Синтез и анализ работы шифраторов

Рассмотрим для примера построение шифратора, выполняющего преобразование десятичных чисел в двоично-десятичный код "8421".

1.Определяем количество и назначение входов и выходов:

Такой шифратор будет иметь десять входов для всех десятичных цифр 0…9 и 4 выхода для четырехразрядного кода "8421".

2.Строим таблицу истинности шифратора (табл. 3.5). В этой таблице укажем значения кода "8421" для каждой десятичной цифры, пользуясь таблицей 3.2. Обозначение выходов для кода делаем такое же, как и в микросхеме КР1533ИВ3.

Входы десятичных цифр	Выходы кода "8421"
Х	D	C	B	A

3.Для каждого выхода шифратора записываем СДНФ:

4.Переходим к базису И-НЕ и определяем требуемое количество логических элементов:

Всего для построения схемы шифратора требуются: 1 элемент 5И-НЕ, 2 элемента 4И-НЕ и 1 элемент 2И-НЕ.

5.Подбираем микросхемы: по одной микросхеме КР1533ЛА2 (нет микросхем, содержащих элементы 5И-НЕ, поэтому вынуждены взять микросхему с элементом 8И-НЕ — см. пункт 23 из § 2.8), КР1533ЛА1 и КР1533ЛА3.

6.Строим схему шифратора в базисе И-НЕ (рис. 3.6).

7.Составляем перечень элементов к данной схеме:

Поз. обозначение	Наименование	Кол.	Примечание
D1	КР1533ЛА2
D2	КР1533ЛА1
D3	КР1533ЛА3	3 элем. не использ.

8.Выполним анализ работы шифратора в статическом режиме для преобразования какой-либо одной десятичной цифры.

9.Предположим, что шифратор должен закодировать (преобразовать в код) цифру 5. Для этого подадим активный сигнал 0 (здесь активным сигналом является 0, так как все входы инверсные) на вход этой цифры 5. На входах всех остальных цифр (шифратор не приоритетный) установим пассивные уровни логической 1. По схеме определяем, что на выходах формируется код 0101 (напомним: кодовые слова на выводах следует читать снизу вверх). Сравниваем полученный результат с таблицей истинности и делаем вывод: преобразование цифры 5 шифратор выполнил правильно. Для напоминания: полный анализ работы требует проверки всех вариантов, то есть в данном случае проверки правильности кодирования всех цифр.

Контрольные вопросы:

1. Чем в принципе отличаются двоичные и двоично-десятичные коды?

2. Какие сигналы называются активными, а какие – пассивными?

3. Какие функции выполняют шифраторы?

4. Какие функции выполняют дешифраторы?

Ответить на тестовые вопросы:

1. Какой сигнал называется активным?

B) Его подача на вход цифрового устройства не может привести к срабатыванию этого устройства.

C) Сигнал повышенной мощности.

D) Его подача на вход цифрового устройства может привести к срабатыванию этого устройства.

2. Что такое шифратор?

A) Коммутирующее устройство, способное подключать любой из своих информационных входов к выходу.

B) Устройство, выполняющее сравнение двух двоичных кодов.

C) Устройство, выполняющее вычитание двух двоичных кодов.

D) Кодирующее устройство, выполняющее преобразование десятичных чисел в кодовые слова.

Источник

Laby / Лабораторная работа 1 / Лабораторная работа 1

Кафедра компьютерных интеллектуальных технологий в проектировании

Лабораторная работа №1. Анализ и синтез комбинационных узлов ЭВМ. Дешифратор.

Выполнил: студент группы 3241/2 Кудрявцев А. М.

Проверила: Вербова Н.М.

Санкт – Петербург

Цель и программа работы

Изучить принципы построения и функционирования дешифратора.

Изучить приемы работы с “Electronic Workbench”, назначение и принцип действия используемых логических элементов.

Синтезировать и начертить схему дешифратора 3-разрядного числа.

Ввести схему дешифратора и проверить его работу.

Изучить принцип работы дешифратора К155ИД4 (SN74155).

Начертить схему исследования дешифратора.

Исследовать работу дешифратора К155ИД4.

