3_semestr / МУМК по Схемотехника цифр устройств / Контр.работа 2 Цифровые устройства

Схема, реализующая такой ПК представлена на рис.6. В качестве дешифратора используется полный дешифратор 3Х8, а в качестве шифратора – диодный матричный шифратор. При подаче на вход кода 000 на выходе 0 шифратора появляется высокий потенциал (логическая единица). Этот потенциал через диоды появляется на выходах Y2 и Y4, на остальных выходах формируется низкий потенциал (логический 0), т.е. 01010 согласно таблицы. Видим, что проектирование (программирование) шифратора заключается в расстановке диодов в узлы матрицы горизонтальных и вертикальных шин. Следует заметить, что на вход подаются все комбинации трехразрядного двоичного кода. Таким образом, спроектирован преобразователь двоичного кода в какой-то другой.

Мультиплексоры Мультиплексор (МS) – комбинационное устройство, предназначенное для коммутации сигналов с нескольких входных шин на одну выходную. Порядок коммутации может быть любым. С помощью мультиплексора осуществляется временное разделение информации, находящейся на разных каналах и различных устройствах [7].

Входы мультиплексора делятся на информационные, адресные и

разрешающие (стробирующие). На первые подается информация,

подлежащая передаче на выход, как правило, в виде двоичных кодов.

8

Рис.10. Регистр К155ИР1 а) и двоичный счетчик К155ИЕ7 б)

В зависимости от системы счисления, в которой осуществляется счет, они могут быть двоичными, двоично-десятичными и т.д.

Пример обозначения регистра в интегральном исполнении К155ИР1 и двоичного счетчика К155ИЕ7 приведен на рис.10.

3. ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Разработать преобразователь кода для преобразования входной функции в соответствующую ей выходную функцию. Входная функция задается двоичным четырехразрядным кодом, выходная - двоичным пятиразрядным кодом. Преобразователь строится по схеме дешифратор–шифратор. Шифратор выполняется по матричной диодной схеме. Диапазон изменения параметра Х составляет (0…1) π/2 с дискретностью 0,1. Параллельный код преобразовать в последовательный и отправить в канал связи. Для нечетных номеров варианта канал это высокочастотный кабель с волновым сопротивлением 50 Ом. Для четных номеров вариантов канал – экранированная витая пара с волновым сопротивлением 100 Ом.

Входные и выходные функции и варианты задания сведены в таблице 3.

3.1.В соответствии с двумя последними цифрами зачетной книжки или студенческого билета выбирается номер варианта и выбирается входная и выходная функции разрабатываемого преобразователя.

3.2. Определяются дискретные значения входной функции при равномерной дискретизации с шагом 0.1π при изменении Х от 0 до 1.

13

Рис.9. Демультиплексор К155ИД4

Регистры Регистры (RG) предназначены для хранения и преобразования многоразрядных двоичных чисел. Они представляют собой упорядоченную последовательность триггеров – элементов запоминания и комбинационных управляющих устройств. Регистры используются в качестве управляющих и запоминающих устройств, генераторов последовательностей кодов, преобразователей кодов, счетчиков импульсов, делителей частоты и т.д.

В качестве элементов памяти в регистрах используются асинхронные и синхронные D- , RS- , или JK- триггеры с динамическим или статическим управлением. В качестве управляющих – логические элементы.

Емкость регистра определяется его разрядностью, т.е. числом триггеров. В n-разрядный регистр можно записать 2ⁿ n -разрядных слов, т.е. регистр может находиться в 2ⁿ различных состояниях.

Все регистры в зависимости от функциональных свойств подразделяются на две категории: накопительные и сдвигающие. Сдвигающие регистры в зависимости от способа ввода и вывода кодового слова делятся на параллельные, последовательные и комбинированные. По направлению сдвига слова регистры могут быть однонаправленные и реверсивные.

Счетчики Счетчик (СТ) – последовательностное устройство, сигналы на выходе которого в определенном коде отображают число импульсов, поступивших на его вход. Счетчик характеризуется числом разрешенных состояний, называемым его модулем счета или коэффициентом счета К_сч. По характеру операций счета счетчики делятся на суммирующие, вычитающие и реверсивные.

