ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 6 - Sethost1 ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 6 Дослідження дешифраторів В лабораторній роботі виконуються

1

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 6

Дослідження дешифраторів

В лабораторній роботі виконуються такі досліди:

• Дослідження дешифратора двійково-десяткового коду в сигнали управління

світлодіодними індикаторами, мікросхема серії 514ИД2 (7447);

• Дослідження дешифратора двійкового коду в сигнали управління світлодіодними

індикаторами (зсув однієї точки в межах шкали), мікросхема серії 155ИД12 (74145).

Мета роботи:

Ознайомлення з принципами побудови дешифраторів та їх експериментальне

дослідження в пакеті Electronics Workbench v5.12.

План виконання лабораторної роботи

1 Вивчити розділ «6.1 Теоретичні відомості».

2 Відповісти на контрольні питання розділу «6.4 Контрольні питання».

3 Ознайомитись з віртуальними приладами, які використовуються в лабораторній

роботі (розділ «6.2 Опис контрольно-вимірювальних приладів»).

4 Виконати лабораторну роботу згідно розділу «6.3 Завдання лабораторної роботи».

5 Оформити звіт по лабораторній роботі.

2

6.1 Теоретичні відомості

Дешифратором називається комбінаційна схема з декількома входами та виходами,

перетворююча код, що подається на входи, в сигнали на одному з виходів.

Якщо на входи дешифратора подаються двійкові змінні, кожна з яких може приймати

значення логічних «0» або «1», то на одному з виходів дешифратора виробляється

сигнал логічної «1», а на решті виходів зберігаються сигнали логічного «0».

В загальному випадку дешифратор, що має n входів, має n2 виходів, оскільки n -

розрядний код вхідного слова може приймати n2 різних значень та кожному з цих значень

повинен відповідати сигнал логічної «1» на одному з виходів дешифратора.

Схеми дешифраторів будують різним чином залежно від формату дешифрованого

слова та особливості вживаної системи елементів, що дешифрується.

За способами побудови, дешифратори прийнято розділяти на:

- лінійні;

- прямокутні;

- пірамідальні.

Різні схеми дешифраторів можна порівнювати по швидкодії та апаратним витратам.

На рисунку 6.1 показаний спосіб побудови лінійного дешифратора, на прикладі

мікросхеми КМ155ИД12, яка є дешифратором сигналів двійкового коду в сигнали

управління лінійними шкалами на основі світловипромінюючих діодів (зсув однієї точки в

межах шкали).

3

а) б)

Рис. 6.1 – Функціональна схема (а) та умовне графічне зображення (б) мікросхеми

КМ155ИД12

Таблиця 6.1 – Таблиця істинності мікросхеми КМ155ИД12.

№ D2 D1 D0 Q7 Q6 Q5 Q4 Q3 Q2 Q1 Q0

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1

1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0

2 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0

3 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0

4 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0

5 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0

6 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0

7 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0

4

Схема представляє собою набір з восьми чотирьохвходових елементів «І», на входи

яких подаються всі можливі комбінації прямих та інверсних значень розрядів слова.

В даній мікросхемі окрім інформаційних входів 20 DD − додатково є вхід V – вхід

заборони, який в загальному випадку не є принципово необхідним для побудови лінійного

дешифратора, але створює додаткові зручності при використанні мікросхеми.

Наявністю цього входу заборони і пояснюється використання чотирьохвходових

елементів «І», а не трьохвходових, які були б потрібні для дешифрації трьохрозрядного

слова.

Якщо розрядність дешифрованого слова n більше максимально можливого числа

входів елементів «І», то елементи повинні бути каскадними з'єднаннями елементів «І» з

меншим числом входів.

При каскадній побудові дешифратора дешифроване слово розбивається на декілька

підслів, що представляють ділянки даного слова.

Для кожного такого підслова на лінійному дешифраторі утворюються всі вихідні

значення.

Ця група лінійних дешифраторів рівна числу підслів, є першим каскадом прямокутного

дешифратора. В будь-якому подальшому каскаді виконується операція кон'юнкції

часткових вихідних значень, утворених лінійними дешифраторами попереднього каскаду.

