10667

Исследование комбинационных устройств и знакового индикатора

Лабораторная работа

Информатика, кибернетика и программирование

Лабораторная работа №3 Исследование комбинационных устройств и знакового индикатора Цель: исследование мультиплексора демультиплексора дешифратора знакового индикатора. Работа выполняется на сменной плате П4. Общие положения. Совместно мультиплексор и...

Русский

2013-03-30

3.01 MB

4 чел.

Лабораторная работа №3

Исследование комбинационных устройств

и знакового индикатора

Цель: исследование мультиплексора, демультиплексора, дешифратора, знакового индикатора. Работа выполняется на сменной плате П4.

Общие положения.

Совместно мультиплексор и демультиплексор часто применяют для передачи многоканальной информации на большие расстояния с экономным использованием оборудования. Схема четырёхканальной системы приведена на рис. 1.

Рис. 1. Линия передачи данных с уплотнением во времени.

Для простоты изложения (но не в ущерб общности) будем считать, что имеется четыре источника информации – ключи sd0, sd1, sd2, sd3, каждый из которых в любой момент времени может быть замкнут или разомкнут, т.е. выдавать логический нуль (ключ замкнут), или логическую единицу (разомкнут). Получающийся двоичный код x0x1x2x3 поступает на вход D мультиплексора на интегральной микросхеме D1.

С помощью ключей sa0, sa1 на адресный вход A подаётся определённый код a0a1. В зависимости от кода A к выходу F микросхемы подключается только один разряд из кода x0x1x2x3. Например, когда a0a1=10, то будет задействован только вход 1 и окажется F=x1. Таким образом, перебрав все возможные значения кода A, можно обеспечить поочерёдное подключение всех линий с сигналами x0x1x2x3 к выходу F мультиплексора.

При переборе адресов A время подключения любого разряда к F  выбирают одинаковым и равным tk, а время переключения кода с одного значения x на другое малым по сравнению с tk. Поэтому, время T полного цикла опроса всех линий в рассматриваемом случае составляет примерно 4tk, т.е. T=4tk.

Таким образом, в линии  F за время T в виде импульсов появляются сигналы x0x1x2x3  (рис 2). Затем процедура повторяется. Этот принцип передачи информации называется уплотнением во времени, ибо любой сигнал x занимает в линии F не всё время, а только какую-то часть.

Приёмником переданной по каналу F информации является демультиплексор DMX на микросхеме  D2 (рис. 1). У него имеется вход I для приёма сложной информации, адресный вход A и линии выходных данных D с сигналами . В идеале сигналы  на выходе демультиплексора должны в точности повторять сигналы x на входе мультиплексора. Однако, для этого необходимо выполнить ряд условий.

Наиболее важным условием является синхронность переключения каналов. Для этого адреса A у схем D1 и D2 должны быть одинаковыми,  что достигается установкой адресной линии, которая соединяет соответственные разряды a1a0 у передатчика D1 и приёмника D2.

Весьма ответственной является задача выбора времени T. Ведь в реальных условиях сигналы x изменяются во времени и в цифровых системах они в любой момент могут измениться с нуля на единицу и наоборот. Чтобы это изменение не было упущено, надо выбирать время T значительно меньше минимального времени существования “0” или “1” на любом канале.

На рис. 2 представлены временные диаграммы, иллюстрирующие работу описанной линии передачи при неблагоприятных соотношениях между описанными выше временами.

Из рисунка видно, что переменная  будет соответство-

вать x0 только в первом периоде  T и только в случае, если значение запоминается и сохраняется в течение времени T. Для пе-

       Рис. 2. Циклограмма передачи информации


ременной
x1 возникает неопределённость: если в момент t1-t2 зафиксируется  , то в мо-мент t3-t4 и при t>t4  будет равно нулю, что совсем не соответствует x1(t) и не ясно, когда же в интервале t2-t3 эта переменная переходит в нуль. А переменные x2, x3 вообще не будут переданы.

