Принцип работы дешифратора

Принцип работы дешифратора: схема на 32 выхода, разновидности

Принцип работы дешифратора: схема на 32 выхода, разновидности - фото 1 - изображение 1

В компьютеризированных системах управления, ЭВМ и цифровой технике одними из важнейших элементов построения электронных микросхем являются дешифраторы.

Так, дешифратор (или декодер) – это логическое комбинационное устройство, служащее для преобразования двойного двоичного кода в сигнал управления в десятичной системе исчисления на одном из выходов.

Принцип работы дешифратора

Обычно дешифратор имеет n-входов и 2n выходов, при этом n — разрядность дешифрируемого кода. Определенной комбинации на входе соответствует активный сигнал на одном из выходов, или при сигнале «00» — мы имеем «1» на нулевом выходе схемы; при «01» имеем — «1» на первом выходе, сигнал «10» трансформируется в 1 – на втором выходе и т.д. Другими словами, эти элементы схем могут преобразовывать двоичный код в различные системы исчисления (это может быть десятичная, шестнадцатеричная и пр.), поскольку все зависит от конкретной задачи, выполняемой микросхемой.

В стандартные типы дешифраторов входят модели на 4, 8 и 16 выходов, при этом на выходе — 2, 3 и 4 разрядов входного кода. Входы дешифраторов называют часто адресными, и на схемах нумеруют 1,2,4,8, при этом цифра соответствует весу двоичного кода. Сигнал на выходе 1,2,4,8 устанавливает номер активного выхода. С1,С2 – входы разрешения (или стробирования), которые работают с условием «и». Сигнал на этом входе сообщает о моменте срабатывания дешифратора. Также их можно использовать для увеличения разрядности логических устройств.

Принцип работы дешифратора - изображение 2 - изображение 2

Принцип работы дешифратора 2 turion

Основные разновидности дешифратора

Существует несколько разновидностей дешифраторов:

— прямоугольные;

— матричные;

— пирамидальные.

Матричные являются типовыми, наиболее простыми разновидностями дешифраторов, на их основе строятся различные более сложные схемы. В прямоугольных реализуется ступенчатая дешифрация. Входной сигнал условно разбивается на группы, каждая из которых обрабатывается отдельными матричными дешифраторами. На последующих ступенях дешифрации (второй, третьей и т.п.) формируется произведение полученных сигналов. Главным преимуществом пирамидальных дешифраторов считается простота наращивания числа входов, а недостатком – аппаратная неизбыточность.

Особенности дешифраторов

Выпускают дешифраторы по виду интегральных микросхем. К примеру, К500ИД162М – позволяет трансформировать двоичный код в восьмеричный. Другие типы дешифраторов могут преобразовывать двоичное исчисление в десятеричное (К176ИД1 и К155ИД1). Отечественной промышленностью выпускаются дешифраторы со счетчиками, они позволяют управлять семисегментными цифровыми индикаторами. На микросхемах их обычно обозначают буквенным сочетанием ДИ.

Дешифратор. Устройство, принцип работы

Основные разновидности дешифратора - изображение 3 - изображение 3

Дешифраторы используются для преобразования двоичных чисел в десятичные числа и находят применение в печатающих устройствах. В таких устройствах двоичное число, поступая на вход дешифратора, вызывает появление десятичного числа только на одном определённом его выходе. На рис.9.11 приведено символическое изображение дешифратора и его таблица истинносити. Символ DC образован от английского слова Decoder. Слева показаны входы, на которых отмечены весовые коэффициенты двоичного кода, справа выходы десятичных чисел. На каждом входе образуется десятичное число при определенных комбинациях входного кода.

Особенности дешифраторов - фото 4 - изображение 4

Дешифратор. Устройство, принцип работы - изображение 5 - изображение 5

Рис.9.11. Символическое изображение дешифратора и его таблица истинносити

Рассмотрим построение дешифратора по его таблице истинности. Значения входных переменных определяются логическими выражениями:

y0 =

Дешифраторы и индикаторы - изображение 6 - изображение 6

8^

Изучение принципа работы дешифратора 3х8 в основном режиме - фото 7 - изображение 7

4^

Дешифраторы и шифраторы - фото 8 - изображение 8

2^

Тема: Составление схем дешифраторов, шифраторов, мультиплексоров - фотография 9 - изображение 9

1,

y1 =

Дешифраторы - фото 10 - изображение 10

8^

Принцип работы дешифратора - фото 11 - изображение 11

4^

Принцип работы дешифратора - фотография 12 - изображение 12

2^ x 1,

y2 =

Принцип работы дешифратора - фотография 13 - изображение 13

8^

Принцип работы дешифратора - изображение 14 - изображение 14

4^ x2 ^

Принцип работы дешифратора - фотография 15 - изображение 15

1,

y3 =

Принцип работы дешифратора - изображение 16 - изображение 16

8 ^

Принцип работы дешифратора - изображение 17 - изображение 17

4^ x2 ^ x1,

y4 =

Принцип работы дешифратора - изображение 18 - изображение 18

8 ^x4 ^

Принцип работы дешифратора - фотография 19 - изображение 19

2 ^

Принцип работы дешифратора - изображение 20 - изображение 20

1, (9.1)

y5 =

Принцип работы дешифратора - фото 21 - изображение 21

8 ^ x4^

Принцип работы дешифратора - изображение 22 - изображение 22

2 ^ x1,

y6 =

Принцип работы дешифратора - фото 23 - изображение 23

8 ^ x4^ x2 ^

Принцип работы дешифратора - фотография 24 - изображение 24

1,

y7 =

Принцип работы дешифратора - изображение 25 - изображение 25

8 ^ x4^ x2 ^ x1,

y8 = x8 ^

Принцип работы дешифратора - изображение 26 - изображение 26

4^

Принцип работы дешифратора - фотография 27 - изображение 27

2^

Принцип работы дешифратора - фото 28 - изображение 28

1,

y9 = x 8 ^

Принцип работы дешифратора - фото 29 - изображение 29

4 ^

Принцип работы дешифратора - изображение 30 - изображение 30

2^ x 1.