Описание процедуры синтеза схемы

Дешифратором называется логическая схема, преобразующая поступающий на ее входы код числа в управляющий сигнал, формируемый только на том ее выходе, номер которого соответствует поступившему на входы коду сигнала. Построим эту схему по переключательным функциям, которые заданы таблицей:

Представим данные функции в аналитической форме следующим образом:

Записывается сумма произведений всех аргументов X(i), при наборах которых данная функция равна единице. (В нашем случае каждое уравнение имеет по одному слагаемому)

Над аргументами, принимающими значения нуля в данном наборе, ставятся знаки инверсии

Выполнив данные указания, получаем восемь уравнений:

Y = x_0*x_1*x₂

Y₁ = x_0*x_1*x₂

Y₂ = x_0*x_1*x₂

Y₃ = x_0*x_1*x₂

Y₄ = x_0*x_1*x₂

Y₅ = x_0*x_1*x₂

Y₆ = x_0*x_1*x₂

Логическая схема дешифратора

Схема синтезируемого устройства

Схема дешифратора на ИС К155ИД4

Схема для исследования ИС К155ИД4

Схема, построенная в программе Multisim 11

Видоизмененная схема дешифратора (дешифратор 3 на 8)

Для того чтобы переключиться на дешифратор три на восемь, достаточно объединить входы 1 и 15, или подать на них одинаковый сигнал – либо две единицы, либо два нуля.

Выводы

В результате данной лабораторной работы мы синтезировали дешифратор 3-х разрядного числа в соответствии с переключательной функцией, представив ее в аналитической форме; построили принципиальную схему дешифратора, используя приложение Electronics Workbench; изучили принцип работы дешифратора К155ИД4 (SN74155) и проверили режим его работы.

Сигнал, подаваемый в дешифратор, формируется на том его выходе, номер которого соответствует коду поступившего на входы сигнала.

Для перехода на дешифратор 3 на 8 нужно подать на входы 1 и 15 одинаковый сигнал

Источник

Анализ функционирования преобразователя кода , страница 2

3. Функциональная схема, условное графическое обозначение и таблица истинности полного дешифратора на 3 входа.

4. Линейные дешифраторы: переключательная функция, УГО и схема.

5. Пирамидальные дешифраторы: переключательная функция, УГО и схема.

6. Многоступенчатые дешифраторы прямоугольного типа: переключательная функция, УГО и схема.

7. Тактируемые и дешифраторы интегрального исполнения.

Дешифратор — это комбинационный операционный узел, преобразующий входное слово в сигнал на одном из его выходов.

Таким образом, дешифратором называется узел, в котором каждой комбинации входных сигналов соответствует наличие сигнала на одном из выходов.

На рис.4 представлена функциональная схема дешифратора, имеющая n входов и 2 n -1 выходов.

Рис. 4. Функциональная схема дешифратора

Методика синтеза дешифраторов

Условия работы дешифратора на два входа можно представить таблицей истинности (табл.3). Количество выходов такого дешифратора m = 2 2 = 4.

Таблица истинности дешифратора 2×4

Переключательные функции для выходов дешифратора согласно этой таблице истинности запишутся следующим образом:

Структурная схема дешифратора реализующая переключательные функции (4), представлена на рис.5.

Рис. 5. Схема двухвходового дешифратора в булевом базисе

Преобразуем выражения (4) для реализации в базисе И-НЕ:

Реализация устройства в базисе И-НЕ представлена на рис.6.

Рис. 6а. Схема дешифратора «2×4» в базисе И-НЕ

Рис. 6б. Условное графическое обозначение дешифратора «2×4»

Условные изображения дешифратора, применяемые при построении функциональных схем, показаны на рис.7, где а — общее обозначение дешифратора; б — обозначение матричного дешифратора. Входы дешифратора помечаются десятичными числами, изображающими двоичные веса, выходы — десятичными изображениями соответствующих кодовых комбинаций.

Рис.7. Условное графическое обозначение дешифратора:

а — общее обозначение дешифратора; б — матричный дешифратор

Обозначение дешифраторов: 155ИД1, 555ИД6 и т.д.

3. Анализ работы шифраторов

Назначение и принцип действия шифраторов.

