RS-тригер на логічних елементах

Завдання роботи:

виготовити схему з RS-тригером на логічних елементах та дослідити її роботу.

Обладнання:

– макетна плата;
– резистори опором 330 Ом та 10 кОм, 0,25…1 Вт по 2 шт;
– червоний та зелений світлодіоди;
– DIP-перемикач (мінімум 2 групи контактів);
– мікросхема цифрова 74НС02;
– з’єднувальні провідники та перемички;
– батарея або інше джерело живлення напругою 4,5…6 В.

Основні терміни та поняття

Двійкова система числення Тригери СХЕМОТЕХНІКА ЦИФРОВИХ ЕЛЕМЕНТІВ. ДВІЙКОВІ ЛІЧИЛЬНИКИ, ТРИГЕРИ, РЕГІСТРИ

Теоретична частина

Рис. 1. Загальний вигляд схеми з RS-тригером

Тригером називають пристрій, який має два стани стійкої рівноваги і властивість стрибком переходити з одного стану в інший під впливом зовнішнього керівного сигналу. Кожний із цих станів може зберігатися будь-який тривалий час, який не залежить від тривалості вхідного керівного сигналу.
Перепади вихідної напруги або стійкі стани тригера можна взяти за логічні «0» та «1». У такому випадку тригер можна використовувати як запам’ятовувальний пристрій, який зберігає один розряд числа, поданого у двійковому коді. В електроніці застосовуються тригери типів RS, D, T, JK та інші.
Тригери можуть бути утворені з окремих логічних елементів або виготовляються у вигляді інтегральних мікросхем.
Асинхронний тригер типу RS може бути утвореним з двох логічних елементів АБО-НІ або І-НІ.
На рисунку 2 зображено схему RS-тригера, утвореного з двох логічних елементів АБО-НІ (а) та його умовне позначення (б).

Рис. 2. Схема RS-тригера, утвореного з двох логічних елементів АБО-НІ (а) та його умовне позначення (б).

RS-тригер має два перемикальних входи: вхід S (set), що називається установчим, або записувальним; та вхід R (reset), що називається входом скидання, або стираючим. Ці входи називаються асинхронними, оскільки стани на кожному з них одразу ж впливають на зміну стану виходів. Тригер має два виходи: Q та , що приймають протилежні логічні значення.
Розглянемо роботу RS-тригера у чотирьох можливих випадках:
1. Якщо на обох входах стан, що відповідає логічному «0» (низький, або нульовий рівень напруги), то стан виходів залежить від логічних величин, що мали місце у попередньому стані, або є випадковим. Виходи мають протилежні логічні значення.
2. Якщо на вхід S подати сигнал «1» (високий рівень напруги), а на вході R залишити «0», то стан виходу Q = 1, а = 0. Такий стан збережеться після переходу входу S у стан «0».
3. Якщо після переходу входу S у стан «0» на вхід R подати сигнал «1», то стан виходів зміниться: Q = 0, а = 1. Такий стан збережеться після переходу входу R у стан «0».
4. Якщо S = 1 та R = 1, то на обох виходах мали б бути логічні нулі, однак такий стан виходів неможливий. І такий стан тригера загалом є забороненим або невизначеним. Отже, RS-тригер не може застосовуватися у схемах, у яких можуть з’являтися сигнали «1» на обох входах.
Роботу RS-тригера можна представити у вигляді таблиці станів (таблиці істинності, таблиці переходів).

Таблиця 1. Таблиця станів RS-тригера на логічних елементах АБО-НІ

RS-тригери використовують як комірки пам’яті в оперативних запам’ятовувальних пристроях (ОЗП) статичного типу.
У цій лабораторній роботі пропонується виготовити схему з RS-тригером на логічних елементах АБО-НІ, застосувавши інтегральну мікросхему 74HC02. Мікросхема 74HC02 містить 4 незалежні логічні елементи АБО-НІ. На рисунку 3 зображено зовнішній вигляд та внутрішні з’єднання цієї мікросхеми.

Рис. 3. Зовнішній вигляд та внутрішні з’єднання інтегральної мікросхеми 74HC02

Схема з RS-тригером, яку пропонується зібрати в цій лабораторній роботі, представлена на рисунку 4.
RS-тригер будується на двох логічних елементах мікросхеми DD1. Для подачі сигналів високого або низького рівнів (логічної одиниці або нуля) на входи тригера використовується DIP-перемикач SA1. Стан відповідної групи контактів перемикача «увімкнено» відповідає сигналу логічної одиниці на відповідному вході тригера, а стан «вимкнено» – сигналу логічного нуля. Для індикації станів виходів тригера застосовуються червоний та зелений світлодіоди. Світіння відповідного світлодіода відповідає стану логічної одиниці на відповідному виході тригера.

Рис. 4. Схема з RS-тригером

Хід роботи

1. Складіть на макетній платі схему з RS-тригером відповідно до схеми на рисунку 4. При складанні керуйтеся розміщенням виводів мікросхеми 74HC02, зображеному на рисунку 3, а також схемою RS-тригера на логічних елементах, зображеною на рисунку 2. Приклад зібраної схеми без підключення живлення зображено на рисунку 5.

Рис. 5. Приклад зібраної схеми з RS-тригером

2. Підключіть до схеми джерело живлення (рисунок 1).
3. Після підключення живлення має засвітитися один зі світлодіодів: червоний, що відповідає логічній одиниці на виході Q, або зелений, що відповідає логічній одиниці на виході .
3. За допомогою DIP-перемикача подайте сигнал логічної одиниці на вхід S. При цьому незалежно від початкового стану має засвітитися червоний світлодіод.
4. Переведіть DIP-перемикач у положення «вимкнено». Червоний світлодіод при цьому має продовжувати світитися.
5. За допомогою DIP-перемикача подайте сигнал логічної одиниці на вхід R. При цьому має засвітитися зелений світлодіод.
6. Переведіть DIP-перемикач у положення «вимкнено». Зелений світлодіод при цьому має продовжувати світитися.
7. Відключіть джерело живлення.
8. Повторіть кроки за п. 2-9. Якщо ви переконаєтеся, що RS-тригер працює за алгоритмом, описаним у теоретичній частині, і його стани відповідають даним таблиці 1, то ваша схема зібрана правильно.

Аналіз даних

Подумайте про можливі сфери застосування RS-тригера, окрім запам’ятовувальних пристроїв.