Сборник методичка ВТиИТ

3.Создать схему цифрового устройства для исследования полного дешифратора, содержащую тактовый генератор, 4-разрядный двоичный счетчик, ИМС полного дешифратора 4x16, к выходам которого подключены светодиоды. Исследовать эту схему в синхронном режиме моделирования и продемонстрировать результат преподавателю.

4.Используя данные индивидуального задания из работы №2, получить в ходе предварительного расчета схему КЦУ на базе дешифратора 4x16.

5.Ввести схему КЦУ в программу моделирования и исследовать ее работу в динамическом режиме. Сравнить результаты с результатами работы №2 и продемонстрировать преподавателю.

6.Собрать и исследовать схему каскадного соединения дешифраторов, в которой для реализации полного дешифратора 4x16 используются ИМС дешифраторов 2x4 с дополнительным входом разрешения. Продемонстрировать результат преподавателю.

Методика выполнения работы

Все известные структуры дешифратора строятся по принципу выполнения операции конъюнкции в одной или нескольких ступенях над входными переменными или группами переменных. Линейный дешифратор представляет собой совокупность элементов “И”, входы которых подключены так, что уровень лог. 1 на выходе каждого из них возникает лишь при одном из возможных наборов входных переменных. Исследование неполного дешифратора 4x1 в данной работе выполняется на основе логического элемента “И”, а также дополнительных инверторов на его входах, если это необходимо.

На рис. 3 показан пример схемы для исследования неполного дешифратора по варианту №7. Переведем номер варианта в двоичную систему счисления: 710 = 01112. Единичные значения в правой части равенства соответствуют значениям

12

аргументов x0, x1, x2, а нулевое – инверсному значению аргумента x3. Таким образом, выход неполного дешифратора описывается выражением

Y = x3 * x2 * x1 * x0

Рис. 3. Схема для исследования неполного дешифратора

По аналогии составьте схему для Вашего варианта (целый остаток от деления на 16 Вашего номера по журналу) и введите ее в программу моделирования.

Запустите процесс моделирования в синхронном режиме. Светодиод на выходе элемента “И” должен светиться только при одной комбинации на выходах счетчика, соответствующей Вашему варианту. Число на входе дешифратора в 16-ричном виде контролируйте по 7-сегментному индикатору.

Использование ИМС дешифраторов позволяет существенно упростить процесс синтеза КЦУ. Так как на каждом выходе ИМС полного дешифратора 4x16 присутствует один из 16-ти возможных членов СДНФ, для формирования заданной таблицей истинности функции необходимо лишь объединить выходы дешифратора с помощью элемента “ИЛИ”. Объединяются выходы, номера которых соответствуют номерам комбинаций аргументов с единичным значением функции.

Пусть задана таблица истинности для функции четырех аргументов. По таблице функция принимает единичные значения для комбинаций аргументов 00012, 01002, 11012. В десятичной системе счисления это комбинации аргументов с

13

номерами 1, 4, 13. Таким образом, выражение СДНФ функции будет иметь вид

Y = x3 * x2 * x1 * x0 x3 * x2 * x1 * x0 x3 * x2 * x1 * x0

Рис. 4. Синтез КЦУ на базе ИМС полного дешифратора

Для получения функции Y объединяем 1-й, 4-й и 13-й выходы дешифратора с помощью элемента “ИЛИ”. Основные входы ИМС дешифратора при этом являются входами синтезируемого КЦУ. На вход разрешения работы дешифратора “E” необходимо постоянно подавать лог. 1.

По аналогии составьте схему для Вашего варианта (см. табл. 1) и введите ее в программу моделирования. В качестве элемента индикации на выходе КЦУ используйте вход осциллографа. Параметры генератора: период – 20мс, длина импульса – 10мс. После ввода схемы включите режим асинхронного моделирования на несколько секунд. После останова моделирования проанализируйте полученную осциллограмму. Ориентируясь на сигнал “Clock”, необходимо выделить на изображении выходного сигнала “Y” один 16тактовый цикл, соответствующий Вашему варианту таблицы истинности, и перенести осциллограмму в отчет по работе. Проверьте по осциллограмме соответствие значений функции данным таблицы истинности.

14

Принцип каскадного соединения дешифраторов позволяет получать полные дешифраторы большей разрядности (с большим числом входов) на базе ИМС дешифраторов меньшей разрядности. В данной работе необходимо построить полный дешифратор 4x16 на базе ИМС дешифраторов 2x4 с дополнительным входом разрешения работы (вход “E”). Для этого потребуется использовать 5 таких микросхем. Одна ИМС образует первую ступень дешифрации, а остальные 4 микросхемы – вторую ступень.

На вход разрешения работы дешифратора “E” 1-й ступени необходимо постоянно подавать лог. 1, а выходы дешифратора 1-й ступени соединить с входами разрешения ИМС 2-й ступени. Четыре ИМС второй ступени расположите вертикально одна под другой.

Одноименные входы x0, x1 микросхем 2-й ступени запараллеливаются. Они образуют два младших входа дешифратора 4x16, который мы строим. Входы x0, x1 микросхемы 1-й ступени образуют соответственно входы x2, x3 (старшие) дешифратора 4x16. К выходам ИМС 2-й ступени подключите 16 светодиодов в качестве элементов индикации.

Источником комбинаций аргументов на входе построенного дешифратора 4x16 как и при выполнении предыдущих пунктов задания является 4-разрядный двоичный счетчик с тактовым генератором на входе. Параметры генератора: период – 1000мс, длина импульса – 500мс. После ввода схемы включите режим синхронного моделирования и наблюдайте полный цикл работы построенного дешифратора. Все 16 светодиодов должны зажигаться последовательно.