Рассмотрение вопроса осуществляется путем опроса обучаемых с мест и у доски в соответствии со следующим планом:

· Способы синтеза схем

· Примеры простейших схем

Вопросы рассматриваемые с обучаемыми

1. Назначение, логика функционирования и классификация шифраторов.

2. Функциональная схема, условное графическое обозначение и таблица истинности шифратора на n входов.

3. Функциональная схема, условное графическое обозначение и таблица истинности шифратора на 4 входа.

4. Синтез шифраторов в различных базисах.

5. Принципы построения приоритетных шифраторов.

Шифратор представляет собой функциональный узел цифровой ЭВМ и предназначен для преобразования унитарного кода (код, в котором лишь одна переменная принимает единичное значение) в некоторый (двоичный) позиционный код.

Иными словами, шифратор выполняет функции, обратные функциям дешифратора.

Полный шифратор имеет 2 m входов и m выходов. При этом, если подан входной сигнал на одну из входных цепей шифратора, то на его выходах формируется слово, соответствующее номеру возбужденной цепи.

Синтез равнозначного шифратора

Пусть m=2, тогда число входов шифратора равно четырем. Таблица функционирования такого шифратора будет иметь следующий вид (табл.4).

Источник

Учебное пособие: Синтез схемы шифратора и кодопреобразователя для управления 1-разрядным 7-сегментным индикатором

С 387 Синтез схемы шифратора и кодопреобразователя для управления 1-разрядным 7-сегментным индикатором:

Методические указания / Под редакцией В.И. Воробьева.;

РХТУ им. Д.И. Менделеева, Новомосковский ин-т; Сост.:

В.С. Прохоров. — Новомосковск, 2001. — 28с.

В предлагаемом пособии даны описания и методические указания для выполнения индивидуального задания по курсу "Схематехника", которые помогут студентам ознакомиться с синтезом комбинационной схемы управления семисегментным индикатором.

Ил.7. Табл.7. Библиогр: 5 назв.

Содержание

Введение

Логические элементы – основной “строительный материал” цифровых систем обработки информации и управления.

Логические элементы выполняют простейшие логические операции (конъюнкцию, дизъюнкцию, инверсию) над входной информацией, представленной в двоичной форме. Однако реализация произвольного вычислительного процесса, содержащего арифметические операции (сложение, вычитание, умножение) или логические процедуры (поиск, сортировка, сравнение, сдвиг и др.), также осуществляются схемами, состоящими из логических элементов. Таким образом, логические элементы образуют универсальную среду, обеспечивающую арифметическую и логическую обработку входной двоичной информации.

Работа с логическими элементами требует не только знакомства с их принципиальными схемами и техническими характеристиками, но и знания основных положений алгебры логики, теории переключательных схем, а также умения по определенным правилам синтезировать логические схемы с заданными характеристиками. Выполнение предлагаемого задания позволит приобрести основные необходимые для инженера навыки.

1. Порядок синтеза схемы шифратора и кодопреобразователя для управления 1-разрядным 7-сегментным индикатором

Проиллюстрируем методику решения задачи на примере.

1. Входные данные вводятся в унитарном коде. Унитарный код двоичного n-разрядного числа представляется 2n разрядами, только один из которых равен 1. Для преобразования этого кода в двоичный код следует применить шифратор. Шифратор должен иметь десять входов, каждому из которых соответствует одно из чисел 0, 1, 2. 9. Число 9 в двоичном коде представляется разрядами: 1001, т.е. шифратор должен иметь четыре выхода. В соответствии с этими требованиями составляют таблицу истинности (табл.1).

Таблица истинности шифратора

2. Получают логическую функцию шифратора в виде СДНФ путем записи “по единицам” (табл.1):

3. Используя полученные уравнения можно синтезировать функциональную схему шифратора в логическом базисе И, ИЛИ, НЕ (рис.1):

Рис.1. Функциональная схема шифратора на логических элементах или для синтеза шифратора в логических базисах И-НЕ или ИЛИ-НЕ следует применить закон двойной инверсии и закон инверсии (закон Де Моргана):

После выбора из табл.4 микросхем синтезируют принципиальную электрическую схему шифратора в заданном табл.5 базисе.