Используя логические выражения (9.1), построим логическую схему дешифратора.

На рис.9.12 показана логическая схема дешифратора, построенного на логических элементах И и инверторах НЕ.

Принцип работы дешифратора - фотография 31 - изображение 31

Рис.9.12. Логическая схема дешифратора

Дешифраторы и индикаторы

Принцип работы дешифратора - изображение 32 - изображение 32

Для удобства использования оператором число, записанное в регистре или счетчике в двоичной системе необходимо перевести в удобную форму записи в виде арабских цифр. Данная операция производится с помощью дешифраторов, которые превращают двоичную запись так, чтобы на каком – либо индикаторе отображалась та или другая цифра. Рассмотрим для начала принцип построения индикаторов.

Рассмотрим на примере жидкокристаллического индикатора, который широко применяется в микрокалькуляторах, электронных часах и прочих устройствах. Схема этого индикатора приведена ниже:

Принцип работы дешифратора - изображение 33 - изображение 33

Под действием электрического поля сем элементов, которые создают цифру «8», путем изменения своей прозрачности. Если к примеру, подать напряжение между элементом 0 и тремя соединенными вместе элементами 2,3,5, получим цифру 7, при соединении вместе элементов 3 и 5 получим 1. При различных комбинациях будет получать различные цифры на табло.

В цифровых вольтметрах и прочих лабораторных установках широко применяют газоразрядные индикаторы, показанные ниже:

Принцип работы дешифратора - фото 34 - изображение 34

В стеклянном баллоне содержится цилиндрический металлический анод, внутри которого на двух изолированных стойках набраны электроды с тонкого металлического провода в виде цифр от нуля до девяти (на рисунке выше показаны только четыре первых). Баллон заполняют инертным газом, например неоном. Если приложить между анодом и каким – то из этих электродов напряжение (минус к цифре из провода), то в колбе появится тлеющий разряд, во время которого поверхность катода (то есть цифры) будет ярко гореть. Электроды, на которые напряжение не подано, обычно не светятся, но так как они выполнены из тонкой проволоки они не будут мешать видеть через стекло ту цифру, которая в данный момент светится. Устройство, которое будет подавать логическую единицу на нужный электрод и будет называться дешифратором.

Одна из возможных схем дешифратора приведена ниже:

Принцип работы дешифратора - фотография 35 - изображение 35

Слева вертикально размещены триггеры двоично – десятичного счетчика. Каждый из триггеров имеет два выхода – прямой и инверсный (

Принцип работы дешифратора - изображение 36 - изображение 36

 и

Принцип работы дешифратора - фото 37 - изображение 37

  в первом,

Принцип работы дешифратора - изображение 38 - изображение 38

 и

Принцип работы дешифратора - фото 39 - изображение 39

во втором и так далее ). Сверху изображен горизонтальный ряд логических элементов типа «И», которые имеют по четыре входа каждый. Их выходы (X0, Х1 и так далее) соединены с соответствующими электродами газоразрядного индикатора. Схема должна работать таким образом, чтоб при наличии на триггере счетчика конкретного числа логическая единица была только на выходе того элемента, что соединен с соответствующим электродом индикатора, а на входах других элементов (то есть и на других электродах индикатора) должны быть логические нули.

Приведенная выше схема соединения (с учетом пунктирных связей) обеспечивает данные требования. Так, при записи в триггерах цифры 5 (в двоичном коде 0101), на выходе первого разряда будем иметь 

Принцип работы дешифратора - фото 40 - изображение 40

 , другого разряда 

Принцип работы дешифратора - фотография 41 - изображение 41

 , третьего 

Принцип работы дешифратора - фото 42 - изображение 42

 , четвертого 

Принцип работы дешифратора - фото 43 - изображение 43

.

Внимательно присмотревшись к схеме соединения увидим, что у всех логических элементов кроме пятого, хоть на одном из четырех входов будет ноль, а поэтому и на их выходах будут нули, и только у пятого элемента на всех четырех входах будут единицы. Можно убедится, что и при других цифрах в счетчике логическая единица будет только на соответствующем электроде индикатора. Стоит учесть, что дешифратор построен для счетчиков с естественным порядком подсчета.

Изучение принципа работы дешифратора 3х8 в основном режиме

Принцип работы дешифратора - фотография 44 - изображение 44

Краткие теоретические сведения

Комбинационные схемы. Комбинационной схемой называется логическая схема, реализующая однозначное соответствие между значениями входных и выходных сигналов. Для реализации комбинационных схем используются логические элементы, выпускаемые в виде интегральных схем. В этот класс входят интегральные схемы дешифраторов, шифраторов, мультиплексоров, демультиплексоров, сумматоров.

