37717

Логические элементы на МДП-транзисторах

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Теоретические сведения Обратное преобразование двоичного кода в код I из N выполняют преобразователи кода называемые дешифраторами. Синтез структуры дешифратора как и любого другого преобразователя кодов начинается с записи таблицы соответствия входных и выходных кодов. если число входов m и число выходов n дешифратора связаны соотношением: n = 2m то выходы определены для всех двоичных наборов и дешифратор называется полным. Пример неполного дешифратора преобразователь двоичного кода 421 в код I из 10 согласно табл.

Украинкский

2013-09-25

1.39 MB

6 чел.

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ УКРАИНЫ

“КИЕВСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ”

Межуниверситетский медико-инженерный факультет

Лабораторная работа № 3

ШИФРАТОРЫ И ДЕШИФРАТОРЫ

Выполнили:       Преподаватель:

Бригада  ЛД-71 – 5

Иванова Е. С.

Логвиненко М. В.      __________Зубчук В.І.

Лучицкий Р. Ю.

        Оценка  ________

“____” апреля 2010 р.          “____” апреля 2010 р.    


Логические элементы на МДП-транзисторах

Цель работыисследование логики функционирования, статических и динамических параметров комбинационных устройств типа дешифраторов.

Теоретические сведения

Обратное преобразование двоичного кода в код "I из N"- выполняют преобразователи кода, называемые дешифраторами. Наиболее широко дешифраторы используются в устройствах вывода информации из ЭВМ   и других цифровых устройств на внешние устройства визуализации и документирования алфавитно-цифровой информации. Для этого нужно подать сигнал на I из N, например, катодов газоразрядного индикатора или элементов выборки символов печатающего устройства.

Синтез структуры дешифратора, как и любого другого преобразователя кодов, начинается с записи таблицы соответствия входных и выходных кодов. Пусть необходимо преобразовать двоичный код 21 в код "I из 4".  Тогда табл.3.2 полностью определяет значения выходов для всех входных наборов.

Таблица 1

Входной код

421

Выходной код «1 из 4»

у3 у2 у1 у0

0  0

0  1

1  0

1  1

0   0   0   1

0   0   1   0

0   1   0   0

1   0   0   0

Далее для каждой выходной функции нужно   составить карту Карно и с её помощью получить ее минимизированное выражение. В рассматриваемом примере это бессмысленно, так как для каждой функции уi карта Карно содержит только одну единицу, поэтому соответствующий ей минтерм и является ее минимальной формой. Тогда на основании табл. 1 запишем:

Эти выражения могут быть, в частности, реализованы в элементном базисе И-НЕ либо ИЛИ-НЕ.

если число входов m и число выходов n дешифратора связаны соотношением: n = 2m, то выходы определены для всех двоичных наборов и дешифратор называется полным. При   n < 2m дешифратор называется неполным. Пример неполного дешифратора - преобразователь двоичного кода 421 в код "I из 10" согласно табл. 2.

Рис. 1

Таблица 2

Входной код

8421

x3x2x1x0

Выходной код

«1 из 10»

y0……  …...y9

0 0 0 0

0 0 0 1

0 0 1 0

0 0 1 1

0 1 0 0

0 1 0 1

0 1 1 0

0 1 1 1

1 0 0 0

1 0 0 1

1000000000

0100000000

0010000000

0001000000

0000100000

0000010000

0000001000

0000000100

0000000010

0000000001

Поскольку 6 из 16 возможных входных наборов не определены, можно за счет произвольного доопределения карты Карно минимизировать ряд выходных функций дешифратора. Например, функции

у2 = х3210 ,

у8 = х32*x10 

можно упростить и привести к виду:

Аналогично упрощаются функции у3, ... , у9. Учитывая, что функции   y0 и y1  не упрощаются, в чем легко можно убедиться, построив для них карты Карно, окончательно запишем логические функции, которые должен реализовать синтезируемый десятичный дешифратор:

Соответственно приведенным выражениям десятичный дешифратор может быть реализован на основе логических элементов И-НЕ либо ИЛИ-НЕ (рис.2). Отметим, что в минимизированном варианте дешифратора не допускается подача на его вход кодов 8421, не вошедших в табл.2.

