ЛЗ 2. Исследование работы шифраторов и дешифраторов Цель работы

• Название: Исследование работы шифраторов и дешифраторов Цель работы
• Дата: 07.10.2021
• Размер: 267.5 Kb.
• Имя файла: ЛЗ 2.doc
• Тип: Исследование; #242945

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2

Исследование работы шифраторов и дешифраторов

Цель работы:

Изучить назначение, принцип работы шифраторов и дешифраторов.

Краткие теоретические сведения

Дешифратор (decoder) - комбинационное цифровое устройст­во с n входами и выходами (если дешифратор полный), осуществляющее преобразование входного двоичного n-разрядного числа в сигнал "1" ("0") только на одном соответствующем входному числу выходе. Дешифратор распознаёт числа, предcrлвленные по­зиционным n-разрядным кодом. Распознавание дешифратором двоичных чисел заключается в том, что в зависимости от номера набора, поступившего на его вход, сигнал 1 появится только на од­ном определенном выходе, а на всех остальных выходах будут сиг­налы 0 (такой код называют унитарным, поэтому дешифратор - это преобразователь позиционного двоичного кода в унитарный). Функционирование дешифратора описывается системой логических выражений вида:

y=mi; i=0,... -1

где mi - минтерм n-входных переменных.

Дешифраторы могут быть полными и неполными. У пол­ного дешифратора n входам соответствует выходов. У непол­ного дешифратора число выходов N < . По способу организации дешифрации двоичного кода дешифраторы подразделяют на ступенчатые (линейные) и многоступенчатые - (пирамидальные, матричные).

Проиллюстрируем синтез дешифраторов на примере полного дешифратора трёхразрядных чисел. Таблица истинности дешифратора (табл. 1) представляет ряд единиц, расположенных по диагонали таб­лицы, а в остальных клетках которой стоят нули.

Таблица 1

№	Входы			Выходы
	X3	X2	X1	Y0	Y1	Y2	Y3	Y4	Y5	Y6	Y7
0	0	0	0	1	0	0	0	0	0	0	0
1	0	0	1	0	1	0	0	0	0	0	0
2	0	1	0	0	0	1	0	0	0	0	0
3	0	1	1	0	0	0	1	0	0	0	0
4	1	0	0	0	0	0	0	1	0	0	0
5	1	0	1	0	0	0	0	0	1	0	0
6	1	1	0	0	0	0	0	0	0	1	0
7	1	1	1	0	0	0	0	0	0	0	1

Выходы дешифратора имеют нумерацию, совпадающую с десятичным представлением двоичного числа от 0 до - 1 . Ес­ли, например, двоичное число на входе имеет код 101 (табл. 1), то единичный сигнал будет только на пятом выходе дешифратора , т.е.­ Z5=1, а на остальных выходах будут нули. Работа этого дешифратора описывается восемью логическими функциями. Со­ставленные пo единицам они имеют вид:

Каждая из функций представляет конъюнкцию трёх пере­менных, а значит, может быть реализована на трехвходовых схе­мах И. Число элементов одноступенчатого дешифратора опреде­ляется числом выходов.

На рис. 3.1,а показана принципиальная схема дешифрато­ра, построенного по функциям (3.1), а на рис. 3.1б – его условное графическое обозначение. ­

а)


б)
Рис.3.1. а – принципиальная схема линейного дешифратора,

б – условное графическое обозначение дешифратора.
Шифратор - это логическое устройство, выполняющее преобразование позиционного кода в n разрядный двоичный код. Таким образом, шифратор - это комбинационное устройство, реализующее обратную дешифратору функцию.

Полный двоичный шифратор имеет входов и n выходов. Одно из основных применений шифратора - ввод данных с кла­виатуры, при котором нажатие любой клавиши с десятичной цифрой должно приводить к передаче в устройство двоичного кода данной цифры. В этом слyчае нужен неполный шифратор с десятью входами и четырьмя выходами.

Таблица функиионирования шифратора (табл. 2) имеет вид:
Таблица 2

Входы X	Выходы
Десятичное число	Двоичный код
	Y3	Y2	Y1	Y0
0	0	0	0	0
1	0	0	0	1
2	0	0	1	0
3	0	0	1	1
4	0	1	0	0
5	0	1	0	1
6	0	1	1	0
7	0	1	1	1
8	1	0	0	0
9	1	0	0	1

Из табл. 2 следует, что

Y0 = X1 X3 X5 X7 X9;

Y1 = X2 X3 X6 X7; (3.5)

Y2 = X4 X5 X6X7;

Y3 = X8 X9

Для реализации шифратора на элементах И-НЕ необходи­мо выражения (3.5) преобразовать по теореме де Моргана:

Y0 =

Y1 =

Y2 = (3.6)

Y3 =


Рис 3.2. Схема шифратора на элементах ИЛИ – НЕ.


В соответствии с равенствами (3.5) и (3.6) строится шиф­ратор на элементах ИЛИ-НЕ показанный на рис. 3.2. Поскольку аргумент Х0 не входит ни в одну из логических функций (3.5), то шина Х0 остается незадействованной. Это означает, что при единичном сигнале на входе Х0 на выходе шифратора окажется нулевой набор.

Ре­а­ли­за­ция пе­ре­клю­ча­ю­щих фу­н­к­ций на деши­ф­ра­то­рах

Реализацию пе­ре­клю­ча­ю­щих фу­н­к­ций на де­ши­ф­ра­то­рах рассмотрим на примере функции, заданной таблицей истинности (табл.3.3).

