Kandaurova_N_Vychislitelnye_sistemy_seti_i_telekommunikatsii

Таблица 11.3 – Таблица переходов Т-триггера

	Входные			Состояния триггера
	сигналы
									Режимы триггера
	Xt			qt			qt+1
	0		0			0			Хранение
				1			1
	1			0			1		Инверсия
			1			0

Используя таблицу переходов с учѐтом выделенного заливкой, можно легко получить логическую функцию, реализуемую Т-триггером:

qt 1 qt хt qt хt qt xt .

Нетрудно видеть, что эта зависимость похожа на функцию одноразрядного комбинационного полусумматора.

Выполнение лабораторной работы

Для получения зачѐта по лабораторной работе необходимо:

1)знать вышеизложенный теоретический материал по синтезу структурных схем асинхронных и синхронных RS-триггеров, и триггеров со счѐтным входом;

2)выбрать из таблицы 11.4 тип триггера по № задания, соответствующему № студента в журнале учебной группы (или другим способом по согласованию с преподавателем);

Таблица 11.4 – Варианты заданий

№		Тип триггера		№		Тип триггера		№		Тип триггера
задания				задания				задания
1				6		Т-триггер со		11
		Асинхронный								Синхронный
						счѐтным
		RS-триггер								RS-триггеров
						входом
2		Синхронный		7		Асинхронный		12		Т-триггер со
										счѐтным
		RS-триггеров				RS-триггер
										входом
3		Т-триггер со		8		Синхронный		13		Асинхронный
		счѐтным
						RS-триггеров				RS-триггер
		входом
4		Асинхронный		9		Т-триггер со		14		Синхронный
						счѐтным
		RS-триггер								RS-триггеров
						входом
5		Синхронный		10		Асинхронный		15		Т-триггер со
										счѐтным
		RS-триггеров				RS-триггер
										входом
					280

3)разработать только для своего задания в соответствии с теоретическим материалом таблицу переходов триггера;

4)получить, используя таблицу переходов, логическую функцию, реализуемую заданным типом триггера;

5)нарисовать в соответствии с логической зависимостью в базисе И-НЕ функциональную схему триггера, обозначение на принципиальных электрических схемах и временную диаграмму его работы;

6)проверить работоспособность построенной схемы триггера путем задания различных комбинаций входных переменных и определения результатов на его выходах;

7)материалы всей работы (отчѐт о работе) оформить в электронной среде MS Word, Paint, Visio или Рисование и сохранить на логическом диске D:/Студент/№ группы/ФИО студента/№ работы (а также создать копию отчѐта о работе на любом внешнем ЗУ) и представить преподавателю для защиты;

8)защитить результаты выполненной работы, ответить на контрольные вопросы.

Примечание. Только после представления отчѐта (результатов выполненной работы) в электронном виде преподавателю и еѐ защиты она считается выполненной.

Контрольные вопросы

1.Какую функцию выполняют схемы с памятью?

2.Какую информацию способны хранить триггеры?

3.Чем отличаются асинхронные и синхронные RS-триггеры?

4.Какую функцию выполняет Т-триггеров со счѐтным входом?

5.Сколько входов имеет RS-триггер?

6.Каково назначение входа R и входа S RS-триггера?

7.Поясните режим хранения RS-триггера.

8.Составте таблицу переходов RS-триггера из состояния t в состояние t+1.

9.Какая комбинация входных сигналов RS-триггера является запрещенной ситуацией?

10.Постройте диаграмму Вейча для RS-триггера.

11.Что позволяет сделать с логической функцией RS-триггера правило де Моргана?

12.Изобразите схему асинхронного RS-триггера.

13.Изобразите обозначение асинхронного RS-триггера на принципиальных электрических схемах.

14.Разъясните работу асинхронного RS-триггера по временной диаграмме.

15.Изобразите схему и обозначение синхронного однотактного RS-триггера.

16.Постройте таблицу переходов Т-триггера (триггера со счетным входом).

17.Изобразите схему Т-триггера, его условное обозначение и временную диаграмму.

281

Лабораторная работа № 12. СИНТЕЗ РЕГИСТРОВ НА RS-ТРИГГЕРАХ

Цель:

1) закрепить теоретические знания и получить практические навыки синтеза схем с памятью на примере регистров, состоящих триггеров и широко применяемых в устройствах вычислительных систем, сетей и телекоммуникаций;

2) получить и закрепить практические навыки разработки структурных схем регистров разной разрядности на основе RS-триггеров в электронном виде в различных программных средах.