Рис. 2

Так, если на вход дешифратора подать код 1011, то одновременно на двух выходах  у3, и у9 устанавливаются логические единицы . Таким образом, если на m входов дешифратора подают любые из 2 т    комбинаций и не допускается одновременное возбуждение более чем одного из его    п < 2m выходов, упрощение схемы списанным методом недопустимо и каждая из выходных функций должна быть определена полным набором входных переменных [аналогично у0 и у1 в (4)]. В таком неполном дешифраторе (в качестве примера на рис. 3 показан вариант на элементах И-НЕ) "лишние" входные комбинации на   возбуждают ни один из его выходов: у0 = у1 = ... = у9 = 0.

Рассмотренные схемы дешифраторов относятся к типу линейных и для них характерно одноступенчатое дешифрирование входных  m-разрядных кодов о помощью    m-входовых логических элементов. Линейные дешифраторы обеспечивают преобразование   кода с минимальной задержкой и используются в наиболее быстродействующих цифровых схемах. Однако с ростом разрядности входного кода m  быстро нарастает нагрузка каждого из входов и количество корпусов ЛЭ для реализации дешифратора. Линейная структура обычно используется при построении неполных дешифраторов при  m <4.

Рис. 3

Рабочее задание

  1.  Собрать последовательно исследуемую схему:

  1.  Исследовать переходные процессы. Определить по осциллограммам входных и выходных сигналов статические ,  и динамические параметры схемы , , , ,  а также .
  2.  Исследовать логику работы дешифратора. Проверить соответствие последовательности смены кодов на выходах дешифратора таблице 1.


Методические указания

  1.  Собрать схему с использованием заданной преподавателем серии ЛЭ.
  2.  Входной сигнал х0 подается от генератора прямоугольных импульсов. Входной сигнал х1 формируется JK-триггером, который используется, как делитель частоты, поэтому для согласования уровней сигналовон должен быть построен на элементах той же серии, что и компоненты дешифратора.
  3.  Для исследования логики работы дешифратора вместо осциллографа необходимо подключить Logic Analyzer, как показано на схеме.
    Выполнение работы

1. В соответствии с методическими указаниями была собрана исследуемая схема с соответственно указанными параметрами.

CMOS 4000-10V

Rн =  10 КОм

Сн = 40 пФ

2. Проверили логику работы дешифратора путем подключения Logik Analyzer:

3. После включения осциллоскопа получили сигнал:

По данным осциллоскопа можно определить требуемые значения , , установив визири 1 и 2 в необходимые положения:

U20          = 541.7131 мкВ

U21            = 10.0003 В

3. После этого снимаем остальные необходимые параметры , , , и рассчитываем функцию :


t
зд.р.01         =   37.1282 нсек

tзд.р.10         = 34.8718 нсек


t
ф.01       = 59.6599 нсек

tф.10            = 54.9484 нсек

= 1 / ( + ) = 1 / (59.6599 + 54.9484) = 0.00873
Выводы

Во время третьей лабораторной работы наша бригада исследовала логику функционирования, статические и динамические параметры комбинационных устройств типа дешифраторов. Для выполнения поставленной задачи мы собрали исследуемую схему. Подключив Logik Analyzer, как просилось, мы проверили логику работы дешифратора. После чего, включив осциллоскоп, мы смогли увидеть сигнал и снять необходимые нам параметры.

С помощью визирей, которые были установлены в необходимое положение, на экране осциллоскопа мы измерили U20, U21.

Следующим пунктом нашей работы было снятие показаний tзд.р.01, tзд.р.10, tф.01, tф.10  с помощью данных осциллоскопа.

После выполненной работы мы рассчитали ( по формуле).


Контрольные вопросы

  1.  Что такое дешифратор?

Дешифратор (декодер) — комбинационное устройство, преобразующее n-разрядный двоичный, троичный или k-ичный код в kⁿ-ичный одноединичный код, где  k- основание системы счисления. Логический сигнал, появляется на том выходе, порядковый номер которого соответствует двоичному, троичному или k-ичному коду.

Дешифраторы являются устройствами, выполняющими двоичные, троичные или k-ичные логические функции (операции).