Если в рассматриваемом способе передачи информации разрядность адресной линии равна n, то число линий nx входных сигналов x равно , а число линий между передатчиком D1 и приёмником D2 составляет n+1. Таким образом, выигрыш p в количестве каналов связи

Так, для  n=3 p=200 %, а для n=16 p>385000 %.

Принцип передачи информации с уплотнением во времени используется не только в сильно удалённых системах, но и в вычислительных устройствах для обмена информацией между СБИС, размещённых на одной плате.

Простота и чрезвычайная экономичность рассмотренной системы определили её высокую популярность.

Помимо работы мультиплексоров в системах передачи данных они часто используются как генераторы функций. Одна-ко, ограниченные возможности лабораторного стенда не позволяют исследовать эти его свойства.

Демультиплексор DMX (рис. 1) часто используется как дешифратор двоичного кода A. Для этого устанавливают I=1 и тогда при каждом коде A только на одном определённом выходе будет “1”, а на остальных выходах будут “0”. Например, при a0a1=11 получится x0=x1=x2=0, x3=1. Таким образом, дешифратор предназначен для преобразования двоичного n- разрядного кода в код “1 из N”, где . Демультиплексор легко превращается в дешифатор, если на его вход подать определённый постояный логический уровень.

         Семисегментный знаковый индикатор HG1 изображен на рис. 5 в условной форме. В действительности индикаторное устройство состоит из двух интегральных микросхем D1, D2, изображенных на рис. 3. ИМС D2 является собственно индикатором,   

 имеющем входы ah, а D1 – постоянное ЗУ,  преобразующее

5-ти разрядный код в сигналы для сегментов. На рис. 4 показано обозначение сегментов, причём h – десятичная точка. При пода-че, например, на входы 1 – 5 нулей напряжения появляются на сегментах a, b, c, d, e, f и высвечивается нуль. Индикатор выдаёт информацию, когда v=0. Иначе он “гаснет”.

Описание сменной платы П4

Схема платы с блоками управления и индикации представлена на рис. 5.

Дешифратор, преобразующий 3-х разрядный двоичный код a1a2a3 в код “1 из 8”, выполнен на ИМС D1. Вход EN (Enable –

разрешение) предназначен для разрешения работы дешифратора:  при постоянном EN=0 он работает в нормальном режиме, а иначе

микро-схема выполняет функции демультиплексора. Нередко выходной сигнал дешифратора имеет значение логической единицы. В рассматриваемой схеме выходной сигнал равен нулю. Таким образом, при установке определённого входного кода a1a2a3 и EN=0 только в одной из восьми позиций выхода будет 0, а в остальных – логические единицы. А при EN=1 во всех восьми позициях будут логические единицы.

         Мультиплексор, подключающий один из 8-ми каналов D 

              Рис. 5. Схема сменной платы П4.


к выходу К с инверсией, выполнен на микросхеме
D2. Выбор канала производится с помощью адресного слова.

Демультиплексор выполнен на микросхеме D1. Значение сигнала в канале F задаётся кнопкой sb2. Информация, сформированная этой кнопкой (“0” или “1”), появляется на выходе с номером, соответствующем значению кода a1a2a3. Например, при a1a2a3=110 и EN=0 (т.е. sb2 нажата), нуль будет только на выходе 3, что обнаруживается светодиодами HL2 – HL9. А при EN=1 (кнопка sb2 не нажата) логические единицы будут на всех выходах (индикаторы HL2 – HL9 светятся).

В лабораторной работе мультиплексор и демультиплексор исследуются отдельно, независимо друг от друга, не образуя системы передачи данных.

На плате П4, также, установлен регистр D3. Информация на его вход подаётся от ключей sa1, sa2, sa3 и записывается кнопкой sb3. Выход регистра подключен к адресному входу мультиплексора D2 и его адресное слово не изменяется при любых манипуляциях с ключами до тех пор, пока с помощью sb3 не будет записана новая информация.

Порядок выполнения работы

  1.  Исследование дешифратора.