Краткие теоретические сведения

Обработка информации в схемах вычислительных систем, сетей и телекоммуникаций обеспечивается преобразователями (цифровыми автоматами) двух видов: комбинационными схемами и схемами с памятью.

Схемы с памятью. Наличие памяти в схеме позволяет запоминать промежуточные состояния обработки и учитывать их значения в дальнейших преобразованиях. В качестве простейших запоминающих элементов в вычислительных системах, сетях и телекоммуникациях используются триггеры, на основе которых создаются многоразрядные регистры.

Регистры, состоящие из триггеров, предназначены для приема, временного хранения и выдачи машинного слова. Регистры могут также использоваться для некоторых простейших операций преобразования данных: сдвига кода числа (слова) на определенное число разрядов влево или вправо, преобразования последовательного кода числа в параллельный и наоборот, и т.п. Эти дополнительные функции регистров обеспечиваются путем усложнения схем хранения, выбора более сложных триггеров и подключения дополнительных логических схем на их входах и выходах.

Таким образом, регистры представляют собой совокупность триггеров, число которых соответствует числу разрядов в слове, и вспомогательных схем, обеспечивающих выполнение различных операций над словом.

На рисунке 12.1 показана функциональная схема n-разрядного регистра (а), построенного на RS-триггерах, и его условное обозначение (б). Информация в регистр записывается под действием сигнала «Запись». Предварительно, перед установкой кода на регистр, обычно на все разряды R подается сигнал сброса. На рисунке показано, что подключение к входам R дополнительных инверторов позволяет избежать этой предварительной операции. Здесь на вход каждого разряда поступает парафазный двоичной код (xi – на вход Si и xi – на вход Ri), т.е. прямое и инверсное значения кода подаются в противофазе.

На рисунке 12.2 изображена функциональная схема того же регистра, дополненная логическими элементами для преобразования хранящегося на регистре кода. По сигналу «Прямой код» с регистра считывается прямой код хранящихся данных, а по сигналу «Обратный код» – инверсное значение

282

каждого разряда слова. Если оба этих сигнала поступают одновременно, то считывается парафазный код хранящейся информации. Таким образо м, данный регистр может выполнять 3 простейшие операции: считывать прямой код, считывать инверсный код и считывать парафазный код.

Более сложная логика на входе и выходе запоминающих элементов позволяет строить сдвигающие регистры.

«Запись»	q1				qi		qn
S	T			S	T	S	T
C				C		C
& R	1		&	R	i	& R	n
х1	a	xi				xn
		1	RG	1		q1
		i		i		qi
		n		n		qn
		c
			б

Рисунок 12.1 – Схема регистра на RS-триггерах: а – функциональная схема; б – условное обозначение регистра

Рис. 12.2 – Функциональная схема выдачи информации из n-разрядного регистра прямым, инверсным или парафазным кодом

283

Выполнение лабораторной работы

Для получения зачѐта по лабораторной работе необходимо:

1)знать вышеизложенный теоретический материал по синтезу структурных схем с памятью на примере регистров, состоящих из триггеров и широко применяемых в устройствах вычислительных систем, сетей и телекоммуникаций;

2)выбрать из таблицы 12.1 тип регистра по № задания, соответствующему № студента в журнале учебной группы (или другим способом по согласованию с преподавателем);

Таблица 12.1 – Варианты заданий

№		Тип регистра		№		Тип регистра		№		Тип регистра
задания				задания				задания
1		2 разряда		6		4 разряда		11		3 разряда
						регистра с				регистра с
		регистра с
						цепями записи				выдачей
		цепями записи
						и парафазным				обратным
		и сброса
						входом				кодом
2		2 разряда		7		2 разряда		12		3 разряда
		регистра с								регистра с
						регистра с
		цепями записи								выдачей
						выдачей
		и парафазным								парафазным
						прямым кодом
		входом								кодом
3		3 разряда		8		2 разряда		13		4 разряда
						регистра с
		регистра с								регистра с
						выдачей
		цепями записи								выдачей
						обратным
		и сброса								прямым кодом
						кодом
4		3 разряда		9		2 разряда		14		4 разряда
		регистра с				регистра с				регистра с
		цепями записи				выдачей				выдачей
		и парафазным				парафазным				обратным
		входом				кодом				кодом
5		4 разряда		10		3 разряда		15		4 разряда
										регистра с
		регистра с				регистра с
										выдачей
		цепями записи				выдачей
										парафазным
		и сброса				прямым кодом
										кодом