Дешифраторы. Дешифратор - логическая комбинационная схема, которая имеет n информационных входов и 2n выходов. Каждой комбинации логических уровней на входах будет соответствовать активный уровень на одном из 2n выходов. Обычно n равно 2,3 или 4. На рис. 1 изображен дешифратор с n = 3, активным уровнем является уровень логического нуля. На входы С, В, А можно подать следующие комбинации логических уровней: 000, 001, 010...111, всего 8 комбинаций. Схема имеет 8 выходов, на одном из которых формируется низкий потенциал, на остальных - высокий. Номер этого единственного выхода, на котором формируется активный (нулевой) уровень, соответствует числу N, определяемому состоянием входов С, В, А следующим образом:

Например, если на входы подана комбинация логических уровней 011, то из восьми выходов микросхемы (YO, Y1...Y7) на выходе с номером N=3 установится нулевой уровень сигнала (Y3=0), a все остальные выходы будут иметь уровень логической единицы. Этот принцип формирования выходного сигнала можно описать следующим образом:

Рис. 1. Схема демультиплексора 3х8

Помимо информационных входов А,В,С дешифраторы обычно имеют дополнительные входы управления G. Сигналы на этих входах, например, разрешают функционирование дешифратора или переводят его в пассивное состояние, при котором, независимо от сигналов на информационных входах, на всех выходах установится уровень логической единицы. Можно сказать, что существует некоторая функция разрешения, значение которой определяется состояниями управляющих входов. Разрешающий вход дешифратора может быть прямым или инверсным. У дешифраторов с прямым разрешающим входом активным уровнем является уровень логической единицы, у дешифраторов с инверсным входом — уровень логического нуля. На рис. 1 представлен дешифратор с одним инверсным входом управления. Принцип формирования выходного сигнала в этом дешифраторе с учетом сигнала управления описывается следующим образом:

У дешифратора с несколькими входами управления функция разрешения, как правило, представляет собой логическое произведение всех разрешающих сигналов управления. Например, для дешифратора 74138 с одним прямым входом управления G1G2AG2B (рис. 2) функции выхода YiG имеют вид:

Рис. 2. Схема дешифратора 74138 с двумя управляющими входами

1.1. соберите схему (рисунок 1)

Рис. 1. Схема исследуемого дешифратора

G11

1.3. Заполнить таблицу истинности для всех комбинаций сигналов информационных входах А В С и соответствующих им выходов дешифратора (таблица 2).

1.5.Используя суммирующий двоичный счетчик из прошлой лабораторной работы в качестве генератора комбинационного кода сравнить результаты работ. Сделать выводы по работе.

Q3 Q2 Q1

G

Дешифраторы и шифраторы

Принцип работы дешифратора - изображение 45 - изображение 45

Предыдущая12345678Следующая

Романов П.С.

Методические указания по выполнению лабораторной работы

По дисциплине

УПРАВЛЕНИЕ СИСТЕМАМИ И ПРОЦЕССАМИ

Исследование логических схем на ЭВМ. Исследование дешифратора, арифметического сумматора

Коломна – 2014

Содержание

  Введение .........................................................................................................................
1. Дешифраторы и шифраторы.........................................................................................
2. Исследование дешифратора с использованием программы Electronics Workbench……………………………………………………………………………  
2.1. Краткое описание характеристик дешифратора………………………………
2.2. Исследование дешифратора..........................................................................................
2.3. Исследование схемы каскадирования дешифраторов……………………………
2.4. Исследование логической схемы на базе дешифратора………………………….
3. Арифметические сумматоры………………………………………………………..
4. Задание для лабораторной работы………………………………………………….
5. Структура отчета ...........................................................................................................
6. Литература ......................................................................................................................
  Приложение 1. Панель инструментов программного комплекса Electronics Workbench....................................................................................................................  

Введение

Лабораторная работа выполняется с применением ЭВМ с использованием программы Electronics Workbench.

Цель работы:

знакомство с методами исследования и проектирования логических схем, входящих в состав систем числового программного управления (ЧПУ) с использованием средств Electronics Workbench;

изучение назначения и функциональных возможностей дешифратора, принципов построения дешифраторов и шифраторов;

изучение назначения и принципа работы устройств полусумматора и сумматора. Знакомство с базовыми элементами полусумматора и полного сумматора из библиотеки EWB;

получение умений и навыков:

исследования дешифраторов, полусумматоров и сумматоров с использованием средств Electronics Workbench;

создания моделей логических схем путем графической сборки схемы соединений базовых компонентов;

нахождения переключательной функции по функциональной схеме средствами Electronics Workbench.

Дешифраторы и шифраторы

Дешифраторы и шифраторы (также, как и элементы И, ИЛИ, НЕ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ) являются комбинационными элементами: потенциалы на их выходах зависят от сиюминутного состояния входов, с их изменением меняется и ситуация на выходах; такие элементы не сохраняют предыдущее состояние после смены потенциалов на входах, т. е. не обладают памятью. Преимущественно дешифраторы используют для выбора того или иного компонента из их множества. Различают дешифраторы полные и неполные. Полные дешифраторы реагируют на все входные коды, неполные — на коды, величина которых не превосходит некоторого заранее установленного значения. Выходы дешифраторов бывают прямые и инверсные. На выходах шифратора устанавливается код, соответствующий номеру возбужденного входа. Промышленность производит приоритетные и неприоритетные шифраторы. В приоритетных шифраторах входы имеют разный приоритет. Возбужденный вход с большим приоритетом подавляет действие прежде возбужденного и устанавливает на выходах код, соответствующий своему значению. Классификация дешифраторов и шифраторов, рассмотренных в данной главе, приведена на рис. 1.