Дешифраторы: это комбинационные схемы с несколькими входами и выходами, преобразующие код, подаваемый на входы в сигнал на одном из выходов. На выходе дешифратора появляется логическая единица, на остальных — логические нули, когда на входных шинах устанавливается двоичный код определённого числа или символа, то есть дешифратор расшифровывает число в двоичном, троичном или k-ичном коде, представляя его логической единицей на определённом выходе. Число входов дешифратора равно количеству разрядов поступающих двоичных, троичных или k-ичных чисел. Число выходов равно полному количеству различных двоичных, троичных или k-ичных чисел этой разрядности.

Для n-разрядов на входе, на выходе 2n, 3n или kn. Чтобы вычислить, является ли поступившее на вход двоичное, троичное или k-ичное число известным ожидаемым, инвертируются пути в определённых разрядах этого числа. Затем выполняется конъюнкция всех разрядов преобразованного таким образом числа. Если результатом конъюнкции является логическая единица, значит на вход поступило известное ожидаемое число.

Из логических элементов являющихся дешифраторами можно строить дешифраторы на большое число входов. Каскадное подключение таких схем позволит наращивать число дифференцируемых переменных.

Функционирование дешифратора описывается системой конъюнкций:

Обратное преобразование осуществляет шифратор.

2. Назовите область применения шифраторов и дешифраторов.

Шифратор широко используются для преобразования десятичных цифр и буквенных символов в двоичный код при вводе информации в ЭВМ.

Наиболее широко дешифраторы используются в устройтсвах вывода на ЭВМ, также дешифраторы применяются в устройствах управления для дешифрации операций или микрокоманд в управляющие сигналы, в запоминающих устройствах для выбора ячейки памяти при записи или считывании информации и др.

3. Какие дешифраторы называются линейными?

Линейным называется дешифратор, для которого характерно одноступеньчатое дешифрирование входных m-разрядных кодов с помощью m-входовых логических элементов.

(1)

(2)

 

Значения выходных переменных определяются следующими логическими выражениями:

В линейном дешифраторе выходные переменные формируются по (1) либо (2). При выполнении дешифратора на элементах И-НЕ пользуются (2), получая инверсии выходных функций. В этом случае каждой комбинации входного кода будет соответствовать уровень лог. 0 на строго определенном выходе, на остальных выходах устанавливается уровень лог. 1. На рис. 1 показана структура дешифратора, построенного на элементах И-НЕ, и его изображение в схемах. Структура имеет особенности, характерные для дешифраторов в интегральном исполнении:

для уменьшения числа входов формирование инверсий входных переменных осуществляется в самом дешифраторе;

рис 2

рис 1

подключенные непосредственно ко входам дополнительные инверторы уменьшают нагрузку со стороны дешифратора на его входные цепи.

Дешифратор с 16 выходами для дешифрирования всех возможных комбинаций четырехразрядного двоичного кода 8421 можно построить из двух рассмотренных дешифраторов с 10 выходами. На рис. 2 показана структура такого дешифратора. В каждом из дешифраторов используется по 8 выходов, которые и образуют требуемые 16 выходов (y0, y1, ..., y15).

рис 3

Достоинство: линейные дешифраторы обеспечивают преобразование кода с минимальной задержкой и используются в наиболее быстродействующих цифровых схемах.

Недостаток: с ростом разрядности входного кода m быстро нарастает нагрузка каждого из входов, быстро усложняется схема. Поэтому линейная структура обычно используется при построении неполных дешифраторов при .

4. Опишите с помощью таблицы истинности функционирование  линейного дешифратора.

Линейный дешифратор строится непосредственно в соответствии с системой функций (I) и состоит из 2n конъюнкторов с n. входами каждый.

где

Ai (i=0,1,2,…n-1) - входные переменные (сигналы);

   Fj (j=0,1,2,…kn – 1)- выходы дешифратора.

Функционирование дешифратора поясняется табл. I.

                                            Таблица I

Входы

Выходы

A2

A1

A0

F0

F1

F2

F3

F4

F5

F6

F7

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

1

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

1

0

0

0

0

0

0

1

1

0

0

0

1

0

0

0

0

1

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

1

0

1

0

0

0

0

0

1

0

0

1

1

0

0

0

0

0

0

0

1

0

1

1

1

0

0

0

0

0

0

0

1

В данном дешифраторе каждый набор входных сигналов преобразуется в сигнал на соответствующем выходе. При этом на остальных выходах действуют сигналы 0. Такой дешифратор называется дешифратором с прямыми выходами.

5.  Чем отличается пирамидальный дешифратор от линейного?