3)разработать в соответствии с заданиями (№ 1-6), теоретическим материалом и логическими зависимостями, и нарисовать функциональную схему n-разрядного регистра на RS-триггерах и его условное обозначение на принципиальных электрических схемах, для примера задания № 6 эти объекты представлены соответственно на рисунках 12.3 и 12.4, которые созданы с помощью программы Рисование;

284

4)разработать в соответствии с заданиями (№ 7-15), теоретическим материалом и логическими зависимостями, и нарисовать функциональную схему выдачи информации из регистра на n разрядов, дополненную логическими элементами для считывания прямым, инверсным или парафазным кодом, пример схемы такого 2- разрядного регистра представлен на рисунке 12.5, которая создана с помощью программы Рисование;

«Запись»	q1	q2	К	q4
S T	S T	S T		S T
C	C	C		C
& R 1	& R 2	& R 3	&	R 4
х1	х2	х3	х4

Рисунок 12.3 – Функциональная схема 4-х разрядного регистра на RS-триггерах с цепями записи и парафазным входом

1 RG	1	q1
2	2	q2
3		q3
	3
4
c	4	q4

Рисунок 12.4 – Условное обозначение 4-х разрядного регистра на принципиальных электрических схемах

«Прямой код»

1	1	&	q
		&	q1
2		&	q2
	2	&	q 2
с

«Обратный код»

Рисунок 12.5 – Функциональная схема выдачи информации из 2- разрядного регистра прямым, инверсным или парафазным кодом

285

5)материалы всей работы (отчѐт о работе) оформить в электронной среде MS Word, Paint, Visio или Рисование и сохранить на логическом диске D:/Студент/№ группы/ФИО студента/№ работы (а также создать копию отчѐта о работе на любом внешнем ЗУ) и представить преподавателю для защиты;

6)защитить результаты выполненной работы, ответить на контрольные вопросы.

Примечание. Только после представления отчѐта (результатов выполненной работы) в электронном виде преподавателю и еѐ защиты она считается выполненной.

Контрольные вопросы

1.Из чего состоят регистры?

2.Какую информацию способны хранить регистры?

3.Какую основную функцию выполняют в компьютере регистры?

4.Какие простейшие операций преобразования данных могут выполнять регистры?

5.Чем обеспечиваются дополнительные функции регистров?

6.Чему соответствует количество триггеров в регистре?

7.Изобразите функциональную схему n-разрядного регистра, построенного на RS-триггерах.

8.Изобразите условное обозначение n-разрядного регистра.

9.Разъясните понятие парафазного сигнала.

10.Чем обеспечивается использование парафазного сигнала на входе каждого разряда регистра?

11.Какую выгоду представляет использование парафазного сигнала на входе каждого разряда регистра?

12.Изобразите функциональную схему выдачи информации из 2- разрядного регистра прямым, инверсным или парафазным кодом.

13.Какие 3 простейшие операции может выполнять регистр с парафазным выходом?

Лабораторная работа № 13. СИНТЕЗ СХЕМЫ n-разрядного СУММИРУЮЩЕГО СЧЁТЧИКА

Цель:

1) закрепить теоретические знания и получить практические навыки синтеза схем с памятью на примере n-разрядных суммирующих счѐтчиков, состоящих из триггеров и широко применяемых в устройствах вычислительных систем, сетей и телекоммуникаций;

2) получить и закрепить практические навыки разработки структурных схем n-разрядных суммирующих счѐтчиков в электронном виде в различных программных средах.

Краткие теоретические сведения

Обработка информации в схемах вычислительных систем, сетей и телекоммуникаций обеспечивается преобразователями (цифровыми автоматами) двух видов: комбинационными схемами и схемами с памятью.

Схемы с памятью. Наличие памяти в схеме позволяет запоминать промежуточные состояния обработки и учитывать их значения в дальнейших преобразованиях. В качестве простейших запоминающих элементов в вычислительных системах, сетях и телекоммуникациях используются триггеры.

Счетчик, состоящий из триггеров, – это узел вычислительных систем, сетей и телекоммуникаций, позволяющий осуществлять подсчет поступающих на его вход сигналов и фиксацию результата в виде многоразрядного двоичного числа. Счетчик, состоящий из n-триггеров,

позволяет подсчитывать до N сигналов, связанных зависимостью

N = 2n или п = log2 N.

