Читайте также:
|
ИНСТРУКТИВНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
по проведению практического занятия
на тему: "Исследование и синтез комбинационных схем(Шифраторы и дешифраторы)"
Выполнили:
студенты 513 класса
Каплунова В., Бойченко В.
Проверил:
Преподаватель кафедры КС
Пахомова А.А.
Севастополь – 2012 г.
Исследование комбинационных логических устройств
Цель работы - изучение схемы и принципов работы комбинационных логических устройств: преобразователей кодов, шифраторов, дешифраторов, мультиплексоров, демультиплексоров, сумматоров и устройств вычитания.
Теоретические сведения и методические указания
Преобразователи кодов, шифраторы, дешифраторы
Функциональные узлы комбинационного типа характеризуются однозначным соответствием исходных сигналов допустимым комбинациям сигналов на входе и не зависят от последовательности их изменения. Для построения комбинационного функционального узла должно быть задано все множество кодов (слов) и соответствующий им набор исходных кодов или система уравнений, описывающая зависимость каждого разряда исходного кода от независимых входных переменных. Комбинационные схемы строятся либо на основе логических элементов, либо на основе постоянных запоминающих устройств (ПЗУ), в которые записывается таблица преобразования входных слов в выходные. К комбинационным функциональным узлам относятся преобразователи кодов, (частичным случаем которых являются шифраторы и дешифраторы), мультиплексоры, демультиплексоры, устройства сдвига чисел, комбинационные сумматоры, цифровые компараторы и др.
Преобразователи кодов предназначены для перевода чисел из одной формы представления в другую. Например, при введении информации в ЭВМ необходимо преобразовывать десятичные числа в двоичные, а при выведении информации на индикаторы или печатное устройство - двоичные или двоично-десятичные коды в коды управления знакогенератором, светодиодными или жидкокристаллическими индикаторными панелями.
Начальным пунктом для построения преобразователя кодов является таблица истинности, в котором записывается полный набор входных и соответствующий набор выходных слов. Если входные и выходные слова записаны двоичными символами, то синтез преобразователя кода сводится к пребыванию для каждого разряда выходного слова булевой функции, устанавливающей связь данного разряда с входными наборами двоичных переменных. Организация такой связи и минимизация булевого выражения осуществляются посредством карт Карно (диаграмм Вейча). На заключительном этапе полученная функция преобразуется к виду, удобному для реализации в заданном (избранном) элементном базисе.
Как пример рассмотрим способ визуализации двоично-десятичных чисел, который часто проводят посредством семисегментных панелей на основе жидких кристаллов или светодиодов (рис. 3.13,а), широко используемых в микрокалькуляторах, электронных часах и т.д. Если сегменты обозначены буквами, как показано на рис. 3.13,б, то табл. 3.4 устанавливает соответствие между двоично-десятичным числом и необходимыми для отображения десятичной цифры набором сегментов.
Таблица 3.4 Таблица 3.5
| Десятичное число | Код 8421 DCBA | Семисегментный код abcdefg | Десятичное число | Входной код
| Код 8421
| |
| * | 0 0 0 0 0 0 0 0 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 0 0 1 0 | 0 0 0 1 | |||||
| 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 | 0 0 1 0 | |||||
| 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 | 0 0 1 1 | |||||
| 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 | 0 1 0 0 | |||||
| 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 | 0 1 0 1 | |||||
| 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 | 0 1 1 0 | |||||
| 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 | 0 1 1 1 | |||||
| 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 | 1 0 0 0 | |||||
| 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 | 1 0 0 1 |
Сегмент 
определяется наборами кода 8421 таким способом:
Аналогично получим булевы выражения для других сегментов:
; 
Рисунок 3.13
Схема преобразователя кода 8421 в код семисегментного индикатора, реализованная на элементах И-НЕ, показанная на рис. 3.14.
Частичным случаем преобразователя кодов является шифратор - устройство, обеспечивающее выдачу определенного кода в ответ на сигнал одного из входов. Шифраторы широко используются для преобразования десятичных цифр и буквенных символов в двоичный код при введении информации в ЭВМ и другие цифровые устройства.