Функціональна схема каскадного прямокутного дешифратора для семирозрядного

( n =7) вхідного слова показана на рисунку 6.2.

5

Рис. 6.2 – Функціональна схема каскадного прямокутного дешифратора для

семирозрядного вхідного слова

Схема пірамідального дешифратора представлена на рисунку 6.3.

6

Рис. 6.3 – Функціональна схема пірамідального дешифратора

Ця схема в кожному своєму каскаді, число яких рівне розрядності вхідного слова,

утворює часткові вихідні значення як кон'юнкції часткових вихідних значень та цифри

одного з розрядів, що не беруть участі в утворенні попередніх часткових значень.

Великий клас комбінаційних схем представляє собою так звані перетворювачі кодів,

які служать для заданого представлення негативних чисел, для переведення чисел з

однієї системи числення в іншу, для управління різними індикаторами.

Прикладами таких пристроїв, які (не цілком коректно) називають також

дешифраторами, можуть служити мікросхеми КМ155ИД11 та КМ155ИД13.

Мікросхема КМ155ИД11, функціональна схема та умовне графічне зображення якої

приведені на рисунку 6.4, призначена для дешифрації сигналів двійкового коду в сигнали

управління лінійними шкалами на основі світловипромінюючих діодів.

7

а) б)

Рис. 6.4 – Функціональна схема (а) та умовне графічне зображення (б) мікросхеми

КМ155ИД11

Принцип управління – збільшення світлових точок до заповнення всієї шкали.

Призначення виводів:

20 DD − – інформаційні входи, призначені для прийому логічних сигналів в

двійковому коді;

70 QQ − – виходи управління шкалою;

V – вхід заборони;

P – вхід перенесення;

QP – вихід перенесення.

Нормальне функціонування дешифратора можливе при встановленні високого

логічного рівня на вхід P та низького логічного рівня на вході V .

8

Зміна логічних станів виходів 70 QQ − залежно від вхідної інформації на входах

20 DD − відбувається за наступним принципом:

Таблиця 6.2 – Таблиця істинності мікросхеми КМ155ИД11.

При подачі на вхід V рівня логічної «1» всі виходи встановлюються в стан логічного

«0» та перебувають в цьому стані незалежно від змін стану на вхідних інформаційних

лініях, при цьому на виході QP встановлюється логічна «1».

Якщо на вхід P поступає низький логічний рівень, то на виході QP також

встановлюється низький логічний рівень, а на всіх виходах 70 QQ − – рівень логічної «1».

Цей стан буде незмінним до тих пір, поки не зміниться на протилежний рівень сигналу

на вході P .

Мікросхема КМ155ИД13, функціональна схема і умовне графічне зображення якої

приведені на рисунку 6.5, призначена для дешифрації сигналів двійкового коду в сигнали

управління лінійними шкалами на основі світлодіодів.

№ D2 D1 D0 Q7 Q6 Q5 Q4 Q3 Q2 Q1 Q0

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1

1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1

2 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1

3 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1

4 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1

5 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1

6 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1

7 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

9

а) б)

Рис. 6.5 – Функціональна схема (а) та умовне графічне зображення (б) мікросхеми

КМ155ИД13

Принцип управління – зсув двох точок, що світяться, в межах шкали.

Призначення виводів – таке ж, як і у мікросхеми 155ИД11.

Функція управління лінійною шкалою виконується при встановленні високого логічного

рівня на вході P та низького логічного рівня на вході V .

Логічна залежність вхідної та вихідної інформації визначається наступними

відповідностями:

10

Таблиця 6.3 – Таблиця істинності мікросхеми КМ155ИД13.

При логічних станах 11 на входах P та V на виходах встановлюється код 000000001,

а при логічних станах 01 – код 000000011.

В апаратурі відображення цифрової інформації знаходять широке застосування

перетворювачі двійково-десяткових кодів в семиелементні коди цифро-буквених

індикаторів.

Прикладом такого перетворювача може служити мікросхема 514ИД2, яка призначена

для управління напівпровідниковими 7-сегментними цифро-буквеними індикаторами на

основі світловипромінюючих діодних структур з роз'єднаними катодами.

Функціональна схема мікросхеми приведена на рисунку 6.6.