         1. 1. Из рис. 5 выделите и изобразите отдельно схему дешифратора с ключами, кнопкой, шестнадцатиричным индикатором и двоичными индикаторами.

         1. 2. Заготовьте таблицу с колонками для адресных сигна-лов, выходных сигналов и сигналов разрешения. В таблице заготовьте восемь строк для информации.

         1. 3. Наберите какой-либо адрес ключами sa1, sa2, sa3, запишите в таблицу его код (sa1 – младший разряд). Переведите микросхему D1 в режим дешифратора (нажав и удерживая нажатое состояние кнопки sb2). Запишите показания индикаторов (светящийся индикатор указывает на логическую единицу).

         1. 4. Повторите п. 1.3 для всех возможных адресных кодов.

         

  1.  Исследование демультиплексора.

         Демультиплексор на микросхеме D1 (рис. 5) исследуется не в системе передачи данных, а самостоятельно, т.е. фактически ис-следуется только правая половина схемы из рис. 1.

         В качестве источника сигнала F на рис. 5 выбрана кнопка sb2 и этот сигнал поступает на вход EN схемы D1. Для сокращения времени исследований адресный код задаётся только ключами sa1, sa2, а sa3 должен выдавать логический нуль. В этом слу-чае выходная информация  на выходах 0, 1, 2, 3 ИМС  D1 фиксируется светодиодами HL2…HL5.

         2. 1. Из рис. 5 выделите и изобразите демультиплексор, кнопку sb2, ключи sa1, sa2, sa3, индикаторы HL2…HL5, HG1.

         2. 2. Заготовьте системы координат аналогичные рис. 2, но соответствующие рис. 5: , x0, x1, x2, x3. На оси времени отметьте четыре равных интервала (как на рис. 2 для

x0, x1, x2, x3).

         2. 3. Установите адресный код a1=sa1=0, a2=sa2=0 и, не нажимая кнопку sb2 (F=1), на первом интервале времени изобразите значения a1, a2, F, Значение кода a1a2 контролируйте с помощью шестнадцатиричного индикатора HG1.

         2. 4. Установите адресный код a1=1, a2=0. Нажмите, и не отпуская кнопку sb2, изобразите на втором интервале a1,a2, F, .

         2. 5. Аналогично п. 2. 3, но для a1=0, a2=1 и третьего интервала времени изобразите a1, a2, F,      

         2. 6. Аналогично п.2. 4, но для a1=1, a2=1 и четвёртого интервала времени изобразите a1, a2, F,      

         2. 7. По материалам исследования изобразите графики исходных функций x0, x1, x2, x3 полагая , что они не меняются во времени. Обратите внимание, что несмотря на инвертирование выходного сигнала в ИМС D1, выходные функции

не инвертируются  относительно x0, x1, x2, x3 (что объясняется двойным инвертированием в D1: на входе EN и на выходе).

  1.  Исследование мультиплексора.

Многоканальный сигнал подводится к мультиплексору MUX с выхода дешифратора на схеме D1 (рис. 5). Изменяя с помощью ключей sa1, sa2, sa3 адресный код на входе дешифратора, получаем код “1из 8” на выходе DC,  который контролируется индикаторами HL2…HL9. Однобитовый код на выходе мультиплексора определяется по свечению индикатора HL1.

3. 1. Заготовьте таблицу, содержащую адресный код дешифратора в двоичном и шестнадцатиричном виде и значение кода на выходе схемы D2. Таблица должна содержать 8 строк для записи экспериментальных данных.

3. 2. С помощью ключей sa1, sa2, sa3 и тактового генератора с кнопкой sb3 запишите в регистр код 6.

3. 3. Переведя микросхему D1 в режим дешифратора,  переберите все варианты адресного кода дешифратора и для каждого кода записывайте сигнал на выходе мультиплексора.

         3. 4. Объясните (письменно) результаты экспериментов.

  1.  Исследование шестнадцатиричного индикатора.