12

Y1 Y2 Y3 Y4 Y5

Рис.6. Схема, реализующая преобразование трехэлементного кода в пятиэлементный

На адресные входы подается управляющий код, как правило, двоичный, выбирающий нужный информационный вход, подлежащий

подключению к выходу. На разрешающий вход подается сигнал разрешения передачи сигнала. Наличие этого входа позволяет синхронизировать работу мультиплексора с работой других устройств, наращивать его разрядность, повышает помехоустойчивость.

Число адресных входов n позволяет коммутировать 2ⁿ входных каналов.

Работа MS описывается логическим уравнением

2ⁿ–1

F = V D_i m_i ,

i=0

где D_i – входные информационные сигналы, представленные в виде 0 и 1,

m_i – минтермы, образованные переменными адресных входов,

V – разрешающий (стробирующий) сигнал, также принимающий значения 0 или 1.

9

Из уравнения следует, что структура MS состоит из 2ⁿ схем совпадения "И", каждая из них имеет n адресных, один информационный D и один вход разрешения V, а также одной схемы "ИЛИ" с n входами. Ее выход является выходом мультиплексора. Пример схемы MS с четырьмя информационными входами D приведен на рис.7.а. Мультиплексоры в интегральном исполнении имеют возможность наращивания числа коммутируемых каналов. Обычно в микросхемах имеется прямой и инверсный выходы F рис.7.б [8].

Рис.7. Принципиальная схема мультиплексора 4Х1 а), обозначение микросхемы MS типа К155КП7 б)

Демультиплексоры Демультиплексоры (DS) в функциональном отношении выполняют функцию, противоположную мультиплексору. В них сигналы с одного информационного входа распределяются в необходимой последовательности по нескольким выходам. Номер выхода определяется двоичным кодом, подаваемым на адресные управляющие входы. При n -разрядном адресе DS может иметь 2ⁿ выходов.

Принцип работы DS поясняет рис.8. Здесь D- информационный, А- адресный входы. В зависимости от состояния сигнала А (0 или 1) по адресному входу открыт ключ DD2 или DD3 и через них сигнал D

передается на выход Y₀ или Y₁.

Как и мультиплексоры, DS имеют управляющий вход V.

Условное обозначение микросхемы К155ИД4 представлено на

10

DD1

& DD2

A о &

_o F_o

DD3

&

D ^o F₁

V

Рис.8. Одноразрядный демультиплексор

рис. 9. Микросхема может выполнять функции как демультиплексора, так и дешифратора. Если входы А, Б, С использовать как адресные, а информацию подавать на вход V, то схема выполняет функции демультиплексора 1Х8. При V=0 схема работает как дешифратор состояния трех входов А, Б, С на восемь выходов от D₀ до Е₃ [9].

2. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТНЫЕ УСТРОЙСТВА

В последовательностных устройствах (устройствах с памятью) значения выходных сигналов определяются как значениями входных сигналов в данный момент времени, так и предысторией изменения входных сигналов. К последовательностным устройствам относятся триггеры, регистры, счетчики, оперативные запоминающие устройства и т.д. [5].

Триггеры К триггерам относится большой класс цифровых устройств. Основное свойство триггеров – способность неограниченное время находиться в одном из двух устойчивых состояний. Это позволяет использовать триггер в качестве элемента запоминающего устройства, способного хранить один бит информации. Перевод (переключение) триггера из одного состояния в другое производится сигналом управления. Переключение может производиться асинхронно по мере поступления сигналов или синхронно при наличии специального сигнала разрешения. Различают триггеры с раздельным управлением и со счетным входом. В основном используются триггеры RS -, D-, T-, JK – типа.

Триггеры используются самостоятельно и входят в состав более сложных цифровых устройств, например, регистров, счетчиков и т.д.

Триггер D-типа обозначается К155ТМ2, JK – типа К155ТВ1.

11