Шаблон. Пособие ИМПС. Практикум по интегральной и микропроцессорной схемотехнике

• Название: Практикум по интегральной и микропроцессорной схемотехнике
• Анкор: Шаблон
• Дата: 13.09.2022
• Размер: 1.32 Mb.
• Имя файла: Пособие ИМПС.docx
• Тип: Практикум; #674767
• страница: 8 из 54

Содержание лабораторной работы Задание:

Согласно данным для каждого варианта, приведенным в таблице (файл Варианты (Lmps3-5.xls), спроектировать и реализовать шифратор. В отчете должны содержаться все этапы проектирования, схема шифратора и выводы о проделанной работе.

Контрольные вопросы

1. 
   Что такое унитарный код?
   
2. 
   Расскажите о таблице соответствия для вашего варианта?
   
3. 
   Что вам известно об ИМС К155ИВ3 и К155ИВ1?
   

Лабораторная работа № 4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ДЕШИФРАТОРА

1. 
   Цель работы: Изучить работу дешифратора и научиться его проектировать.
   

2. Краткие сведения из теории

Дешифратором, или декодером называется комбинационное логическое устройство для преобразования чисел из двоичной системы счисления в десятичную.

Дешифратор преобразует входной позиционный код в выходной унитарный.

Согласно определению, дешифратор относится к классу преобразователей кодов. Здесь также понимается, что каждому входному двоичному числу ставится в соответствие сигнал, формируемый на определенном выходе устройства. Таким образом, дешифратор выполняет операцию, обратную шифратору.

Если число адресных входов дешифратора nсвязано с числом его выходов m соотношением m=2ⁿ, то дешифратор называют полным.В противном случае, т.е. если m < 2ⁿ, дешифратор называют неполным.

В условных обозначениях дешифраторов и шифраторов используются буквы DC и CD (от слов decoder и coder соответственно).

Рассмотрим устройство, на входы которого поступают позиционные коды десятичных цифр 0, 1, …, 9, а выходные сигналы подаются на элементы индикации (например, светодиоды).

Очевидно, что каждая входная комбинация должна отображаться свечением только одного какого-нибудь элемента индикации, т.е. выходной код сугубо унитарный. В качестве входного кода выберем простой двоичный код с разрядностью n= 5, число входных комбинаций N₁ = 2ⁿ= 32. У выходного кода N₂ = k = 10, примем для него высокий активный уровень.

Этапы проектирования дешифратора:

1. 
   Проектирование дешифратора начинается с построения таблицы соответствия (таблица 4.1).
   

Входные переменные в ней обозначены символами А, В, С, D, E выходные – Y0…Y9. Число строк таблицы равно минимальному из чисел N₁и N₂и составляет 10.

2. 
   Вторым этапом является получение формул, выражающих каждую выходную переменную через входные. Каждая выходная переменная равна
   

«логической 1» в единственном случае, при определенной входной комбинации. В частности, переменная Y0 = 1 только тогда, когда и A, и B, и C, и D, и E – все одновременно равны «логическому 0». Все 5 входных переменных входят в формулу в качестве сомножителей логического

произведения, а равенство этих переменных «логического 0» в данной комбинации требует, чтобы логически перемножались инверсные значения этих переменных.
Таблица 4.1 Таблица соответствия

Цифра	Входы						Выходы
	A	B	C	D	E	Y9		Y8	Y7	Y6	Y5	Y4	Y3	Y2	Y1	Y0
0	0	0	0	0	0	0		0	0	0	0	0	0	0	0	1
1	1	0	0	0	1	0		0	0	0	0	0	0	0	1	0
2	1	0	0	1	0	0		0	0	0	0	0	0	1	0	0
3	0	0	0	1	1	0		0	0	0	0	0	1	0	0	0
4	1	0	1	0	0	0		0	0	0	0	1	0	0	0	0
5	0	0	1	0	1	0		0	0	0	1	0	0	0	0	0
6	0	0	1	1	0	0		0	0	1	0	0	0	0	0	0
7	1	0	1	1	1	0		0	1	0	0	0	0	0	0	0
8	1	1	0	0	0	0		1	0	0	0	0	0	0	0	0
9	0	1	0	0	1	1		0	0	0	0	0	0	0	0	0

Полный набор формул для всех выходных переменных, полученных путем подобных рассуждений, имеет следующий вид:

· · · · ·

· · · · ·

Из полученных формул видно, что для построения схемы дешифратора требуется 10 элементов типа 5И (5-входовой элемент «И»).