Содержание отчета

1.Название и цель работы.

2.Схема неполного дешифратора 4x1 для Вашего варианта задания.

3.Схема устройства для исследования полного дешифратора 4x16.

4.Схема КЦУ на базе дешифратора 4x16 для Вашего варианта задания.

15

5.Осциллограмма 16-тактового цикла выходного сигнала КЦУ.

6.Схема каскадного соединения ИМС дешифраторов.

Лабораторная работа №4

Мультиплексоры

Цель работы: изучить принцип построения и экспериментально исследовать мультиплексор и демультиплексор. Синтезировать КЦУ на базе мультиплексора.

Задание

1.Изучить принцип построения и экспериментально исследовать ИМС мультиплексора 8x1.

2.Изучить принцип построения и экспериментально исследовать демультиплексор 1x8 на базе ИМС дешифратора 3x8 с входом разрешения. Продемонстрировать результат преподавателю.

3.Синтезировать КЦУ, реализующее функцию 4-х аргументов, на базе ИМС мультиплексора 8x1, используя данные индивидуального задания из работы №2.

4.Ввести схему КЦУ в программу моделирования и исследовать ее работу в динамическом режиме. Сравнить результаты с результатами работы №2 и продемонстрировать преподавателю.

Методика выполнения работы

Мультиплексор представляет собой устройство, которое коммутирует двоичный сигнал с одного из своих информационных входов на единственный выход. Номер информационного входа задается двоичной комбинацией на

16

адресных входах. Для исследования ИМС мультиплексора введите в программу моделирования схему рис. 5.

Вданном случае двоичные комбинации на адресных входах мультиплексора циклически формирует двоичный 3- разрядный счетчик. Номер комбинации отображается на 7- сегментном индикаторе. На информационные входы мультиплексора подается постоянная двоичная комбинация с переключателей.

Врежиме редактирования задайте на переключателях “SB” двоичное число, равное Вашему индивидуальному варианту задания. Запустите режим синхронного моделирования. Наблюдайте сигнал на выходе мультиплексора по состоянию светодиода, который должен светиться тогда, когда на адресные входы подается комбинация с номером информационного входа, получающего уровень лог. 1.

Рис. 5. Исследование ИМС мультиплексора

Демультиплексор представляет собой устройство, выполняющее обратную по отношению к мультиплексору функцию, т.е. коммутирует единственный информационный вход на один из выходов. Номер выхода задается двоичной комбинацией на адресных входах. ИМС демультиплексоров как правило отдельно не выпускаются, поскольку функцию

17

демультиплексора с успехом выполняет ИМС дешифратора с входом разрешения. При этом вход разрешения ИМС дешифратора используется как информационный вход демультиплексора, а основные входы ИМС дешифратора используются как адресные входы демультиплексора. Для исследования демультиплексора введите в программу моделирования схему рис. 6.

Адресные комбинации для демультиплексора в этой схеме задаются вручную с помощью кнопок “1”, “2”, “4”. На информационный вход “E” подается последовательность прямоугольных импульсов с тактового генератора. В качестве элементов индикации к выходам демультиплексора подключены светодиоды.

Запустите режим асинхронного моделирования и наблюдайте за состоянием выходов демультиплексора, меняя комбинации на его адресных входах с помощью кнопок. Убедитесь в том, что каждый раз (для каждой адресной комбинации) сигнал с информационного входа коммутируется на соответствующий выход.

Рис. 6. Исследование демультиплексора

Использование ИМС мультиплексоров позволяет существенно упростить процесс синтеза КЦУ. При использовании ИМС мультиплексора, у которого число адресных

18

входов равно числу входов синтезируемого КЦУ (числу аргументов функции), задача тривиальна, т.к. необходимо лишь подать постоянные логические уровни на все информационные входы. Эти уровни должны соответствовать значениям функции КЦУ по таблице истинности, а номер информационного входа соответствует номеру комбинации аргументов в десятичном виде. Адресные входы мультиплексора являются входами синтезируемого КЦУ, а выход мультиплексора является выходом КЦУ.

В данной работе студентам предлагается исследовать синтез КЦУ в чуть более сложном варианте, когда число адресных входов ИМС мультиплексора на единицу меньше числа аргументов функции КЦУ.

Рассмотрим процесс синтеза КЦУ, реализующего функцию 4-х аргументов, на базе ИМС мультиплексора 8x1, имеющего три адресных входа, на примере варианта задания №20 из работы №2. Разделим таблицу истинности функции на две части: верхняя половина – значения функции при x3 = 0, нижняя половина – значения функции при x3 = 1. Три младших аргумента функции будем подавать на адресные входы мультиплексора, поэтому для пары комбинаций аргументов (одинаковые значения x0, x1, x2 в верхней и нижней половинах таблицы истинности) значение функции Y (выход мультиплексора) будет равно логическому уровню на соответствующем информационном входе мультиплексора.

Сравним попарно значения функции из двух половин таблицы истинности для одинаковых комбинаций x0, x1, x2 и выясним, как зависит значение функции от старшего аргумента x3 в этих парах. Результаты анализа показаны в табл. 2.

Из результатов анализа следует, что на информационные входы мультиплексора с номерами 0 и 2 нужно подать постоянный уровень лог. 1. На информационные входы мультиплексора с номерами 1, 4, 5 и 6 нужно подать постоянный уровень лог. 0. В этих шести парах комбинаций трех младших аргументов значение функции от старшего аргумента не зависит.

19