4. Допустим, что последние четыре цифры номера зачетной книжки образуют число 3011, т.е. должны индицироваться только стилизованные цифры 0, 1, 3, а при вводе остальных цифр — символ

5. При составлении таблицы истинности кодопреобразователя (табл.2) учитывают, что входные данные вводятся в двоичном коде, а наличие высокого потенциала на выходах кодопреобразователя y1, y2, y3. y7 вызывает свечение соответственно сегмента a, b, c, d, e, f, g 7-сегментного индикатора.

Таблица истинности кодопреобразователя

Символом “х” в табл. 2 обозначены безразличные состояния выходных переменных.

6. Для нахождения МДНФ применяют диаграммы Вейча-Карно (рис.2). Из табл.2 видно, что y1=y4; y2=y3; y5=y6.

Рис.2. Диаграммы Вейча-Карно для кодопреобразователя

На диаграммах Вейча-Карно безразличные состояния входных переменных, отмеченные символом “х” и включенные в контуры, считаются единичными, а вне контуров – нулевыми.

7. Для реализации функциональной схемы в базисе И-НЕ преобразуют полученные МДНФ, применяя законы двойной инверсии и инверсии (закон Де Моргана):

8. Для реализации функциональной схемы в базисе ИЛИ-НЕ преобразуют полученные МДНФ, применив указанные законы:

9. Схема кодопреобразователя в логическом базисе И, ИЛИ, НЕ (рис.3):

Рис.3. Функциональная схема кодопреобразователя в логическом базисе И, ИЛИ, НЕ

10. Схема кодопреобразователя в логическом базисе И-НЕ на логических элементах типа К176ЛА7 и К176ЛА9 (рис.4):

DD1, DD2: K176ЛА9 — 3х3 И-НЕ

DD3, DD4: K176ЛА7 — 4х2 И-НЕ

Рис.4. Принципиальная электрическая схема кодопреобразователя в логическом базисе И-НЕ

11. Так как между входом x3 и выходом y1 включено 5 логических элементов, то задержка кодопреобразователя равна

tз=5 tз. ср=5(200. 300) =(1000. 1500) нс.

12. Схема кодопреобразователя в логическом базисе ИЛИ-НЕ на логических элементах типа К176ЛЕ5 и К176ЛЕ10 (рис.5):

DD1 – DD4: K176ЛЕ5 — 4х2 ИЛИ-НЕ

DD5: K176ЛЕ10 — 3х3 ИЛИ-НЕ

Рис.5. Принципиальная электрическая схема кодопреобразователя в логическом базисе ИЛИ-НЕ

13. Так как между входом x1 и выходом y1 включено 7 логических элементов, то задержка кодопреобразователя равна

tз=7(200. 300) =(1400. 2100) нс.

2. Индивидуальное задание

Синтезировать схему шифратора и кодопреобразователя, который управляет работой одноразрядного семисегментного индикатора. При этом должны индицироваться стилизованные цифры (Рис.6):

Рис.6. Стилизованные цифры 7-сегментного индикатора

Эти стилизованные цифры должны совпадать с четырьмя последними цифрами номера студенческого билета (зачетной книжки).

При поступлении на вход кодопреобразователя других цифровых данных должен высвечиваться спецсимвол, выбранный из табл.3.

Входные данные в кодопреобразователь вводятся двоичным кодом, который получают из унитарного кода с помощью шифратора (рис.7).

Рис.7. Структурная схема шифратора и кодопреобразователя для управления 1-разрядным 7-сегментным индикатором

Согласно варианту необходимо:

1. Составить таблицу истинности для шифратора.

2. Найти СДНФ шифратора.

3. Выбрать из табл.4 или табл. П2.2 подходящие ИМС и разработать на их основе принципиальную электрическую схему шифра в заданном базисе (табл.5).