Пирамидальные дешифраторы отличаются от линейных использованием только

двухвходовых конъюнкторов вне зависимости от разрядности дешифрируемого числа,

а коэффициент разветвления ЛЭ входного регистра и всех логических элементов

дешифратора также равен двум. Таким образом, пирамидальные дешифраторы свободны

от ограничений, свойственных линейным дешифраторам, но в них используется

большее количество ЛЭ, определяемое как N=4×(2n-1-1). При

проектировании цифровых устройств на ИС первостепенную роль играет не

количество ЛЭ в устройстве, а количество требуемых корпусов ИС. В то же время

количество ЛЭ, располагаемых в одном корпусе ИС, определяется главным образом

требуемым количеством выводов. Следовательно, в одном корпусе ИС можно

расположить большее число двухвходовых конъюнкторов, чем трехвходовых, и

пирамидальная структура дешифратора, оцениваемая по требуемому числу корпусов

ИС, может оказаться эквивалентной или более предпочтительной, чем линейная.

  1.  Из каких функциональных узлов состоит матричный дешифратор?

Матричный дешифратор строится на основе двух дешифраторов на m и ( n-m ) входов и 2n двухвходовых коньюнкторов.

При построении код разбивается пополам. Одна часть с помощью линейного дешифратора преобразуется в код строк, а другая интерпретируется как номера строк. На пересечении столбцов и строк конъюнкторы формируют выходной сигнал.

Схема матричного дешифратора:


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

56207. Шкільна газета як виховний орган шкільного самоврядування 29.5 KB
  Якщо розглядати школу як мікродержаву, то цілком природно, що в ній існують свої засоби масової інформації. І шкільна газета є одним із засобів, яка інформує, стимулює, змушує думати, міркувати, організовує і ін...
56208. Властивості степеня з цілим від’ємним показником 140.5 KB
  Мета: ознайомити учнів з властивостями степеня з цілим показником; формувати вміння використовувати властивості степеня з цілим показником до перетворення виразів; розвивати вміння аналізувати...
56209. Степінь з натуральним показником 37.5 KB
  Мета: систематизувати знання властивостей степеня з натуральним показником формувати вміння виконувати дії з одночленами навички усних розрахунків; розвивати память виховувати почуття поваги до предмета.
56210. Взаємне розташування прямих у просторі. Взаємне розташування прямої та площини. Перпендикуляр до площини 251.5 KB
  Взаємне розташування прямої та площини. Перпендикуляр до площини. Матеріальними моделями частини площини є наприклад поверхня столу поверхня віконного скла мармурова плита тощо.4 Позначають площини малими грецькими буквами наприклад площини α β γ.
56211. Стереотипи та їх роль у житті людини і суспільства. Толерантність. Ксенофобія. Расизм. Ґендерні стереотипи 79 KB
  Мета: розвивати готовність і потребу учнів до самопізнання і самореалізації своєї особистості; визначити сутність понять стереотипи толерантність; формувати вміння застосовувати знання з різних навчальних курсів...
56212. Sterne des Sports 72.5 KB
  Guten Tag, liebe Kinder, es freut mich sehr, euch zu sehen. Wie geht es euch? Was gibt es Neues und Interessantes? (Die Schüler beantworten die Fragen des Lehrers) L: Heute setzen wir unsere Arbeit am Thema „Sport“ fort. Wir werden heute über die bekannten Sportler sprechen, Texte lesen und hören.
56213. Стежкою орфографічних вправ до країни знань 90.5 KB
  Найбільш поширені помилки серед учнів на правопис ненаголошених голосних в корені слова. Привчаю школярів користуватися алгоритмом правила перевірки ненаголошених голосних в корені слова: Вимов слово...
56214. Применение дидактических стихотворений на уроках в начальной школе 1.41 MB
  Имя прилагательное Часть речи примечательная Имя прилагательное. Имя числительное Имя числительное точная часть речи Сумею сосчитать для вас все что есть на свете.
56215. Шляхи стимулювання навчальної діяльності учнів спеціальної школи на самопідготовці 49.5 KB
  Педагогічне стимулювання це створення умов у яких діти працюють з найбільшою ефективністю та найменшою напругою це своєчасна оцінка діяльності учня. Розумово відсталі діти часто не вникають у зміст задачі погано утримують в памяті дані задачі не планують розвязку...