3. 
   Следующим этапом является минимизация логической схемы. Наиболее простым методом является метод, основанный на использовании матриц Карно.
   

Карты Карно были изобретены в 1952 году Эдвардом В. Вейчем и усовершенствованы в 1953 году Морисом Карно, физиком из «Bell Labs», и были призваны помочь упростить цифровые электронные схемы.

Карта Карно – графический способ минимизации переключательных (булевых) функций, обеспечивающий относительную простоту работы с большими выражениями.

Карта Карно может быть составлена для любого количества переменных, однако удобно работать при количестве переменных не более пяти. По сути Карта Карно – это таблица истинности, составленная в 2-х мерном виде.

Если необходимо получить минимальную ДНФ, то в Карте рассматриваем только те клетки, которые содержат единицы, если нужна КНФ, то рассматриваем те клетки, которые содержат нули. Сама минимизация производится по следующим правилам (на примере ДНФ):

1. 
   Объединяем смежные клетки, содержащие единицы в область так, чтобы одна область содержала 2ⁿклеток (крайние строки и столбцы являются соседними между собой), в области не должно находиться клеток, содержащих нули;
   
2. 
   Область должна располагаться симметрично оси (оси располагаются через каждые четыре клетки);
   
3. 
   Не смежные области, расположенные симметрично оси, могут объединяться в одну;
   
4. 
   Область должна быть как можно больше, а количество областей как можно меньше;
   
5. 
   Области могут пересекаться;
   
6. 
   Возможно несколько вариантов накрытия.
   

Необходимо составить 11 бланков матриц, каждый на 5 входных переменных. Одна из матриц (вспомогательные, с именем «Цифры») будет указывать местоположения цифр 0, 1, ..., 9 в соответствии с их входными кодовыми комбинациями, упрощая процедуру заполнения бланков основных матриц, которые отводятся для выходных переменных Y0, Y1,

..., Y9. После заполнения в каждой из основных матриц содержится по 10 символов (1 единица и 9 нулей) и по 22 пустых клетки (на запрещенных входных комбинациях). Такие матрицы называются недоопределенными (или не полностью определенными), минимизация заключается в их рациональном доопределении, под которым понимается замена пустых клеток на 0 или 1. Целью минимизации является упрощение формул.

Матрицы Карно для схемы проектируемого дешифратора приведены на рисунке 4.1.




«Цифры» Y0 Y1 Y2

C C C C E E E E E E E E

0		3		6		5
	9
8
	1		2		7		4

1		0		0		0
	0
0
	0		0		0		0

0		0		0		0
	0
0
	1		0		0		0

0		0		0		0
	0
0
	0		1		0		0

B B B B A A A A





D D D D

Y3 Y4 Y5 Y6



C C C C E E E E E E E E

0		1		0		0
	0
0
	0		0		0		0

0		0		0		0
	0
0
	0		0		0		1

0		1		0		0
	0
0
	0		0		0		0

0		0		0		0
	0
0
	0		0		1		0

B B B B A A A A





D D D D

Y7 Y8 Y9


C C C E E E E E E

0		0		0		0
	0
0
	0		0		1		0

0		0		0		0
	0
1
	0		0		0		0

0		0		0		0
	1
0
	0		0		0		0

B B B

A A A




D D D
Рисунок 4.1 – Матрицы Карно для схемы дешифратора Из полученных матриц теперь необходимо вывести формулы:

·
	·

В результате минимизации мы получили минимально необходимый набор логических элементов, достаточный для реализации данной схемы, а именно: 8 элементов 3И и 2 элемента 2И.

4. Пользуясь полученными результатами необходимо построить схему. Пример реализации схемы для данного случая приведен на рисунке 4.2.

Дешифраторы, как самостоятельные изделия электронной техники имеют 4, 8 или 16 выходов. Если требуется большее число выходов, дешифраторы соединяют каскадно.

В серийных ИМС дешифраторов универсального типа выходы всегда инверсные, т.е. в исходном состоянии на его выходах сигнал логической единицы. Это обусловлено использованием данных микросхем в устройствах, в которых сигнал выбора, как правило, должен иметь низкий уровень.

Рассмотрим дешифратор 74154 (российский аналог К155ИД3). Его обозначение приведено на рисунке 4.3. Микросхема имеет четыре адресных входа А, В, С, D, два инверсных входа разрешения , ,

шестнадцать выходов 0…15. На вывод VCC подается питание +5В, вывод GND является общим.