Дешифратор (decoder) — это комбинационное устройство, позволяющее распознавать числа, представленные позиционным n-разрядным кодом. Если на входе дешифратора n-разрядный двоичный код, то на его выходе код «1 из N». В кодовой комбинации этого кода только одна позиция занята единицей, а все остальные — нулевые. Например, код «1 из N», содержащий четыре кодовые комбинации, будет представлен следующим образом:

1 0 0 0

0 1 0 0

0 0 1 0

0 0 0 1

Принцип работы дешифратора - фото 46 - изображение 46

Рис.1. Классификация дешифраторов и шифраторов

Такой код называют унитарным, поэтому дешифратор является преобразователем позиционного двоичного кода в унитарный. Так как возможное количество чисел, закодированных n-разрядным двоичным кодом, равно количеству наборов из n аргументов (N=2n), то дешифратор, имеющий n входов, должен иметь 2n выходов. Такой дешифратор называют полным. Если часть входных наборов не используется, то дешифратор называют неполным, и у него число выходов меньше 2n. Таким образом, в зависимости от входного двоичного кода на выходе дешифратора возбуждается только одна из выходных цепей, по номеру которой можно распознать входное число. Дешифратор выбирают так, чтобы число его входов соответствовало разрядности поступающих двоичных кодов. Число его выходов равно количеству различных кодов этой разрядности. Каждому цифровому коду на входах дешифратора (рис.2, а,б) соответствует лог.1 (или лог.0) на соответствующем выходе. Иными словами, каждый входной код адресует соответствующий выход, который при этом возбуждается. Поэтому входы дешифратора часто называют адресными. Стоящие возле входов цифры (1,2,4,...) показывают как соотносятся «веса» разрядов поступающего двоичного числа. Выходы дешифратора оцифрованы десятичными числами. Возбуждается тот выход, номер которого равен «весу» входного кода, разряды которого имеют обозначенные «веса», т.е. дешифратор расшифровывает (дешифрирует) число, записанное в двоичном коде, представляя его лог. 1 (лог. 0) на соответствующем выходе. Так, выход 5 возбуждается при входном коде 101, выход 6 - при входном коде 110 и т.д. Удобно представлять, что выход дешифратора отображает возбудивший его входной код.

Принцип работы дешифратора - фото 47 - изображение 47

Рис.2. Дешифратор с инверсным входом V

Вход V является входом разрешения работы. Если он инверсный (обозначен кружком как на рис.2), то для функционирования дешифратора на нем должен быть лог. 0 (достаточно этот вход соединить с общим проводом — землей). Прямой вход V через резистор соединяется с источником питания. Наличие входа разрешения расширяет функциональные возможности микросхемы.

Неполный дешифратор выбирают, когда некоторые значения адресных кодов не отражают физической реальности. Так, например, дешифратор, предназначенный для фиксации двоичных кодов десятичного разряда (в нем могут быть цифры 0, 1, 2 ... 9), должен иметь четыре входа (910 отображается как 10012). Однако комбинации, большие 10012 отображают не цифру, а число, и поэтому (хотя и могут появляться на входах) не должны фиксироваться на выходах, число которых может не превышать десяти.

Основу структуры дешифратора могут составлять элементы И; выход каждого из них является выходом дешифратора. Если этот выход должен быть возбужден, то на входах элемента И должны собираться лог.1. При этом разряды входного кода, в которых присутствуют единицы, должны поступать на входы элемента И непосредственно, а нулевые разряды должны инвертироваться.

Дешифраторы применяют для расшифровки адресов ячеек запоминающих устройств, высвечивания букв и цифр на мониторах, индикаторах и других устройствах. Чаще всего они являются встроенными в БИС, как, например, в полупроводниковых запоминающих устройствах, однако они выпускаются и в виде ИС среднего уровня интеграции.

Проиллюстрируем реализацию дешифраторов на примере полного дешифратора трехразрядных чисел. Таблица истинности дешифратора представлена в табл.1. Как видно, каждый выход у, равен единице только на одном наборе, поэтому работа дешифратора описывается восемью функциями — по числу выходов дешифратора, каждая из которых является конъюнкцией (логическим И) трех аргументов:

Принцип работы дешифратора - фотография 48 - изображение 48

Таблица 1

Таблица истинности дешифратора

Номера наборов Входы Выходы
x1 x2 x3 y0 y1 y2 y3 y4 y5 y6 y7

Схема трехразрядного полного дешифратора показана на рис.3. Для реализации одной функции у, нужен один трехвходовой конъюнктор. Так как на входах конъюнкторов присутствуют как прямые значения аргументов, так и инверсные, в схеме дешифратора необходимы три инвертора (рис.3,а).