№ D2 D1 D0 QP Q7 Q6 Q5 Q4 Q3 Q2 Q1 Q0

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1

1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1

2 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0

3 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0

4 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0

5 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0

6 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0

7 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0

11

Рис. 6.6 – Функціональна схема мікросхеми 514ИД2

Призначення виводів:

30 DD − – інформаційні входи;

Г – вхід гасіння;

0F,DA,B,C,D,E, – виходи, що підключаються до сегментів індикатора.

12

Таблиця 6.4 – Таблиця істинності мікросхеми 514ИД2.

№ EL BI LT D3 D2 D1 D0 A B C D E F G

0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0

1 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0

2 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1

3 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1

4 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1

5 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1

6 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0

7 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0

8 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1

9 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1

10 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1

не

ви

ко

ну

єть

ся

11 0 1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1

12 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1

13 0 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 1

14 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1

15 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0

Дешифрування вхідних сигналів відбувається при встановленні високого логічного

рівня на вході Г .

Сигнал низького логічного рівня, що поступає на вхід Г , переводить всі виходи

дешифратора в стан логічних «0», при цьому жоден сегмент індикатора не збуджується.

13

6.2 Опис контрольно-вимірювальних приладів

6.2.1 Генератор цифрових сигналів (розділ Instruments>Word Generator)

Генератор цифрових сигналів призначений для формування різних комбінацій

цифрових сигналів (логічних «1» та «0») з різною частотою. Генерація може бути

організована циклічно, пошагово або з перериванням. Реалізована функція сигналу

«готовність даних».

Графічне позначення та лицева панель генератора цифрових сигналів зображені на

рисунку 6.7.

Рис. 6.7 – Графічне позначення та лицева панель генератора цифрових сигналів

6.2.2 Цифровий логічний аналізатор (розділ Instruments>Logic Analyzer)

Цифровий логічний аналізатор призначений для перегляду осцилограм цифрових

сигналів.

В цифровому логічному аналізаторі реалізовані такі функції, як: можливість

використання внутрішнього та зовнішнього сигналів синхронізації, регулювання частоти

розгортки.

Графічне позначення та лицева панель цифрового логічного аналізатора зображені на

рисунку 6.8.

14

Рис. 6.8 – Графічне позначення та лицева панель цифрового графічного аналізатора

6.2.3 Дешифратор двійково-десяткового коду в сигнали управління

світлодіодними індикаторами, мікросхема серії 514ИД2 (розділ

Digital>Demultiplexers>7447 BCD-to-Seven-Segment Dec)

Графічне позначення дешифратора двійково-десяткового коду в сигнали управління

світлодіодними індикаторами, мікросхема серії 514ИД2 зображено на рисунку 6.9.

Рис. 6.9 – Графічне позначення дешифратора двійково-десяткового коду в сигнали

управління світлодіодними індикаторами, мікросхема серії 514ИД2

15

6.2.4 Дешифратор двійкового коду в сигнали управління світлодіодними

індикаторами (зсув однієї точки в межах шкали), мікросхема серії 155ИД12

(розділ Digital>Demultiplexers>74145 BCD-to-Deciminal Dec)

Графічне позначення дешифратора двійкового коду в сигнали управління

світлодіодними індикаторами (зсув однієї точки в межах шкали), мікросхема серії

155ИД12 зображено на рисунку 6.10.

Рис. 6.10 – Графічне позначення дешифратора двійкового коду в сигнали управління

світлодіодними індикаторами, мікросхема серії 155ИД12

16

6.3 Завдання лабораторної роботи

Дослід 1. Дослідження дешифратора двійково-десяткового коду в сигнали управління

світлодіодними індикаторами, мікросхема серії 514ИД2 (7447).

1.1 Запустити Electronics Workbench.

1.2 Підготувати новий файл до роботи. Для цього необхідно виконати такі операції:

File>New та File>Save as, після чого буде необхідно вказати ім’я файлу і каталог у

якому буде зберігатися схема.

1.3 Задати необхідні параметри моделювання (рисунок 6.11).

Рис. 6.11 – Параметри моделювання

1.4 Зібрати досліджувану схему (рисунок 6.12).

