Technika cyfrowa

Zbigniew Rudak
Dorota Majorkowska-Mech
Technika cyfrowa
Laboratorium nr 4
Temat:
Badanie i przekształcanie przerzutników
Katedra Architektury Komputerów i Telekomunikacji
Zakład Układów Cyfrowych i Telekomunikacji
SPIS TREŚCI
Cel ćwiczenia ........................................................................................................................................... 3
Wymagania .............................................................................................................................................. 3
Przebieg ćwiczenia .................................................................................................................................. 3
Podsumowanie ........................................................................................................................................ 8
Literatura.................................................................................................................................................. 8
Technika cyfrowa – Laboratorium nr 4
CEL ĆWICZENIA
Celem ćwiczenia jest:
Poznanie właściwości przerzutnika asynchronicznego RS zbudowanego z bramek NAND
lub NOR
Poznanie właściwości scalonych przerzutników synchronicznych D i JK
Poznanie określenia dwójka licząca i sposobów jej realizacji z przerzutników
synchronicznych D i JK
WYMAGANIA
Do wykonania niniejszego ćwiczenia niezbędne jest zapoznanie się z następującymi
zagadnieniami:
Podział przerzutników na bistabilne i monostabilne
Podział przerzutników bistabilnych na asynchroniczne i synchroniczne; sposoby
wyzwalania przerzutników synchronicznych
Schemat i działanie przerzutnika asynchronicznego R S z bramek NAND
Schemat i działanie przerzutnika asynchronicznego RS z bramek NOR
Właściwości, oznaczenia graficzne, tablice stanów, tablice charakterystyczne i tablica
wzbudzeń oraz przebiegi czasowe przerzutników RS, D, JK i T
Parametry statyczne i dynamiczne przerzutników
Budowa i działanie przerzutnika typu D
Budowa i działanie przerzutnika typu JK
Dwójka licząca, przebiegi czasowe
Konwersja przerzutników D oraz JK w dwójkę liczącą; przebiegi czasowe
Konwersja przerzutnika D w JK oraz przerzutnika JK w D
PRZEBIEG ĆWICZENIA
Zadanie nr 1
Badanie asynchronicznego przerzutnika RS
Zbudować przerzutnik asynchroniczny R S z bramek NAND lub RS z bramek NOR według
schematu na rys. 1 i przeprowadzić badanie tego przerzutnika.
R
S
Q
Q
Q
Q
S
R
a)
b)
Rys. 1. Schemat logiczny przerzutnika: a) R S zbudowanego z bramek NAND, b) RS zbudowanego z bramek NOR
Strona 3 z 8
Technika cyfrowa – Laboratorium nr 4
Kolejność czynności:
Sprawdzić poprawność działania dwóch bramek logicznych NAND (układ 74xx00) lub
NOR (układ 74xx02).
Połączyć układ według schematu na rys. 1 a) lub 1 b).
Na podstawie badania przerzutnika wypełnić, odpowiednią dla realizowanej wersji
przerzutnika, tablicę przejść (należy najpierw zapamiętać stan wyjścia przerzutnika Qn,
następnie zmienić stan jednego z wejść i wyszukując odpowiedni wiersz w tablicy
wpisać stan wyjścia po zmianie, tj. Qn+1 a także stan wyjścia komplementarnego Q n + 1 ).
Tab. 1 b) Tablica przejść przerzutnika RS
z bramek NOR
Tab. 1 a) Tablica przejść przerzutnika R S
z bramek NAND
0
0
0
0
1
1
1
1
Qn
S
R
0
0
1
1
0
0
1
1
Qn+1
Q n +1
R
0
1
0
1
0
1
0
1
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
S
0
1
0
1
0
1
0
1
Qn+1
Q n +1
R
0
0
1
1
00
Qn+1
Q n +1
0
1
0
1
Tab. 3 b) Tablica Karnaugh przerzutnika RS
z bramek NOR
Qn+1
Qn+1
RS
S
Dlaczego wejście S (S) nazywane jest wejściem ustawiającym, zaś wejście R (R)
wejściem zerującym?