Часто дешифраторы выполняют с управляемой синхронизацией, при которой дешифрация кода будет произведена во время подачи синхронизирующего импульса, поступившего на вход С, лишь при условии, что на вход EN подан разрешающий единичный сигнал (рис.3,б). Для реализации такого условия необходимы конъюнкторы с четырьмя входами, на четвертый вход которых поступает сигнал разрешения. Этот сигнал формируется двухвходовым конъюнктором при совпадении сигналов С и EN. Число контактов у стандартного корпуса несложной ИС ограничено (14,16 или 24), поэтому дешифраторы, выпускаемые в виде ИС, имеют небольшую разрядность входного кода (три, реже четыре). Так, например, в 16-контактном корпусе может быть помещен лишь трехразрядный полный дешифратор. Если требуется создать дешифратор большей разрядности, используют каскадное соединение дешифраторов небольшой разрядности. Дешифраторы широко применяются в системах управления технологическими процессами. Многие исполнительные устройства, такие как электродвигатель, исполнительный механизм на основе электромагнита, могут управляться всего двумя командами: «включить» и «выключить». При этом команде «включить» удобно сопоставить логическую «1», а команде «выключить» — логический «0».

Принцип работы дешифратора - фотография 49 - изображение 49

Принцип работы дешифратора - фото 50 - изображение 50

Рис.3. Линейный дешифратор на 3 кода: а) логическая схема;

б) условное обозначение дешифратора с входами синхронизации и разрешения

Для управления такими устройствами используют унитарные коды, в которых каждый разряд жестко связан с конкретным устройством. Количество управляемых устройств может составлять несколько десятков, и дешифратор должен иметь соответствующее число выходов. На рис.4 показана схема управления восемью исполнительными устройствами на основе дешифратора.

Принцип работы дешифратора - фотография 51 - изображение 51

Принцип работы дешифратора - фотография 52 - изображение 52

Принцип работы дешифратора - фото 53 - изображение 53

Рис.4. Схема управления исполнительными устройствами технологической системы

на основе дешифратора

Схема содержит восемь аналогичных цепей, обеспечивающих включение/отключение исполнительного устройства. Состояние исполнительного устройства фиксируется элементом памяти, в качестве которого чаще всего используется триггер. Верхний вход обеспечивает включение элемента, а нижний — выключение. Сигнал, определяющий включенное или выключенное состояние, поступает на соответствующие схемы И (верхние или нижние) всех элементов памяти, но воспринимается этот сигнал только тем элементом, который выбирается дешифратором. Для этого на схему управления вместе с сигналами ВКЛ/ВЫКЛ одновременно подается код, поступающий на дешифратор и определяющий номер исполнительного устройства. Сигнал с выхода элемента памяти усиливается и поступает в цепь включения исполнительного устройства. Здесь возможна установка оптронной гальванической развязки, электромагнитного реле, обеспечивающего подачу высокого включающего напряжения, например 220В, электромагнитного пускателя, подающего трехфазное напряжение на электродвигатель.

Шифраторы. Шифратор (coder) — это комбинационное устройство, выполняющее функции, обратные дешифратору. При подаче сигнала на один из его входов (унитарный код) на выходе должен образоваться соответствующий двоичный код.

Если число входов шифратора равно 2n, то число выходов, очевидно, должно быть равным n, т.е. числу разрядов двоичного кода, которым можно закодировать 2n ситуаций. При построении шифратора для получения на выходе натурального двоичного кода учитывают, что единицу в младшем разряде такого кода имеют нечетные десятичные цифры 1,3,5,7,..., т.е. на выходе младшего разряда должна быть 1, если она есть на входе № 1 или на входе № 3 и т. д. Поэтому входы под указанными номерами через элемент ИЛИ соединяются с выходом младшего разряда. Единицу во втором разряде двоичного кода имеют десятичные цифры 2,3,6,7,...; входы с этими номерами через элемент ИЛИ должны подключаться к выходу шифратора, на котором устанавливается второй разряд кода. Аналогично, входы 4,5,6,7,... через элемент ИЛИ должны быть соединены с выходом, на котором устанавливается третий разряд, так как их коды имеют в этом разряде единицу, и т. д.

Предыдущая12345678Следующая .

Тема: Составление схем дешифраторов, шифраторов, мультиплексоров

Принцип работы дешифратора - фото 54 - изображение 54

Цель работы 1. Ознакомление с принципом работы дешифраторов. 2. Исследование влияния управляющих сигналов на работу дешифраторов.

3. Реализация и исследование функциональных модулей на основе дешифраторов. Приборы и элементы.

Принцип работы дешифратора - фотография 55 - изображение 55

Логический преобразователь Генератор слов Вольтметр Логические пробники Источник напряжения 5 В Генератор слов Генератор тактовых импульсов Двух позиционные переключатели Демультиплексор Источник сигнала «логическая единица» Логические пробники Микросхема 74138 - дешифратор 3x8 Теоретические сведения 1. Комбинационные схемы.

Комбинационной схемой называется логическая схема, реализующая однозначное соответствие между значениями входных и выходных сигналов. Для реализации комбинационных схем используются логические элементы, выпускаемые в виде интегральных схем. В этот класс входят интегральные схемы дешифраторов, шифраторов, мультиплексоров, демультиплексоров, сумматоров. 2. Дешифраторы.