Таблица 3.3

Минтерм		Входы			Выход
mi		X3	X2	X1	Y
m0		0	0	0	1
m1	-	0	0	1	0
m2	-	0	1	0	0
m3		0	1	1	1
m4		1	0	0	0
m5		1	0	1	1
m6		1	1	0	1
m7	-	1	1	1	0

Реализуемая функция в виде СДНФ:

Y1=m0+m3+m5+m6, (3.4)

в инверсном виде (по нулям):

. (3.5)

Применив теорему де Моргана к (4.1), получим:

. (3.6)

Схемные реализации полученных функций приведены на рис.3.3, 3.4 и 3.5.



Рис.3.3-Схемная реализация функции по (3.4)


Рис.3.4-Схемная реализация функции по (3.5)


Рис.3.5-Схемная реализация функции по (3.5)

Порядок выполнения работы

1. 
   Синтез схемы управления семисегментным индикатором
   

Р

Схема управления
азработайте, соберите и испытайте схему управления семисегментным индикатором следующего вида:




Выходные разъемы a, b, c, d, e, f, g управляют соответствующими светящимися элементами индикатора.

2. 
   Исследование работы дешифратора.
   

Рис.3.3. Схема дешифратора

1. 
   Запустить программу Electronics Workbench.
   
2. 
   Собрать схему дешифратора (рис. 3.3).
   
3. 
   Для исследования работы схемы ее необходимо включить, щелкнув мышью 1 раз по переключателю, расположенному в правом верхнем углу (1– вкл., 0 – выкл.).
   
4. 
   Подать на входы Х1 ... Х3 дешифратора (цифры от 0 до 7 в двоичном коде) в соответствии с таблицей 1. Входы дешифратора представляют собой ключи , каждому из которых соответствует своя клавиша на клавиатуре для переключения их из нижнего положения в верхнее и наоборот. Ключу Х1 соответствует клавиша “1” , Х2 – “2” , Х3 – “3”. Нажатие на клавишу меняет его положение. Чтобы подать на вход “0” нужно поставить ключ в нижнее положение, “1” – в верхнее.
   
5. 
   Результаты Y1…Y7 занести в таблицу 3
   

Таблица 3

№	Входы			Выходы
	X3	X2	X1	Y0	Y1	Y2	Y3	Y4	Y5	Y6	Y7
0	0	0	0
1	0	0	1
2	0	1	0
3	0	1	1
4	1	0	0
5	1	0	1
6	1	1	0
7	1	1	1

3. 
   Исследование работы шифратора.
   
   1. 
      Собрать схему шифратора (рис.3.4). Для исследования работы схемы ее необходимо включить, щелкнув мышью 1 раз по переключателю, расположенному в правом верхнем углу (1– вкл., 0 – выкл.).
      
   2. 
      Подать на входы шифратора X0…X9 логические единицы последовательно (но только та один из ключей т.е. сперва на нулевой, потом на первый, второй и т.д.), в соответствии с таблицей 1.9. Управление ключами осуществляется с клавиатуры. Ключу Х0 соответствует клавиша 0, Х1 — клавиша ‘1’, Х2 – 2,..., Х9 – 9. Верхнее положение ключа ‘1’, нижнее – ‘0’.
      

3. 
   

   Таблица 4
   Входы X	Выходы
   Десятичное число	Двоичный код
   	Y3	Y2	Y1	Y0
   0
   1
   2
   …
   9

   Результаты Y0…Y3 занести в таблицу 4.
   

Рис.3.3. Схема шифратора

3. 
   С интез дешифратора
   

Разработайте, соберите и испытайте на основе дешифратора 3х8 (рис.3.4.) и заданных в таблице элементов — 2И, И-НЕ, 2И-НЕ или 2ИЛИ‑НЕ — схему, реализующую заданную функцию F.

(На входе разрешения установить активный уровень.)
Рис.3.4.
Таблица 5

Вариант	Функция F	Примечания
1		Элементы И-НЕ
2		-«-
3		-«-
4		-«-
5		-«-
6		-«-
7		Элементы 2И-НЕ
8		-«-
9		-«-
10		-«-
11		-«-
12		-«-
13		-«-
14		-«-
15		Элементы 2И
16		-«-
17		-«-
18		-«-
19		-«-
20		-«-
21		-«-
22		-«-
23		Элементы 2ИЛИ-НЕ
24		-«-
25		-«-

Содержание отчета

Отчет должен содержать:

1. 
   название и номер работы; цель работы; теоретические сведения о шифраторах и дешифраторах и алгоритмы их работы;
   
2. 
   схему управления семисегментным индикатором;
   
3. 
   схемы исследуемых дешифратора и шифратора; таблицы с результатами моделирования;
   
4. 
   схему, реализующую переключательную функцию F (таблица 5);
   
5. 
   выводы.
   

Контрольные вопросы

1. 
   Что такое дешифратор?
   
2. 
   Какие логические функции выполняет дешифратор?
   
3. 
   Как на основе дешифратора сделать логическую схему, реализующую функцию ?
   
4. 
   Как из двух дешифраторов 2х4 сделать один дешифратор 3х8?
   

Литература

1. 
   А.П.Корчинский, Основы цифровой схемотехники: Учебн. пособие. – К.: КМУГА, 2000. – 276с.
   
2. 
   В.И.Зубчук, В.П.Сигорский, А.Н.Шкуро Справочник по цифровой схемотехнике. – К.: Высш. шк., 1989. – 424с.
   
3. 
   Панфилов Д.И., Чепурин И.Н., Миронов В.Н., Обухов С.Г., Шитов В.А., Иванов В.Г. Электротехника и электроника в экспериментах и упражнениях: Практикум на Electronics Workbench: В 2 т. / Под общей ред. Д.И.Панфилова – 2000. – Т.2: Электроника. – М.: ДОДЭКА. – 288с.
   
4. 
   Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IBM PC. Программа Electronics Workbench и ее применение. – 2000. – М.: Солон-Р. – 506с.