Для выполнения данной лабораторной работы потребуются дешифраторы 3-8, и мультиплексор 8-1. В библиотеке логических компонентов существует дешифратор 3-8 с инверсными выходами одним прямым разрешающим входом и двумя инверсными входами (Components\Digital Library\Ukraine\К555ID7). Если мультиплексор не определён в библиотеке компонентов, то для использования мультиплексоров при реализации булевых функций следует либо составить схему, реализующую мультиплексор на дешифраторе или на логических примитивах, либо же определить мультиплексор. Библиотека компонентов содержит имя каждого компонента, его форму, отображаемую на схеме, электрическое определение, расположение текста компонента, информацию о точках входа, выхода.
Все компоненты находятся в файле COMP.MC5, формы — SHAPE.MC5. Первым делом следует определить форму мультиплексора. Для этого выберите команду меню Windows\Shape Editor. Для добавления новой формы нажмите на кнопку Add, введите имя новой формы, например, MS. Затем в окне формы с помощью графических примитивов следует “нарисовать” форму будущего компонента. Пример на рисунке 2.1.
Затем следует установить электрическое определение компонента. Одним из способов этого определения является создание подсхемы, таким образом созданы все цифровые компоненты. Для этого следует в текстовом редакторе создать библиотечный файл или же дополнить один из уже созданных библиотечных файлов (расширение.lib). Этот файл должен располагаться в каталоге \DATA\. Для автоматической загрузки созданной библиотеки компонентов нужно чтобы в файле nom.lib (из каталога \DATA\) содержалась строка, включающая данный библиотечный файл. Например, для файла с именем MS81.LIB в файл NOM.LIB нужно включить строку:
.LIB “MS81.LIB”
Во включаемом библиотечном файле для мультиплексора описываются число входных и выходных точек, их обозначения, определение сигнала в выходных точках в виде логических выражений, зависящих от сигналов входных точек, временную модель, модель ввода/вывода, задержку для временной модели, уровень ввода/вывода, точку питания, точку заземления (используются для взаимодействия аналоговых и цифровых компонентов), задержки сигналов на выходах компонента.
Компонент описывается в виде подсхемы. Начало описания идентифицируется директивой.SUBCKT, конец —.ENDS. Для описания мультиплексора 8-1 можно использовать следующие определения:
* символом “*” начинаются комментарии
*-----------------------------------
* Multiplexor 8 --> 1
*-----------------------------------
.SUBCKT MS81 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 A1 A2 A3 V NV Y NY
* MS8- имя подсхемы, D0...NY-входные и выходные точки
U4 LOGICEXP(13,2) $G_DPWR $G_DGND
* начало логического определения компонента.
* (13, 2)- число входных и выходных точек
* $G_DPWR $G_DGND определяют точку питания и точку
* заземления для взаимодействия с аналоговыми
* компонентами
+ D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 A1 A2 A3 V NV
* D0...D7-входы данных мультиплексора
* A1...A3-адресные входы
* V, NV- прямой и инверсный разрешающие входы
+ Y NY
* Y, NY- прямой и инверсный выходы
+ D0_GATE IO_STD
* D0_GATE, IO_STD- временная модель и модель
* ввода/вывода
+ LOGIC:
* Определение значений в выходных точках от
* значений входных
+ nA1 = {~A1}
* nA1-промежуточная переменная, используемая для
* получения инверсного значения на первом адресном
* входе
+ nA2 = {~A2}
+ nA3 = {~A3}
+ pd0 = {nA1 & nA2 & nA3 & D0}
+ pd1 = {nA1 & nA2 & A3 & D1}
+ pd2 = {nA1 & A2 & nA3 & D2}
+ pd3 = {nA1 & A2 & A3 & D3}
+ pd4 = {A1 & nA2 & nA3 & D4}
+ pd5 = {A1 & nA2 & A3 & D5}
+ pd6 = {A1 & A2 & nA3 & D6}
+ pd7 = {A1 & A2 & A3 & D7}
+ res = {pd0 | pd1 | pd2 | pd3 | pd4 | pd5 | pd6 | pd7}
* res-реализует уравнение мультиплексора, не анализируя
* разрешающих входов
+ Y = {res & ~NV & V}
+ NY = {~Y}
.ENDS MS81
В тексте описания не подсхемы не должно быть пустых строчек (без «+» в начале строки).
Данное описание определяет подсхему мультиплексора временной модели D0_GATE, для которой время задержки выходного сигнала равно 0. В описании возможно определить время отставания выходного сигнала от входных сигналов и другие параметры компонента.
