачей информации служат для хранения информации и называются регистрами памяти или хранения. Запись новой информации в регистр осуществляется после установки на входах D₀ ... D_m новой цифровой комбинации при поступлении синхроимпульса С. Количество разрядов записываемой цифровой информации определяется разрядностью регистра, которая, в свою очередь, определяется количеством триггеров, образующих этот регистр. На рисунке 5 показан регистр хранения на D-триггерах, синхронизируемых фронтом.

Рисунок 5 – Параллельный регистр на D-триггерах

Регистры с последовательным приемом или выдачей информации называются сдвиговыми регистрами или регистрами сдвига. Они могут выполнять функции хранения и преобразования информации (умножение и деление чисел двоичной системы счисления, преобразование параллельного кода в последовательный и наоборот и т.д.).

На рисунке 6 приведена схема четырехразрядного регистра сдвига, реализованного на D-триггерах.

Рисунок 6 – Схема четырехразрядного регистра сдвига, реализованного на

 D-триггерах

Задание к лабораторной работе

1      Построить 4-разрядный параллельный регистр на D-триггерах.

2      Смоделировать сброс всех выходных линий регистра:

a.    На вход С всех триггеров подать «0»;

b.   На линии D каждого триггера подать «1»;

c.    На вход С всех триггеров подать «1», затем – «0».

3      Смоделировать процесс записи заданного числа D3D2D1D0 в регистр:

a.    На вход С всех триггеров подать «0»;

b.   На линии D каждого триггера установить соответствующее значение (например если надо записать число 10, то D3D2D1D0 = 1010). Для вариантов 0-15 число равняется номеру варианта, для вариантов 16-30 число равняется номер варианта – 15;

c.    На вход С всех триггеров подать «1», затем – «0».

4      Подготовить отчет по лабораторной работе согласно структуре.

Результаты поместить в отчет. Отчет должен соответствовать требуемой структуре (см. Рекомендации) и содержать описание выполнения всех пунктов задания к лабораторной работе.