Практическая работа. Дешифратор

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 0 1 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 U16 Логическая 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 U16 Литература: 1. Кардшев Г.А. Цифровая электроника на персональном компьютере.  ElectronicsWorkbench и Micro­Cap. – М.: Горячая линия – Телеком, 2003.­ 311 с.: ил.­(МРБ, 1263)