Име: Фамилия: Фак.#: Група: Email:

ВЪВЕДЕНИЕ. На досегашните занятия (1, 2 и 3) се занимавахме с комбинационни логически схеми, поведението на които не зависи от предисторията им. С други думи, това което подаваме на входовете на тези схеми, предизвиква моментална промяна на изхода (е, видяхме че има някакво закъснение, а и за да разберем действието на схемите умишлено си представяхме, че има такова, но не за това става въпрос сега). Или, казано най-просто, тези схеми нямат памет. Едно сравнение - с такива "моментални" аналогови пасивни схеми се занимавахме с колегите ви от ФКСУ на семинарните упражнения 1, 2, 3 и 5 по СКЕ, а от упражнение 6 нататък ни предстои да разглеждаме и активните им варианти.

ФИЛОСОФИЯ НА ЗАПОМНЯНЕТО. Днес ще се занимаваме с тригерите - в смисъл на цифрови схеми, които имат памет (думата тригер има и друг смисъл - устройство, което превключва при определено ниво, например тригер на Шмидт). Само че, за да останем верни на "построителната идея", ще трябва сами да си изградим тези устройства. И така, как можем да запомним информация?

Един от начините е да акумулираме енергия, например в кондензатор (казват, че такава капацитивна памет е имал компютърът на Джон Атанасов). Друг начин е да променим състоянието на някакъв елемент, например магнитен. Но има и един малко странен на пръв поглед начин - като използваме феномена на положителната обратна връзка или явленията в живота, при които един лавинообразен процес води до превключване на съответното нещо в устойчиво състояние. За да се развие този процес трябва изходната величина на устройството да подпомага входната му величина в същата посока и с нарастваща амплитуда (накратко, да има усилване K > +1).

Примери: • снежна лавина; • куче, захапало опашката си, в крайна сметка изпада в несвяст от болка (класическа аналогия); • ядосан човек, който се самонавива и в крайна сметка изпада в устойчиво "бясно" състояние; • преподавател (често това съм аз), който си вярва, че на студентите им е интересно:) и това го кара да обяснява с още по-голям ентусиазъм:):), от което на тях им става още по-интересно:):):) ... и т.н., докато в един момент ... свършва часът. А сега в обратната посока: преподавателят (за съжаление, най-често това пак съм аз) започва да се отчайва:(, че на студентите не им е интересно:(:(, от това на тях им става още по-безинтересно:(:(:(, докато в крайна сметка той се "скапва" психически и изпада в депресия:(:(:(:(.
Е добре, щом по този начин можем да накараме едно устройство без памет да започне да помни, нека го приложим и за нашите цели. Но за да направим прехода по-плавен, нека първо да разгледаме един забавен "електромагнитен" пример.

1. ЕЛЕМЕНТАРНА ЗАПОМНЯЩА КЛЕТКА (RS тригер). И така, за да направим електрически тригер, трябва просто да свържем изхода на един неинвертиращ усилвател (или просто повторител) към входа му.

Построяване от елементарни логически елементи.. Ние обаче разполагаме с инвертор, затова как да го превърнем в повторител? Ясно, ще свържем последователно два инвертора НЕ. И тъй като тях също ги нямаме, ще си ги направим от 2-входови схеми И-НЕ (тези "трикове" ги владеем още от упражнение 1). Така ще можем и да командваме безпроблемно схемата чрез вторите й входове. Сега затворете веригата на положителната обратна връзка и схемата на един RS тригер е готова. Ако я начертаете красиво с кръстосани връзки, тя ще стане по-малко разбираема, но за сметка на това много удобна за поместване в учебник :).

Изследване "на ниско ниво". След като построихте най-елементарната запомняща клетка, вече можете да я изследвате реално върху лабораторния макет. Не мислите ли (това го подлагаме на дискусия) че и тук, както в първата точка на предишното упражнение, е добре да използвате възможно най-елементарните средства за да изследвате този най-елементарен RS тригер? Например, оставяте входовете "висящи", тогава те няма да са активни (защо?) и ги докосвайте с проводник, свързан към масата. Тук трябва пак да си спомните странното свойство на ТТЛ елементите да възприемат като "лог. 1" несвързаните входове (още по-странното е, че входовете им се държат като изходи?!?). Последното "откритие" направихме с ваши колеги, когато включихме един светодиод между цифров вход DI и "масата" - той, представете си, светна?!? Е, това може би няма да ви изглежда чак толкова странно, ако знаете, че вътре в ТТЛ елемента има pull-up ("дърпащ нагоре") резистор. В изходите на "саморъчно направения" тригер пък включете най-обикновени светодиоди, почнете да експериментирате и отразете резултатите в таблица.