В вычислительных системах, сетях и телекоммуникациях счетчики используются для подсчета импульсов, сдвигов, формирования адресов и т. п. Функционально различают суммирующие, вычитающие и реверсивные счетчики. Они также отличаются друг от друга логикой работы дополнительных логических элементов, подключаемых к триггерам.

В основу построения любого счетчика положено свойство Т-триггеров изменять свое состояние при подаче очередного сигнала на счетный вход Т. Логика работы трех разрядов суммирующего счетчика, построенного на Т- триггерах, представлена в таблице 13.1.

Таблица 13.1 – Таблица переходов 3-разрядного суммирующего счетчика

Вход								Исходное состояние
		000			001			010			011			100			101			110			111		Режимы
х
					Состояния хранения и счѐта
0	000			001			010			011			100			101			110			111			Хранение
1	001			010			011			100			101			110			111			000			Счѐт
									287

На рисунке 13.1 показана его функциональная схема и временная диаграмма работы.

q1

q2

q3

х	Т ТТ	Т ТТ	Т ТТ

R

R

R

Сброс

х t q1t

q2t

Сброс	q3	t
	a	б

Рисунок 13.1 – Организация счетчика на Т-триггерах: а – функциональная схема; б – временная диаграмма работы

Выполнение лабораторной работы

Для получения зачѐта по лабораторной работе необходимо:

1)знать вышеизложенный теоретический материал по синтезу структурных схем с памятью на примере n-разрядных суммирующих счѐтчиков, состоящих из триггеров и широко применяемых в устройствах вычислительных систем, сетей и телекоммуникаций;

2)выбрать из таблицы 13.2 тип счѐтчика по № задания, соответствующему № студента в журнале учебной группы (или другим способом по согласованию с преподавателем);

3)разработать, в соответствии со своим заданием, теоретическим материалом и логическими зависимостями, и нарисовать таблицу переходов n- разрядного суммирующего счетчика, построенного на Т-триггерах, для

примера таблица переходов 3-разрядного суммирующего счетчика представлена таблицей 13.1 и разработана в среде MS Word;

4)разработать, в соответствии со своей таблицей переходов n-разрядного суммирующего счетчика на Т-триггерах, и нарисовать его функциональную схему и временную диаграмму работы, для примера эти объекты на 3 разряда представлены на рисунке 13.2, которые созданы с помощью программы Рисование;

Справка:

для реализации операции сдвига необходимо поставить между разрядами суммирующего счетчика электронные ключи на конъюнкторах (схемы И), как показано в сумматоре для организации переносов из младшего разряда в старший;

обратный код суммирующего счетчика считывается с его инверсных выходов;

парафазный код суммирующего счетчика считывается одновременно

288

с прямых и инверсных его выходов, как показано при исследовании регистров.

Таблица 13.2 – Варианты заданий

№				№				№
		Тип счѐтчика				Тип счѐтчика				Тип счѐтчика
задания				задания				задания
1				6				11		3 разряда
						4 разряда
		2 разряда								счѐтчика с
						счѐтчика с
		счѐтчика с								выдачей
						функцией
		цепями сброса								инверсным
						сдвига вправо
										кодом
2				7		2 разряда		12		4 разряда
		3 разряда								счѐтчика с
						счѐтчика с
		счѐтчика с								выдачей
						выдачей
		цепями сброса								инверсным
						прямым кодом
										кодом
3				8		3 разряда		13		2 разряда
		4 разряда								счѐтчика с
						счѐтчика с
		счѐтчика с								выдачей
						выдачей
		цепями сброса								парафазным
						прямым кодом
										кодом
4		2 разряда		9		4 разряда		14		3 разряда
										счѐтчика с
		счѐтчика с				счѐтчика с
										выдачей
		функцией				выдачей
										парафазным
		сдвига вправо				прямым кодом
										кодом
5				10		2 разряда		15		4 разряда
		3 разряда
						счѐтчика с				счѐтчика с
		счѐтчика с
						выдачей				выдачей
		функцией
						инверсным				парафазным
		сдвига вправо
						кодом				кодом

q	q		q	Сброс
				х
х Т ТТ	Т ТТ	Т ТТ			t
				q
					t
R	R	R
				q
					t
Сброс				q	t
	a				б

Рисунок 13.2 – Функциональная схема счетчика на Т-триггерах (а) и временная диаграмма его работы (б)

5)материалы всей работы (отчѐт о работе) оформить в электронной среде MS Word, Paint, Visio или Рисование и сохранить на логическом диске

289