Дешифратор - логическая комбинационная схема, которая имеет n информационных входов и 2n выходов. Каждой комбинации логических уровней на входах будет соответствовать активный уровень на одном из 2n выходов. Обычно n равно 2,3 или 4. На рис. 1 изображен дешифратор1 с n = 3, активным уровнем является уровень логического нуля. На входы С, В, А можно подать следующие комбинации логических уровней; 000, 001, 010...111, всего 8 комбинаций. Схема имеет 8 выходов, на одном из которых формируется низкий потенциал, на остальных - высокий. Номер этого единственного выхода, на котором формируется активный (нулевой) уровень, соответствует числу N. определяемому состоянием входов С, В, А следующим образом: N = С·22 В·21 А·20. Например, если на входы подана комбинация логических уровней 011, то из восьми выходов микросхемы (Y0, Y1...Y7) нa выходе с номером N=3 установится нулевой уровень сигнала (Y3=0), a все остальные выходы будут иметь уровень логической единицы. Этот принцип формирования выходного сигнала можно описать следующим образом:

Принцип работы дешифратора - фотография 56 - изображение 56

Видно, что уровень сигнала на выходе Y3 описывается выражением:

Принцип работы дешифратора - фото 57 - изображение 57

В таком же виде можно записать выражения для каждого выхода дешифратора:

Принцип работы дешифратора - фото 58 - изображение 58

Принцип работы дешифратора - фото 59 - изображение 59

Помимо информационных входов А, В, С дешифраторы обычно имеют дополнительные входы управления G. Сигналы на этих входах, например, разрешают функционирование дешифратора или переводят его в пассивное состояние, при котором, независимо от сигналов на информационных входах, на всех выходах установится уровень логической единицы. Можно сказать, что существует некоторая функция разрешения, значение которой определяется состояниями управляющих входов.

Разрешающий вход дешифратора может быть прямым или инверсным. У дешифраторов с прямым разрешающим входом активным уровнем является уровень логической единицы, у дешифраторов с инверсным входом - уровень логического нуля. На рис. 1 представлен дешифратор с одним инверсным входом управления.

Принцип работы дешифратора - фотография 60 - изображение 60

Рис. 1

Принцип формирования выходного сигнала в этом дешифраторе с учетом сигнала управления описывается следующим образом:

Принцип работы дешифратора - фотография 61 - изображение 61

У дешифратора с несколькими входами управления функция разрешения, как прави­ло, представляет собой логическое произведение всех разрешающих сигналов управления. Например, для дешифратора 74138 с одним прямым входом управления G1 и двумя инверсными G2A и G2B (рис. 2)

Принцип работы дешифратора - фото 62 - изображение 62

Рис. 2 функции выхода Yi и разрешения G имеют вид:

Принцип работы дешифратора - фото 63 - изображение 63

Принцип работы дешифратора - изображение 64 - изображение 64

Обычно входы управления используются для каскадирования (увеличения разрядности) дешифраторов или при параллельной работе нескольких схем на общие выходные линии. 3. Использование дешифратора в качестве демулътнплексора. Дешифратор может быть использован и как демультиплексор - логический коммутатор, подключающий входной сигнал к одному из выходов. В этом случае функцию информационного входа выполняет один из входов разрешения, а состояние входов С, В и А задает номер выхода, на который передается сигнал со входа разрешения. Порядок проведения экспериментов Эксперимент 1. Исследование принципа работы дешифратора 3x8 в основном режиме. Откройте файл с13_01 со схемой, изображенной на рис. 3. Включите схему. Подайте на вход G уровень логической единицы. Для этого клавишей G ключ G установить в верхнее положение. Определите и запишите уровни сигналов на выходах Y0...Y7 в таблицу истинности при G = 1 (табл. 1 в разделе «Результаты экспериментов»). Подайте на вход G уровень логического нуля (ключ G установите в нижнее положение). Убедитесь, что дешифратор перешел в рабочий режим и на одном из выходов установился уровень логического нуля. Подавая все возможные комбинации уровне логических сигналов на входы А, В, С с помощью одноименных ключей и определяя с помощью логических пробников уровни логических сигналов на выходе схемы, заполните таблицу истинности дешифратора при G=0 (табл. 1. в разделе «Результаты экспериментов»).

Принцип работы дешифратора - фотография 65 - изображение 65

Рис. 3 Эксперимент 2. Исследование принципа работы дешифратора 3x8 в режиме 2x4. а). В схеме рис. 3 подключите вход С к общему проводу (земле), задав С=0 (рис. 4). Изменяя уровни сигналов на входах В и А и наблюдая уровни сигналов на выходах схемы, с помощью пробников заполните таблицу истинности дешифратора (табл. 2 в разделе «Результаты экспериментов». Укажите выходы, на которых уровень сигнала не меняется. б). Проделайте пункт а) при С=1, для чего вход С подключите к источнику логической единицы. Заполните таблицу истинности дешифратора (табл. 3 в разделе «Результаты экспериментов»). в). Проделайте пункт а), заземлив вход В (В=0), а на входы А и С подавая все возможные комбинации логических уровней. Заполните таблицу истинности (табл. 4 в разделе «Результаты экспериментов»), там же укажите номера выходов, на которых уровень логического сигнала не изменяется.

Принцип работы дешифратора - изображение 66 - изображение 66

Рис. 4

Эксперимент 3. Исследование работы дешифратора в качестве демультиплексора. Откройте файл с13_02 со схемой, изображенной на рис. 5. Включите схему. В пошаговом режиме работы генератора слов подайте на входы С, В, А демультиплексора слова, эквивалентные числам от 0 до 7. Наблюдая при помощи логических пробников уровни сигналов на выходах, заполните таблицу функционирования (табл. 5 в разделе «Результаты экспериментов»). Убедитесь, что изменяющийся сигнал на входе G поочередно появляется на выходах дешифратора.