         4. 1. Составьте таблицу, содержащую информацию о переменных x3, x2, x1, x0, выдаваемых ключами sa4, sa3, sa2, sa1 (Рис.  5) и информацию о сегментах a, b, c, d, e, f, g (Рис. 4). В таблице должно быть 16 строк.

4. 2. Перебирая все коды от 0000 и наблюдая за свечением индикатора HG1, заполните все строки таблицы.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

52467. Декартові координати на площині 198.5 KB
  Узагальнити та систематизувати знання учнів з теми; розвивати пам’ять, логічне мислення,здібності учнів; виховувати інтерес до математики, увагу, самостійність;формувати вміння працювати.
52468. Толерантность 351.5 KB
  Дело № 1 Методическое пособие для Ученика конкурс учебных судов Пилотное издание серии Живое право в рамках проектов Развитие толерантности посредством учебных судов Гражданское образование: развитие профессионального потенциала Мозаика граждановедения Дело № 1 О фотографиях в паспорте РФ СанктПетербургский институт права имени Принца П. Конкурс был организован СанктПетербургским институтом права имени Принца П. Институтом права организуется региональный тур конкурса для СанктПетербурга и Ленинградской...
52469. СУДЕБНОЕ ЗАСЕДАНИЕ ПО УГОЛОВНОМУ ДЕЛУ 103 KB
  Целями проведения деловой игры Судебное заседание по уголовному делу являются: практическое изучение процесса судебного разбирательства его стадий; обучение правовой оценке исходной фактической правовой ситуации анализу материалов дела законодательства разработке правовой позиции по делу принятию процессуальных решений; формирование практических навыков реализации полномочий профессиональными субъектами уголовного судопроизводства в ходе судебного разбирательства составления процессуальных документов устных...
52470. Спільні властивості компонентів середовища програмування Delphi 212.5 KB
  Мета: ознайомити студентів з основними властивостями компонентів обєктноорієнтованого середовища програмування Delphi особливостями їх застосування; порівняти методи застосування властивостей компонентів при створенні програмних продуктів; розвивати пізнавальний інтерес студентів вміння порівнювати аналізувати узагальнювати робити логічні висновки; виховувати інтерес до вивчення дисципліни як науки яка є основою для вивчення технологій розробки програмного забезпечення різного рівня здобуття умінь та навичок своєї професії...
52471. Шлях до демократії 106 KB
  З метою розвитку лідерського потенціалу учнівської молоді її громадянської ініціативи набуття нею досвіду активної та компетентної участі в громадському житті складовою частиною системи виховної роботи я вбачаю реалізацію проекту учнівського самоврядування “Шлях до демократіїâ€ результатом якого є створення “міні республіка “Веселка†що сприяє обєднанню зусиль для добрих і корисних справ розвитку здібностей і талантів вихованню компетентної й успішної особистості вихованню громадянина України носія національних...
52472. З чого починається гарний день 47 KB
  Хід заняття Діти сьогодні ми здійснимо подорож у чарівний світ казок В. Як пахне казка Так дітки казка сьогодні пахне свіжістю хвойним лісом Дітисьогодні я прокинулася подивилася на сонечко та й замислилась: цікаво а з чого починається новий день Діти як ви думаєте: з чого починається новий день Все це вірно: із сонечка умивання сніданку Але давайте подумаємо якими словами ми визначаємо прихід нового дня Так ми бажаємо всім кого ми зустрічаємо доброго ранку Давайте пригадаємо якими словами зустрічає вас зранку...
52473. Чому існують день та ніч 277 KB
  Обладнання: картини з зображенням небесних світил та зоряного неба глобус атрибути до гри Сонце і місяць. Що настала вечірня пора Із настанням вечора сонечко опускається до обрію і заходить за нього надворі сутеніє стає темніше починають спалахувати зірки з'вляється Місяць. Тут зображено зоряне небо а на цій картині ми бачимо сонце далі ми бачимо Місяць та інші космічні пейзажі. Ви розглянули картини скажіть що ви побачили нове невідоме чи незрозуміле Якої форми Сонце Місяць та зорі Чи їхні розміри однакові Про що...