На основе определения мультиплексора в виде подсхемы, его формы можно создать цифровой компонент. Добавление компонентов для их использования в схемах производится в редакторе компонентов (Windows\Component Editor). Сначала необходимо выбрать подгруппу, в которую будет включен компонент, подгруппа выделяется справа в редакторе. Двойное нажатие на имени группы раскрывает группу. Выбрав необходимое место для компонента, нажмите кнопку Add Component. Можно определить для созданного компонента новую группу. Например, создадим группу MSs. Для этого нужно нажать кнопку Add Group, ввести имя новой группы, затем щелкнуть на имени группы справа в редакторе и нажать кнопку Add Component. В редакторе компонентов нужно будет установить:
* Имя нового компонента (NAME) MS81
* Форму (SHAPE) <имя формы> MS
* Определение компонента (DEFINITION) subckt
Следующим шагом является установка входных и выходных точек. Производится в левом окне, отображающем форму компонента. Для установки точек нужно щелкнуть кнопкой мыши в окне, в диалоге установить цифровую (Digital) точку и ввести имя точки, которое должно совпадать с именем данной точки в подсхеме. Например, для первого адресного входа имя будет А1, второго — А2 и т.д. Точки можно перемещать при нажатой кнопке мыши. После установки всех входных и выходных точек мультиплексор с приведенным определением должен иметь вид на рисунке 2.2.
Выйдите из окна редактирования компонентов, сохранив результаты работы. После этого созданный компонент появится в соответствующей группе меню Components.
Часть 1
Для построения диаграмм необходимо перебрать все возможные значения переменных, поэтому для получения этих значений во всех примерах используются генераторы Steam c различным числом выходов.
Для реализации функции 3-х переменных на дешифраторе можно воспользоваться дешифратором 3-8 (К555ID7).
Таблица 2.1 – Таблица истинности функции 3-х переменных.
| A | B | C | F |
Рисунок 2.3 – Комбинационная схема для таблицы 2.1.
Дешифратор К555ID7 имеет три разрешающих входа, 3 адресных и 8 инверсных выходов. В данной схеме на оба разрешающих входа дешифратора обязательно подавать соответствующие сигналы (на EN1 – 1, EN2,EN3 – 0). Для подачи этих сигналов используется компонент Component\Digital Primitives\Stimulus Generators\Fixed Digital, для которого устанавливается значение на выходе (0 или 1).
Рисунок 2.4 - Диаграмма для схемы на рисунке 2.3.
Часть 2
2.3
Для выполнения второй задачи потребуется два дешифратора. В данной случае нужно реализовать функцию четырёх переменных путем каскадирования двух дешифраторов 3-8.
Пример.
Таблица 2.2 – Таблица истинности для функции 4-х переменных.
| A | B | C | D | F |
При реализации используются такие же дешифраторы как и в предыдущей схеме. Для получения инверсных значений переменных можно использовать инверторы.
Пример схемы представлен на рисунке 2.5.
Рисунок 2.5 – Схема, реализующая функцию 4-х переменных.
Рисунок 2.6 - Диаграммы для схемы, изображенной на рис.2.5.
Часть 3
2.4
В третьем задании необходимо реализовать на мультиплексоре 8-1 булевую функцию 4-х переменных.
Пример реализации:
Таблица 2.3 - Таблица истинности функции 4-х переменных.
| A | B | C | D | F |
Рисунок 2.7 – Комбинационная схема, реализующая функцию 4-х переменных на мультиплексоре 8-1.
В данной схеме используется мультиплексор, реализованный описанным выше способом. Для данного мультиплексора необходимо на все неиспользуемые входы подавать 0, иначе на диаграммах будет неопределенность.
Рисунок 2.8 - Диаграммы для схемы на рисунке 2.7.
Часть 4
2.5
Разработать комбинационную схему, реализующую функцию от пяти переменных, на мультиплексоре 8-1.
Пример для функции, заданной конституентами 1:
f= E(3, 10, 14, 15, 20, 21, 22, 29, 30, 31), управляющие переменные А,В,Е.
Рисунок 2.9 – Комбинационная схема, реализующая функцию 4-х переменных на мультиплексоре.
Управляющие переменные А,В,Е подаются на адресные входы мультиплексора 8-1. Остальные переменные образуют сигналы на входах данных мультиплексора.
Рисунок 2.10 – Временные диаграммы для схемы на рисунке 2.9.