Принцип работы дешифратора - фотография 67 - изображение 67

Рис. 5 ^ Эксперимент 4. Исследование дешифратора 3x8 с логической схемой на выходе.

Откройте файл с13_03 со схемой, изображенной на рис. 6. Включите схему. Установите генератор слов в пошаговый режим. Последовательно подавая слова от генератора на вход схемы и наблюдая уровень логического сигнала на выходе схемы с помощью логического пробника, составьте таблицу истинности функции F, реализуемой схемой на выходе (табл. 6 в разделе «Результаты экспериментов»). По таблице запишите аналитическое выражение функции и занесите полученное выражение в раздел «Результаты экспериментов».

Принцип работы дешифратора - фотография 68 - изображение 68

Рис. 6 ^ Эксперимент 5. Исследование микросхемы 74138.

а). Откройте файл с13_04 (рис. 7). Установите генератор слов в пошаговый режим. Включите схему. С помощью соответствующих ключей установите состояние управляющих входов Gl=0, G2A=G2B=1. Подавая на входы А, В, С слова от генератора слои и наблюдая состояние выходов с помощью логических пробников, заполните таблицу функционирования дешифратора 74138 (табл. 7 и разделе «Результаты экспериментов»).

б). Повторите операции пункта а) при G1=G2A=1, G2B=0. Заполните таблицу функционирования дешифратора 74138 (табл. 8 в разделе «Результаты экспериментов»).

в). Повторите операции пункта а) при G1 = 1, G2A=G2B=0. Заполните таблицу функционирования дешифратора 74138 (табл. 9 в разделе «Результаты экспериментов»).

Принцип работы дешифратора - фотография 69 - изображение 69

Рис. 7 Эксперимент 6. Исследование микросхемы 74138 с помощью логического анализатора.

Откройте файл с13_05 (рис. 8). Установите генератор слов в пошаговый режим. Включите схему. С помощью соответствующих ключей установите состояние управляющих входов G1=1, G2A=G2B=0. Подавая слова от генератора слов, получите временные диаграммы работы дешифратора на экране логического анализатора и зарисуйте их в разделе «Результаты экспериментов». Сопоставьте временные диаграммы с таблицей 9.

Принцип работы дешифратора - фотография 70 - изображение 70

Рис. 8

Результаты экспериментов

Дешифраторы

Принцип работы дешифратора - фото 71 - изображение 71

Дешифратор – это устройство, которое преобразует двоичный n-разрядный код в 2n-разрядный унитарный двоичный код. Унитарным кодом называется такой двоичный код, у которого состояние одного двоичного разряда противоположно состоянию всех остальных разрядов, т. е. если все разряды равны 0, то только один разряд равен 1. Таким образом, дешифратор имеет n входов и 2n выходов. Дешифраторы обозначаются латинскими буквами DC (декодер). Разрядность дешифратора считается по числу входных переменных. Так, при n=2 дешифратор называется двухразрядным, при n=3 трехразрядным и т. д. Если DC имеет 2n выходов, то он называется полным, в противном случае неполным. Например, двухразрядный полный DC может формировать на выходах один из следующих кодов: 1000, 0100, 0010, 0001. Такой DC называется DC с прямыми выходами. Если DC формирует на выходе коды 0111, 1011, 1101, 1110, то он называется инверсным. На схемах дешифраторы обозначают так, как показано на рис. 8.1.

Принцип работы дешифратора - изображение 72 - изображение 72

Рис. 8.1. Обозначения дешифраторов:

а – полный двухразрядный DC с прямыми выходами;

б – полный двухразрядный DC с инверсными выходами;

в – полный трехразрядный DC с прямыми выходами;

г – полный трехразрядный DC с инверсными выходами

Выход, имеющий противоположное по отношению к остальным выходам значение, называется возбужденным.

В обозначениях дешифраторов различают несколько полей:

¨ n-разрядное адресное поле (обозначено буквой А) показывает, сколько разрядов имеет входной код, где цифры 0 и 1 показывают вес разряда двоичного кода (0 – младший разряд, 1 – старший разряд кода и т. д.);

¨ выходное поле (обозначений может не иметь) содержит 2n выходов. Выходные функции дешифратора с инверсными выходами обозначаются инверсиями;

¨ поле Е – поле управляющего входа может присутствовать (рис. 8.1) или отсутствовать (рис. 8.6, б), и тогда его в обозначении DC опускают. Назначение этого входа рассмотрено ниже. На рис. 8.2 приведены таблица истинности DC, изображенного на рис. 8.1 (а) и БФ всех его выходов. На рис. 8.3 приведены таблица истинности DC, изображенного на рис. 8.1 (б) и БФ всех его выходов.

Принцип работы дешифратора - изображение 73 - изображение 73

Рис. 8.2. Таблица истинности и булевы функции выходов двухразрядного дешифратора с прямыми выходами

Принцип работы дешифратора - фотография 74 - изображение 74

Рис. 8.3.Таблица истинности и булевы функции выходов двухразрядного

дешифратора с инверсными выходами

При поступлении на вход дешифратора двоичного кода 00 (0 десятичного кода) возбуждается выход 0, при поступлении кода 01 (1) возбуждается выход 1 и т. д.

В таблице истинности DC, в любом столбце k (рис. 8.2) только одна единица, а в табл. 8.3 только один ноль, т. е. функция Yk фактически описывается конституентой единицы для дешифратора с прямыми выходами и конституентой нуля для дешифратора с инверсными выходами. Схемы дешифраторов представлены на рис. 8.4 (а) и рис. 8.4 (б).

