Тема: Дешифраторы.
Цель работы: изучить принципы работы дешифратора.
Практическая работа может быть использована на уроках информатики, при проведении занятий, а также во время внеурочной деятельности школьников, студентов ссузов.
Для изучения работы дешифратора использована программа Micro-Сap, поэтому данная работа рассчитана на пользователя владеющими азами данной программы.
Практическая работа.
Тема: Дешифраторы.
Цель работы: изучить принципы работы дешифратора.
Краткая теория: исследование работы дешифратора.
Дешифратор, или декодер (англ. – Decoder, сокращённо – DC),выполняет обратную по
отношению к шифрованию операцию, т.е. преобразует двоичный код в десятичный. Входы
дешифратора служат для подачи двоичных чисел, а выходы последовательно нумеруются
десятичными числами. При подаче на входы двоичного числа выходной сигнал появляется
на выходе, который имеет номер соответствующего десятичного числа.
Существует два типа дешифраторов: логические дешифраторы и дисплейные
дешифраторы/формирователи. Логические дешифраторы представляют собой схемы
средней интеграции (микросхемы, имеющие в своём составе до 100 ЛЭ), управляемые
адресом. Они выбирают и приводят в активное состояние конкретный выход,
определяемый адресом.
Дешифратор с n входами и N выходами обозначается DC nN, где DC –decoder.
Преобразователь кода для семисегментого индикатора.
Дешифраторы и дисплейные дешифраторы/формирователи формируют цифровые коды
для 7сегментного индикатора, и затем обеспечивают передачу кода на формирователь или
непосредственно на дисплей. В семисегментном индикаторе десятичных цифр каждый
где к=1 7, представляет собой отдельный светоизлучающий элемент
сегмент Yк,
(используется так же буквенная идентификация сегментов от а до g). Светящееся
изображение цифр или знаков получается при подаче напряжения на определённые
сегменты.
Задание 1.
Построить СС дешифратор в программе МС.
Ход работы:
Функционирование дешифратора DC nN определяется таблицей истинности (табл. 1).
№
0
1
2
3
4
5
Двоичный код
X2
X0
0
0
1
0
0
0
1
0
0
1
1
1
X1
0
0
1
1
0
0
Позиционный код
Y7
0
0
0
0
0
0
Y6
0
0
0
0
0
0
Y5
0
0
0
0
0
1
Y4
0
0
0
0
1
0
Y3
0
0
0
1
0
0
Y2
0
0
1
0
0
0
Y1
0
1
0
0
0
0
Y0
1
0
0
0
0
01
1
1
1
6
7
0
0
Как следует из табл. 1, аналитическое описание дешифратора можно представить
совокупностью логических функций в СДНФ:
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1(X2)’(X1)’(X0);
2(X2)’X1(X0)’;
3(X2)’X1 X0;
4 X2(X1)’(X0)’;
5 X2(X1)’X0;
6 X2 X1(X0)’;
7 X2 X1 X0.
Перейдём к построению схемы дешифратора.
(номер
В программе MC выберем семь БЛЭ
DD0DD7
элемента
соответствует десятичной цифре
позиционного кода),
три инвертора и проведём
соединения в соответствии с логикой
преобразования (см. рис. 1).
Для проверки работоспособности
полученной схемы на выходах
расположены индикаторы.
Входные и выходные сигналы на
рис. 1 интерпретируются следующим
образом.
X2
X1 X0
X0
x1
U9
DD0
DD1
DD2
DD3
DD4
DD5
DD6
DD7
Y0
Y1
Y2
Y3
Y4
Y5
Y6
Y7
U5
U3
U4
Рисунок 1
При x2=1, x1=1 и x0=0, т.е при сигнале на входе (110)2 сигнал на выходе соответствует 610,
что и соответствует операции декодирования .
Задание 2.
Исследовать работу семисегментного индикатора в программе МС.
Ход работы:Для выбора индикатора выполнить команды:
Component/Animation/Seven Segment.
В результате на рабочем столе появится
семисегментный индикатор (см. рис. 2, на
котором дополнительно показаны буквенные
метки сегментов).
Подключив семь цифровых ключей на входе
индикатора и задавая на них высокий уровень,
можно получить на индикаторе различные
цифры и буквы.