Рассмотрим пример построения шифратора для преобразования десятичных чисел в код 8421 согласно табл. 3.5. Входными являются двоичные переменные 
, которые формируются при нажатии соответствующей клавиши устройства ввода. Переменные являются независимыми и позволяют построить 
входных комбинаций, но если налагается ограничение, запрещающее нажатие двух и более клавиш, то с 1024 остается 11 допустимых входных комбинаций. Соответствующий данному ограничению входной код называют кодом «1 с 
» или унитарным. В табл. 3.5 нажатой клавише отвечает «логическая 1», а не нажатой - «логический 0». Две первые входные комбинации порождают тот же двоичный код 0000. Отличие между ними заключается в том, что при нажатии клавиши «0», как и при вводе других цифр, в устройстве должна формироваться команда ввода и запоминания очередной десятичной цифры. Как видно с табл. 3.5, двоичная переменная 
принимает значение «1», если «1» появляется на 
входе или на входе 
, или 
, или 
, или 
. При всех других входных комбинациях 
, то есть в терминах алгебры логики
. (3.1 а)
Аналогично запишем для других входов:
(3.1 б)
(3.1 в)
. (3.1 г)
Согласно приведенным ууравнениям (3.1) шифратор можно реализовать в базисе ИЛИ-НЕ (рис. 3.15,а, б) или в базисе И-НЕ (рис.3.15,в, г).
Обратное преобразование двоичного кода в код «1 с 
» выполняют преобразователей кода, называемых 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 1 с , например, катодов газоразрядного индикатора или элементов выборки символов печатающего устройства.
Таблица 3.6 Таблица 3.7
Входной
код 21
| Выходной код «1 з 4»
| Выходной код 8421
| Выходной код «1 з 10»
| |
| 0 0 | 0 0 0 1 | 0 0 0 0 | 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 | |
| 0 1 | 0 0 1 0 | 0 0 0 1 | 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 | |
| 1 0 | 0 1 0 0 | 0 0 1 0 | 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 | |
| 1 0 0 0 | 0 0 1 1 | 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 | ||
| 0 1 0 0 | 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 | |||
| 0 1 0 1 | 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 | |||
| 0 1 1 0 | 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 | |||
| 0 1 1 1 | 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 | |||
| 1 0 0 0 | 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 | |||
| 1 0 0 1 | 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 |
Синтез структуры дешифратора, как и любого другого преобразователя кодов, начинается с записи таблицы истинности входных и выходных кодов. Пусть необходимо преобразовать двоичный код 21 в код «1 с 4». Тогда табл. 3.6 полностью определяет значение выходов для всех входных наборов. Дальше следует для каждой выходной функции составить карту Карно и получить ее минимизированное выражение. В рассмотренном примере в этом нет смысла, потому что для каждой функции 
карта Карно содержит только одну «1», поэтому соответствующий ей минтерм и является минимальной формой. Тогда на основании табл. 3.7 запишем:
(3.2)
 |
Если число входов 
и число выходов дешифратора связаны соотношением 
, то выходы определены для всех двоичных наборов и дешифратор называется полным. В случае 
дешифратор называется неполным. Пример неполного дешифратора - преобразователь двоичного кода 8421 в код «1 с 10» согласно табл. 3.7.
Поскольку 6 с 16 возможных входных наборов не определены, имеется возможность произвольным доопределением карты Карно минимизировать ряд выходных функций дешифратора. Например, функции 
и 
можно упростить к виду:
, 
Аналогично упрощаются функции 
. Учитывая то, что функции 
и 
не упрощаются, в чем легко можно убедиться, построив для них карты Карно, окончательно запишем логические функции, который должен реализовать синтезированный десятичный дешифратор:
;
;
;
;
;
;
;
;
;
.
 |
и 
устанавливаются «логические 1». Таким образом, если на входах дешифратора могут подаваться любые с 
комбинаций и не допускается одновременное возбуждение более чем одного с его выходов, упрощение схемы описанным методом недопустимо и каждая из выходных функций должна быть определена полным набором входных переменных. В таком неполном дешифраторе (как пример на рис. 3.18 показаны вариант на элементах И-НЕ) «лишние входные комбинации» не возбуждают ни один из его выходов: 
.
Дата добавления: 2015-11-28; просмотров: 102 | Нарушение авторских прав