Na podstawie tablicy przejść wypełnić, odpowiednią dla realizowanej wersji
przerzutnika, tablicę Karnaugh. Stan logicznie zabroniony zaznaczyć jako nieistotny.
Tab. 3 a) Tablica Karnaugh przerzutnika
R S z bramek NAND
Qn
0
1
Q n +1
Tab. 2 b) Tablica charakterystyczna
przerzutnika RS z bramek NOR
0
1
0
1
Qn+1
Co oznacza termin stan logicznie zabroniony i kiedy on występuje?
Jaki poziom wejść (wysoki czy niski) jest poziomem aktywnym?
Na podstawie tablicy przejść wypełnić, odpowiednią dla realizowanej wersji
przerzutnika, tablicę charakterystyczną.
Tab. 2 a) Tablica charakterystyczna
przerzutnika R S z bramek NAND
R
Qn
S
01
11
RS
10
Qn
0
1
00
01
11
10
Na podstawie tablicy Karnaugh wyznaczyć równanie logiczne badanego przerzutnika.
Strona 4 z 8
Technika cyfrowa – Laboratorium nr 4
Dla podanych na rysunku 2 przebiegów czasowych sygnałów na wejściach R i S (R i S)
narysować poniżej przebiegi obu wyjść: Q oraz Q przerzutnika. Przy przebiegach wyjść
zaznacz gwiazdkami stan logicznie zabroniony.
R
S
Q
Q
a)
R
S
Q
Q
b)
Rys. 2. Przebiegi czasowe wejść przerzutnika: a) R S zbudowanego z bramek NAND, b) RS zbudowanego
z bramek NOR
Zadanie nr 2
Badanie synchronicznego przerzutnika D
Zbadać przerzutnik synchroniczny D z układu 74xx74.
Kolejność czynności:
Na podstawie badania przerzutnika wypełnić, tablicę przejść (należy najpierw
zapamiętać stan wyjścia przerzutnika Qn, następnie ustawić stan wejścia D i wyszukać
odpowiedni wiersz w tablicy. Następnie należy zapewnić odpowiednie (aktywne)
zbocze sygnału zegarowego C i wpisać stan wyjścia po zmianie Qn+1 a także stan wyjścia
komplementarnego Q n + 1 ). Wejścia asynchroniczne powinny być w stanie
nieaktywnym.
Tab. 4. Tablica przejść synchronicznego przerzutnika D
Qn
D
0
0
1
1
Qn+1
Q n +1
0
1
0
1
Które zbocze sygnału zegarowego jest aktywne?
Na podstawie tablicy przejść wypełnić tablicę charakterystyczną.
Tab. 5. Tablica charakterystyczna synchronicznego przerzutnika D
D
Qn+1
Q n +1
0
1
Strona 5 z 8
Technika cyfrowa – Laboratorium nr 4
Na podstawie tablicy przejść wypełnić tablicę Karnaugh.
Tab. 6. Tablica Karnaugh synchronicznego przerzutnika D
n+1
Q
D
Qn
0
1
0
1
Na podstawie tablicy Karnaugh wyznaczyć równanie logiczne badanego przerzutnika.
Na podstawie tablicy przejść wypełnić tablicę wzbudzeń przerzutnika D.
Tab. 7. Tablica wzbudzeń synchronicznego przerzutnika D
Qn
0
0
1
1
Qn+1
D
0
1
0
1
Dla podanych na rysunku 3 przebiegów czasowych sygnałów na wejściach zegarowym
C i informacyjnym D narysować poniżej przebiegi obu wyjść: Q oraz Q przerzutnika.
Należy zwrócić uwagę na to, które zbocze sygnału zegarowego jest aktywne.
C
D
Q
Q
Rys. 3. Przebiegi czasowe przerzutnika synchronicznego D
Zbadać i opisać zachowanie się przerzutnika od strony wejść programujących
(asynchronicznych).