Принцип работы дешифратора - изображение 75 - изображение 75

Рис. 8.4. Схемы двухразрядных дешифраторов:

а – с прямыми выходами; б – с инверсными выходами

Введем еще одну переменную Е, на которую умножим булеву функцию каждого выхода DC:

Принцип работы дешифратора - фотография 76 - изображение 76

Принцип работы дешифратора - изображение 77 - изображение 77

Рис. 8.5. Схемы управляемых дешифраторов:

а – с прямыми выходами; б – с инверсными выходами

При Е=0 У0=У1=У2=У3=0 (рис. 8.5, а), а при Е=1 функции выходов принимают значения в зависимости от входного кода. Вход Е называют управляющим входом или входом стробирования. При Е=0 дешифратор «выключается», т. е. все выходы неактивны, а при Е=1 «включается» в работу. Такие дешифраторы называют управляемыми. Схемы управляемых дешифраторов представлены на рис. 8.5.

В цифровых устройствах принято так строить узлы, чтобы на основе малоразрядных устройств можно было строить многоразрядные. Продемонстрируем это на примере двухразрядного дешифратора.

Задача 8.1. Построить дешифратор трехразрядного двоичного кода на двухразрядных управляемых дешифраторах.

Для решения задачи сначала рассмотрим таблицу истинности трехразрядного дешифратора (табл. 8.1):

Таблица 8.1.

Таблица истинности трехразрядного дешифратора

  Х1 Х2 Х3 У0 У1 У2 У3 У4 У5 У6 У7

Запишем систему булевых функций выходов дешифратора:

Принцип работы дешифратора - фотография 78 - изображение 78

Переобозначим переменные

Принцип работы дешифратора - изображение 79 - изображение 79

, перепишем систему функций и преобразуем таблицу истинности:

Принцип работы дешифратора - фото 80 - изображение 80

Таблица 8.2

Преобразованная таблица истинности трехразрядного

дешифратора

Принцип работы дешифратора - фотография 81 - изображение 81

Анализ табл. 8.2 показывает, что переменные z1 и z0 в верхней и нижней части таблицы принимают одни и те же значения. Поэтому их можно подать на адресные входы А0 и А1 двухразрядных дешифраторов. При поступлении на входы одинаковых комбинаций z1 и z0 у обоих дешифраторов будут возбуждаться одни и те же выходы. Но если на управляющий вход дешифратора DC1 подать инверсную переменную

Принцип работы дешифратора - фотография 82 - изображение 82

, а на вход DC2 прямую переменную Е, то:

¨ при Е=0 DC2 отключится, т. е. У4=У5=У6=У7=0, но выходы DC1 будут возбуждаться в соответствие с кодами z1z0, т. к.

Принцип работы дешифратора - фото 83 - изображение 83

;

¨ при Е=1, наоборот, отключится DC1 У0=У1=У2=У3=0, DC2 будет работать в соответствие с кодами z1z0.

Схема включения дешифраторов показана на рис. 8.6 (а), на рис. 8.6 (б) показано обозначение трехразрядного неуправляемого дешифратора, построенного на двух двухразрядных дешифраторах в соответствии с табл. 8.1.

Принцип работы дешифратора - фото 84 - изображение 84

Рис. 8.6. Схема и обозначение трехразрядного дешифратора:

а – схема трехразрядного дешифратора, собранного из двухразрядных дешифраторов; б - обозначение трехразрядного дешифратора на схемах

Задача 8.2.Построить схему четырехразрядного дешифратора двоичного кода на дешифраторах меньшей разрядности. Для решения задачи с помощью двухразрядных дешифраторов преобразуем таблицу истинности следующим образом (рассмотрим только левую часть таблицы).

Из табл. 8.3 видно, что дешифраторы DC2, DC3, DC4, DC5 дешифрируют одинаковые коды переменных х3х4. Дешифратор DC1 декодирует одну из комбинаций переменных х1х2 и в зависимости от нее включает в работу один из этих дешифраторов (рис. 8.7). Для работы DC1 на его вход Е необходимо подать постоянный сигнал, равный логической единице.

Таблица 8.3

Таблица истинности четырехразрядного дешифратора

Принцип работы дешифратора - фотография 85 - изображение 85

Принцип работы дешифратора - изображение 86 - изображение 86

Рис. 8.7. Четырехразрядный дешифратор, построенный на двухразрядных дешифраторах

Эту задачу можно решить и с использованием трехразрядных дешифраторов (рис. 8.8). При этом переменная х1 и ее инверсия включают или отключают дешифраторы DC1 или DC2.

Принцип работы дешифратора - фотография 87 - изображение 87

Рис. 8.8. Четырехразрядный дешифратор, построенный на трехразрядных дешифраторах

Источники:

Понравилась статья? Расскажите друзьям:
Оцените статью, для нас это очень важно:
Проголосовавших: 1 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

Оставить комментарий:

Отправить

Полезные сервисы:

Опрос: Насколько Вам помогла информация на нашем сайте? (Кол-во голосов: 193)
Сразу все понял
Не до конца понял
Пришлось перечитывать несколько раз
Вообще не понял
Как я сюда попал?
Чтобы проголосовать, кликните на нужный вариант ответа. Результаты