U2
U3
U4
U5
U6
U7
U8
g
a
d
f
e
b
c
Рисунок 2
Как следует из вышеописанного, преобразователь входного двоичного кода Хк (Х3, Х2, Х1,
Х0) в выходной код управления семисегментным индикатором Yк должен удовлетворять
ТИ, представленной ниже для положительной логики.
№
0
1
2
3
4
5
6
7
Xк
X1
0
0
0
1
0
1
0
1
X2
0
0
1
0
0
0
1
1
Х0
0
1
0
0
0
0
0
1
X3
0
0
0
0
1
1
1
0
Y1
1
0
0
0
0
0
1
1
Y2
1
1
0
0
0
1
0
1
Y3
1
1
0
0
1
0
0
1
Yк
Y4
1
0
0
1
0
0
0
0
Y5
1
0
1
0
0
0
0
0
Y6
1
0
0
0
0
0
0
0
Y7
0
0
0
0
0
0
0
0
Здесь числа от 10 до 15 представлены начальными заглавными буквами латинского
алфавита от А до F.
Задание 3.
Разработать функциональную схему, проанализировать работу при помощи временных
диаграмм.
Ход работы:Задача преобразования двоичного кода в код управления семисегментным индикатором
может быть решена различными способами. Для большей наглядности результата
ограничимся тремя разрядами двоичного кода и разобьем исходную задачу на две.
В начале преобразуем двоичный код в позиционный, а затем позиционный – в код
управления семисегментным индикатором.
Первая часть задачи была только что решена: ее выполняет дешифратор. См. рис.4.
При решении второй части задачи обратим внимание на то, что ТИ имеет в выходных
переменных гораздо меньше нулей, чем единиц. В этом случае будет рациональнее
составлять логическую функцию воспользовавшись операцией дизъюнкции. Поскольку
схемный семисегментный индикатор зажигается при высоком потенциале, то полученную
функцию надо инвертировать. В результате мы приходим к выводу, что надо использовать
БЛЭ Пирса, т.е NOR. Таких элементов нам потребуется столько, сколько сегментов на
индикаторе, т.е. семь. Обозначим их малыми латинскими буквами от а до g, которыми
обозначены сегменты. Количество входов каждого элемента равно числу нулей в
соответствующем выходном столбце (см. табл. 2). Для а – 3, для b – 2 и т.д.
Наибольшее число входов – 6 – имеет элемент е. На входе с вообще один 0, значит там
можно обойтись инвертером, но, имея в виду дальнейшую микросхемную реализацию, этот
инвертор образуем из двухвходового ЛЭ NOR. Используя ранее выполненный задатчик
двоичного кода и дешифратор, проведем сборку схемы, руководствуясь ТИ. На выходе
устройства подключим семисегментный индикатор. В результате получим схему,
показанную на рис.4.0
0
0
x0
x1
x2
0
x3
0
1
0
x4
x5
x6
0
x7
1
0
1
1
0
1
1
U16
U18
U19
U20
U21
U22
U23
U24
Рисунок 4
Соберем схему выходной части драйвера индикатора и, проверив ее работоспособность,
составим полную схему драйвера.
Для этого скопируем из соответствующих файлов в одно рабочее окно схемы, показанные
на рис. 1,4. Затем устраним лишние элементы и проведем соединение первого дешифратора
с входами второго и окончательно получим дешифратордрайвер для семисегментного
индикатора. См. рис.5.X2
X1 X0
X0
x1
X2
U5
U3
U4
DD0
DD1
DD2
DD3
DD4
DD5
DD6
DD7
Рисунок 5
U18
U19
U20
U21
U22
U23
U24
U16Логическая структура дешифратора двоичного кода в код семисегментного индикатора (МС).X2
X1 X0
X0
x1
X2
U5
U3
U4
DD0
DD1
DD2
DD3
DD4
DD5
DD6
DD7
Рисунок 6
U18
U19
U20
U21
U22
U23
U24
U16Литература:
1. Кардшев Г.А. Цифровая электроника на персональном компьютере.
ElectronicsWorkbench и MicroCap. – М.: Горячая линия – Телеком, 2003. 311
с.: ил.(МРБ, 1263)