Zadanie nr 3
Badanie synchronicznego przerzutnika JK
Zbadać przerzutnik synchroniczny JK z układu 74xx107.
Kolejność czynności:
Na podstawie badania przerzutnika wypełnić, tablicę przejść (należy najpierw
zapamiętać stan wyjścia przerzutnika Qn, następnie ustawić stan wejść J i K i wyszukać
odpowiedni wiersz w tablicy. Następnie należy zapewnić odpowiednie (aktywne)
zbocze sygnału zegarowego C i wpisać stan wyjścia po zmianie Qn+1 a także stan wyjścia
komplementarnego Q n + 1 ). Wejścia asynchroniczne powinny być w stanie
nieaktywnym.
Strona 6 z 8
Technika cyfrowa – Laboratorium nr 4
Tab. 8. Tablica przejść synchronicznego przerzutnika JK
J
K
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
Qn
Qn+1
Q n +1
0
1
0
1
0
1
0
1
Które zbocze sygnału zegarowego jest aktywne?
Na podstawie tablicy przejść wypełnić tablicę charakterystyczną.
Tab. 9. Tablica charakterystyczna synchronicznego przerzutnika JK
J
K
0
0
1
1
Qn+1
Q n +1
0
1
0
1
Na podstawie tablicy przejść wypełnić tablicę Karnaugh.
Tab. 10. Tablica Karnaugh synchronicznego przerzutnika JK
n+1
Q
JK
Qn
0
1
00
01
11
10
Na podstawie tablicy Karnaugh wyznaczyć równanie logiczne badanego przerzutnika.
Na podstawie tablicy przejść wypełnić tablicę wzbudzeń przerzutnika JK.
Tab. 7. Tablica wzbudzeń synchronicznego przerzutnika JK
Qn
0
0
1
1
Qn+1
J
K
0
1
0
1
Dla podanych na rysunku 4 przebiegów czasowych sygnałów na wejściach zegarowym
C i informacyjnych J i K narysować poniżej przebiegi obu wyjść: Q oraz Q przerzutnika.
Należy zwrócić uwagę na to, które zbocze sygnału zegarowego jest aktywne.
Strona 7 z 8
Technika cyfrowa – Laboratorium nr 4
C
J
K
Q
Q
Rys. 4. Przebiegi czasowe przerzutnika synchronicznego JK
Zbadać i opisać zachowanie się przerzutnika JK od strony wejść programujących
(asynchronicznych).
Zadanie nr 4 (zadanie domowe)
Wyjaśnić w jaki sposób można dokonać konwersji (przekształcenia) badanych przerzutników
synchronicznych D oraz JK w dwójkę liczącą (licznik modulo 2). Narysować schematy odpowiednich
układów i przebiegi czasowe na wejściu i wyjściu dwójki liczącej w każdym przypadku.
Zadanie nr 5 (zadanie domowe)
Dokonać konwersji przerzutnika synchronicznego D w JK oraz przerzutnika JK w D. Opisać
wszystkie etapy i na koniec narysować schemat układu.
PODSUMOWANIE
W wyniku przeprowadzonego ćwiczenia student powinien nabyć następujące umiejętności:
Potrafi odróżnić przerzutniki asynchroniczne od synchronicznych
Potrafić opisać działanie przerzutnika asynchronicznego RS oraz przerzutników
synchronicznych D, JK oraz T
Potrafi opisać działanie dwójki liczącej i wie jak można ją zbudować z przerzutników
synchronicznych
LITERATURA
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
Gajewski P.,Turczyński J., Cyfrowe układy scalone CMOS, WKŁ, Warszawa 1998
Głocki W., Układy cyfrowe, WSiP, Warszawa 1996
Kalisz J., Podstawy elektroniki cyfrowej, WNT, Warszawa 1999
Pieńkos J., Turczyński J., Układy scalone TTL w systemach cyfrowych, WKŁ, Warszawa 1986
Wilkinson B., Układy Cyfrowe, WKŁ, Warszawa 2000
Strona 8 z 8