Рекомендуемый перечень микросхем

Условное обозначение ИМС		Состав и функциональное назначение ИМС	Тип логики
К155ЛА1		2х4 И-НЕ	ТТЛ
К155ЛА3		4х2 И-НЕ	ТТЛ
К155ЛА4			3х3 И-НЕ		ТТЛ
К155ЛЕ1			4х2 ИЛИ-НЕ		ТТЛ
К176ЛЕ10			3х3 ИЛИ-НЕ		КМОП
К176ЛЕ6			2х4 ИЛИ-НЕ		КМОП
К176ЛЕ5			4х2 ИЛИ-НЕ		КМОП
К176ЛА7			4х2 И-НЕ		КМОП
К176ЛА8		2х4 И-НЕ			КМОП
К176ЛА9		3х3 И-НЕ			КМОП
К500ЛМ102		4х2 ИЛИ-НЕ			ЭСЛ
К500ЛМ106		3х3 ИЛИ-НЕ			ЭСЛ
К500ЛМ109		4 ИЛИ-НЕ, 5 ИЛИ-НЕ			ЭСЛ
К561ЛЕ5		4х2 ИЛИ-НЕ			КМДП
К561ЛЕ6		2х4 ИЛИ-НЕ			КМДП
К561ЛА7		4х2 И-НЕ			КМДП
К561ЛА8		2х4 И-НЕ			КМДП
К561ЛА9		3х3 И-НЕ			КМДП
К561ЛА10		3х3 ИЛИ-НЕ			КМДП
К555ЛА3		4х2 И-НЕ			ТТЛШ
К555ЛЕ1		4х2 ИЛИ-НЕ			ТТЛШ
К555ЛН1		6 НЕ			ТТЛШ
К555ЛИ1		4х2 И			ТТЛШ
К555ЛИ3		3х3 И			ТТЛШ
К555ЛА4		3х3 И-НЕ			ТТЛШ
К555ЛА1		2х4 И-НЕ			ТТЛШ
К555ЛЕ4		3х3 ИЛИ-НЕ			ТТЛШ
К531ЛА3П		4х2 И-НЕ			ТТЛШ
К531ЛЕ1П		4х2 ИЛИ-НЕ			ТТЛШ
К531ЛН1П		6 НЕ			ТТЛШ
К531ЛИ3П		3х3 И			ТТЛШ
К531ЛА1П	2х4 И-НЕ			ТТЛШ
К531ЛА2П	8 И-НЕ			ТТЛШ

Запись 2х4 И-НЕ означает, что в одном корпусе ИМС находятся два 4-входовых логических элемента И-НЕ. Более подробная информация о микросхемах ТЛЛ представлена в прил.2.

Базис для синтеза шифратора

Последняя цифра номера зачетной книжки	Четная	Нечетная
Базис	ИЛИ-НЕ	И-НЕ

4. Определить время задержки для синтезированной схемы шифратора, используя данные табл.6 или табл. П2.1

5. Составить таблицу истинности для кодопреобразователя.

6. С помощью диаграмм Вейча-Карно найти МДНФ для выходных переменных кодопреобразователя.

7. Выбрать из табл.4 или табл. П2.2 подходящие ИМС и разработать на их основе принципиальную электрическую схему кодопреобразователя в заданном в табл.7 базисе.

Базис для синтеза кодопреобразователя

8. Определить время задержки для синтезированной схемы кодопреобразователя.

9. Начертить полную принципиальную электрическую схему устройства. Принципиальную электрическую схему выполнить в соответствии ГОСТ 2.743-82 “Обозначения условные графические в схемах. Элементы цифровой техники”. Можно использовать рекомендации Приложения 1.

Приложение 1

Двоичные логические элементы

Общие принципы построения условных графических обозначений, а также условные графические обозначения двоичных логических элементов, выпускаемых промышленностью в виде цифровых микросхем, установлены ГОСТ 2.743-82.

Условное графические обозначение двоичного логического элемента имеет форму прямоугольника, который может содержать три поля: основное и два дополнительных. В основном поле помещают информацию о функции, выполняемой логическим элементом — символ функции и при необходимости дополнительные данные по ГОСТ 2.304-68. В дополнительных полях помещают условные обозначения входов и выходов, называемые метками. Дополнительные поля и метки обычно имеют комбинационные и сложные логические элементы, у которых все входы (выходы) логически неравноценны. (См. табл. П.1.1, табл. П.1.2, табл. П.1.3, табл. П.1.4)

Все размеры условного графического обозначения по высоте должны быть кратны постоянной величине С. При этом расстояние между горизонтальной стороной прямоугольника и ближайшей входной (выходной) линией, а также между соседними входными (выходными) линиями должно быть не менее величины С. При ручном (неавтоматизированном) выполнении графического обозначения С³5 мм.

Источник