Лабораторная работа 04 (Lr04). Шифраторы и Дешифраторы

Лабораторная работа 04 (Lr04)

Шифраторы и Дешифраторы

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучить назначение, принцип работы шифраторов и дешифраторов

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ И РАСЧЁТНЫЕ ФОРМУЛЫ

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

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

Принципиальная схема линейного дешифратора

б)

Условное графическое обозначение дешифратора.

Шифратор

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

 

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 =

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
m1	-
m2	-
m3
m4
m5
m6
m7	-

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)

 

Порядок выполнения работы

Синтез схемы управления семисегментным индикатором

Разработайте, соберите и испытайте схему управления семисегментным индикатором следующего вида:

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

Проведите симуляцию работы и заполните таблицу

ВХ	a	b	c	d	e	f	g
…	…	…	…	…	…	…	…

Исследование работы дешифратора.

Схема дешифратора

Запустить программу CIRCUIT SIMULATOR

Собрать схему дешифратора (см рис.).

Для исследования работы схемы ее необходимо включить, щелкнув мышью 1 раз по переключателю, расположенному в правом верхнем углу (1– вкл., 0 – выкл.).

Подать на входы Х1... Х3 дешифратора (цифры от 0 до 7 в двоичном коде) в соответствии с таблицей 1. Нажатие на вход меняет его состояние.

Результаты Y1…Y7 занести в таблицу 3

Таблица 3

№	Входы	Выходы
	X3	X2	X1	Y0	Y1	Y2	Y3	Y4	Y5	Y6	Y7

Исследование работы шифратора.

Собрать схему шифратора (рис.3.4). Для исследования работы схемы ее необходимо включить, щелкнув.

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 по входу.

Таблица 4

Входы X	Выходы
Десятичное число	Двоичный код
	Y3	Y2	Y1	Y0
…

Результаты Y0…Y3 занести в таблицу 4.

Схема шифратора

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. Результаты моделирования

5. Выводы.

6. Сохранить файл схемы согласно «введению к проведению лабораторных работ онлайн»

https://vk.com/doc7132395_540132563?hash=44bcb8a3d7b3deed73&dl=ab88a9fbed29aa78e0

7. Переслать отчет и файлы схем на проверку mrradik@mail.ru

 

Контрольные вопросы

Что такое дешифратор?

Какие логические функции выполняет дешифратор?

Как на основе дешифратора сделать логическую схему, реализующую функцию ?

Как из двух дешифраторов 2х4 сделать один дешифратор 3х8?

Литература

А.П.Корчинский, Основы цифровой схемотехники: Учебн. пособие. – К.: КМУГА, 2000. – 276с.

В.И.Зубчук, В.П.Сигорский, А.Н.Шкуро Справочник по цифровой схемотехнике. – К.: Высш. шк., 1989. – 424с.

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.

Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IBM PC. Программа Electronics Workbench и ее применение. – 2000. – М.: Солон-Р. – 506с.