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

104. Организация работ по строительству производственного цеха по ремонту механизмов 827.5 KB
  Определение продолжительности строительства, объёмов и трудоёмкости работ. По конструктивному решению здание представляет собой рамную, каркасную конструкцию. Прямые затраты на выполнение проекта.
105. Технические характеристики электропогружчиков логистического предприятия 339 KB
  Определение потребности в ресурсах при проведении работ по разгрузке и приемке товара. Выводы по состоянию охраны труда на предприятии и предложения по улучшению организации службы охраны труда. Напольное, стеллажное и мелкоячеистое хранение.
106. Теорія електричних та магнітних кіл 575 KB
  Розрахунок вторинних параметрів та А-параметрів електричної лінії. Аналіз частотного електричного фільтра. Типовими вузлами тракту передачі є лінія зв‘язку, якою сигнал розповсюджується з пункту передачі до пункту прийому, і електричний фільтр.
107. Економічне обґрунтування рішення щодо налагодження власного виробництва і реалізації на вітчизняному ринку електрогрилів 614.5 KB
  Вибір товару для просування на ринок і оцінювання його конкурентоздатності. Розрахунок витрат на виробництво по роках життєвого циклу проекта виробництва і реалізації товару. Розрахунок узагальнюючих показників ефективності реалізації бізнес-ідеї.
108. Особливості роботи редакторів растрової та векторної графіки 615.5 KB
  Редактор растрової графіки Adobe Photoshop, програма верстки Adobe PageMaker, редактор векторної графіки Corel DRAW. Найбільш широке поширення на комп’ютерах IBM PC одержали монітори типу MDA, CGA, Hercules, EGA і VGA.
109. Загальна теорія лінійних операторів 598.5 KB
  Лінійні оператори в комплексному Евклідовому просторі. Основний вигляд матриці лінійного оператора. Одним з найважливіших моментів у створенні основ цих математичних дисциплін є введення поняття функція.
110. Расчёт технологии прокатки листа 16х2000х5000 из стали 3 на стане 2800 ОАО АМК 518 KB
  Расчет режима обжатий в черновой и чистовой клетях. Расчет скоростного режима прокатки на клети Кварто. Определение допустимого момента при прокатке на клети Дуо. Определение допустимых усилий на валках.
111. Разработка экономических характеристик ООО 7-С Ритейл 89.11 KB
  Изучение и анализ всех видов деятельности предприятия в условиях перехода к рыночной экономике. Анализ экономических процессов, выбор и обоснование управленческих решений в конкретных производственных ситуациях.