17

Рис. 6.12 – Схема досліду 1

Для цього в розділі Digital Digital>Demultiplexers>7447 BCD-to-Seven-Segment Dec

вибрати аналог мікросхеми серії 514ИД2.

1.5 До входів дешифратора під’єднати генератор цифрових сигналів та згенерувати

послідовність сигналів.

1.6 До виходу схеми під’єднати цифровий логічний аналізатор.

1.7 Коли схема зібрана і готова до запуску, натиснути кнопку вмикання живлення на

панелі інструментів.

1.8 Спостерігати за зміною станів виходів схеми відповідно до комбінації вхідних

сигналів.

1.9 Замалювати отримані цифрові осцилограми.

1.10 Згідно отриманих цифрових осцилограм побудувати таблицю станів

досліджуваної схеми та зробити висновки.

Дослід 2. Дослідження дешифратора двійкового коду в сигнали управління

світлодіодними індикаторами (зсув однієї точки в межах шкали), мікросхема

серії 155ИД12 (74145).

2.1 Запустити Electronics Workbench.

2.2 Підготувати новий файл до роботи. Для цього необхідно виконати такі операції:

18

File>New та File>Save as, після чого буде необхідно вказати ім’я файлу і каталог у

якому буде зберігатися схема.

2.3 Задати необхідні параметри моделювання (рисунок 6.11).

2.4 Зібрати досліджувану схему (рисунок 6.13).

Рис. 6.13 – Схема досліду 2

Для цього в розділі Digital>Demultiplexers>74145 BCD-to-Deciminal Dec вибрати аналог

мікросхеми серії 155ИД12.

2.5 Дослідити схему згідно п. 1.5-1.10 попереднього досліду.

По закінченню виконання дослідів оформити звіт по лабораторній роботі на підставі

отриманих експериментальним шляхом даних.

Звіт повинен складатися з схем проведених дослідів та отриманих результатів

відповідно, а також висновків зроблених по закінченню кожного досліду.

19

6.4 Контрольні питання

Питання 6.1

В загальному випадку, якщо дешифратор має

3 входи, то кількість виходів дорівнює:

Вибір правильної відповіді:

1. 8

2. 6

3. 3

4. 9

Питання 6.2

За способом побудови дешифратори не

можуть бути:

Вибір правильної відповіді:

1. пірамідальними

2. лінійними

3. прямокутними

4. круговими

Питання 6.3

Якщо розрядність дешифрованого слова n

більше максимально можливого числа входів,

тоді:

Вибір правильної відповіді:

1. застосовується додатковий

елемент

2. застосовується пряме

з’єднання елементів

3. застосовується каскадне

з’єднання елементів

Питання 6.4

Для чого служать перетворювачі коду? Вибір правильної відповіді:

1. для переведення чисел з

однієї системи числення в

іншу, для управління

індикаторами

2. для перетворення

паралельного коду в

послідовний

20

Питання 6.5

На рисунку 1 наведено приклад дешифратора.

Якщо на вході дешифратора код 101, що

формується на його виході?

Рис. 1 – Приклад дешифратора

Вибір правильної відповіді:

1. логічна «1» на 6-ому виході

2. логічна «1» на 5-ому виході, а

на інших виходах логічний

«0»

3. логічний «0» на 5-ому виході,

а на інших виходах логічні

«1»

21

6.5 Література

1. Гусев В.Г.,Гусев Ю.М. Электроника.- М.: Высшая школа, 1991. – 562 с.

2. Опадчий Ю.Ф. и др. Аналоговая и цифровая электроника (Полный курс): Учебник

для вузов. – М.: Телеком, 1999. – 768 с.

3. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. /Пер. с англ. - М.: Мир, 1998. – 704 с.

4. Богданович М.И., Грель И.Н. Цифровые интегральные микросхемы: Справочник.-

Минск: Беларусь, 1991.-91 с.

5. Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы: Справочник. – М.: Радио и связь,

1987. – 352 с.

6. Пухальский Г.И., Новосельцева Т.Я. Цифровые устройства: Учебное пособие для

ВТУЗов. – СПб.: Политехника, 1996. – 885 с.