Кое е активното ниво на входните сигнали за този асинхронен RS тригер? Кои са възможните състояния на схемата? А сега се опитайте да опровергаете една "догма" от учебниците:

S R Qt Qt+1 0 0 ? ? 0 1     1 0     1 1

Какво ще стане, ако подадем "лог. 0" едновременно на двата входа, т.е. да ги дадем и двата на "маса"? В учебниците пише, че това е забранена комбинация. Но какво означава това на практика? Можем, не трябва или не е желателно да го правим? А какво мислите, че ще "направи" RS тригерът в този случай? Ще застане в произволно състояние докато подавате "лог. 0" на входовете. След като премахнете "лог. 0" едновременно от двата входа ще застане в произволно състояние. Ще "изгори" (трябва да го плащате, асистентът ще се кара и може дори да ви изгони от лабораторията :)

2. СИНХРОНЕН ПО НИВО RS ТРИГЕР. Входовете на елементарната запомняща клетка (RS тригера) действат по всяко време. В много случаи се налага те да бъдат разрешени само в определен интервал от времето, т.е. да бъдат синхронизирани с един външен управляващ сигнал C. Тогава, без да разваляте схемата, я усъвършенствайте като добавите синхронизиращ входен сигнал C. Съвет: използвайте някой от логическите елементи от упражнение 1 като логическа "врата". Какво ли означава това? Защо сега наричаме този тригер RS, а не както преди - RS? За изследването на схемата можете да си разпределите "ролите" - някой от вас да "щтрака" входовете R и S, а друг - синхронизиращия вход C (за него най-добре използвайте бутона отстрани на макета - изхода F).

3. СИНХРОНЕН ПО НИВО D ТРИГЕР. RS тригерите, които построихме досега, управляваме с два отделни входа (както например и един обикновен електрически ключ). Сега трябва да решите творческата задача да направите тригер, управляван само с един вход, т.е да построите D тригер от RS тригер. Съвет: Обърнете внимание, че двата входни сигнала са взаимно инверсни. Може ли да се използва това? Необходим ли е допълнителен елемент?

А ето и въпроси, свързани с изследването на схемата. Какво става, ако докато сте активирали синхронизиращия вход C=1 (т.е. държите натиснат бутона), колегата ви промени входния сигнал D? Допустимо ли е това? Какво трябва да направите за да намалите вероятността това да се случи?

4. СИНХРОНЕН ПО ФРОНТ D ТРИГЕР. Виждам, че постепенно стигате до идеята, намалявайки продължителността на синхронизиращия сигнал да стигнете до крайност и да решите фронта на този импулс да стробира входа D. Тази идея е реализирана в интегралния D тригер 7474, който ви предстои да изследвате. Забележка: схемата има също така и познатите входове R и S, които тук са наречени, незнайно защо, CL (clear) и PR (preset). Ето и няколко въпроса за наблюдателните студенти:

Случва ли се нещо сега, ако докато сте активирали синхронизиращия вход C=1 (т.е. държите натиснат бутона), колегата ви промени входния сигнал D? А кога се случва?

5. T (БРОЯЧЕН) ТРИГЕР. Огледайте се около вас и ще видите всякакви превключващи устройства с алтернативно действие, които сменят състоянието си на противоположното при всяко входно въздействие: химикалката, "мързеливия" електрически ключ, дистанционно на алармена система с един бутон, че дори и бутона POWER на компютъра пред вас. Сега направете електрическия еквивалент на този T тригер. Съвет: можете да използвате синхронизиращия вход на D тригера като най-обикновен вход. Ако решите тази задача, вие сте направили най-елементарния брояч на 2.

5. БРОЯЧ НА 4. Последната творческа задача е: от два броячни T тригера сглобете брояч на 4. Каква е идеята за построяване на брояч с определен брой разреди? Изследвайте схемата ръчно или с осцилоскоп и начертайте времедиаграмата й. Можем ли да наречем и защо тази схема делител на честота? Какви приложения можете да й намерите? Има ли я реализирана някъде на макета пред вас?