Исследование комбинационных устройств (стр. 2 из 4)
а) б)Рис. 1. Матричный дешифратор 3-8: а)структура, б) условное обозначение
Матричные дешифраторы состоят из 2 логических схем совпадения (И), каждая из которых имеет n входов. На входы подаются все возможные комбинации прямых и инверсных разрядов дешифрируемого числа X. Пример матричного дешифратора 3x8 приведен на рис. 1.
Недостатком матричных дешифраторов является большое число входов логических элементов с ростом разрядности. Этот недостаток менее существен при использовании диодной логики. Пример такого дешифратора приведен рис. 2. Для того, чтобы такой дешифратор обладал свойством наращиваемое для увеличения разрядности входного числа, он должен строиться из одинаковых схем. На рис. 2 они обведены пунктирной линией. Так, дешифратор 2. может быть построен на основе двух таких схем, дешифратор 3x8- на основе трех схем и т.д.
Рис. 2. Матричный дешифратор на диодной логике
Пирамидальные дешифраторы отличаются тем, что каждая конституента единицы формируется как конъюнкции одной из конституент предыдущего каскада и одного из разрядов входного числа, еще не использовавшегося для формирования конституент. Принцип построения пирамидального дешифратора иллюстрируется на рис. 3. Из схемы видно, что в этом случае можно использовать элементы на два входа.
Рис. 3. Структура пирамидального дешифратора
Дешифраторы входят в состав нескольких серий ТТЛ. В качестве примера приведено условное обозначение микросхем дешифратора 4x16 типа К155ИДЗ (рис. 4). Если на обоих входах разрешение VO=V1=0, микросхема работает как дешифратор. Потенциал VO=1, Vl=l устанавливает уровень "1" всех выходах независимо от состояния входов. Данные микросхемы позволяют наращивать разрядность дешифратора.
Рис. 4. Условное обозначение дешифратора типа К155ИДЗ
Рис.5. Шифратор микросхемы 5x3 на диодах
Преобразователи кодов (ПК). Предназначены для преобразования одного параллельного кода в другой. Они используются для шифрации и дешифрации цифровой информации и могут иметь n входов и К выходов. По назначению ПК можно разделить на два типа: с невесомым и с весовым преобразованиями кодов. В преобразователях первого типа отсутствует численная зависимость входного и выходного кодов, а имеет место символьная взаимосвязь. Например, преобразование двоично-десятичного кода в код семисегментного индикатора десятичных цифр.
Таблица 2
| Трехэлементный код | Пятиэлементный код | ||||||
| Х3 | Х2 | Х1 | У1 | У2 | У3 | У4 | У5 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 |
Преобразователи второго типа используются, как правило, для преобразования числовой информации, когда между числами входного и выходного кодов имеет место заданная математическая взаимосвязь.
Преобразование n-элементного кода в к-элементный можно осуществить с предварительной дешифрацией первого кода и без нее.
В первом случае сначала дешифрируется n-элементный код и на каждой из 2 выходных шин получается сигнал, соответствующий одной из входных кодовых комбинаций. Затем каждый из выходных сигналов кодируется в к -элементном коде при помощи шифратора.
Рассмотрим в качестве примера преобразование трехэлементного кода в пятиэлементный согласно табл. 2. Схема, реализующая такой ПК, показана на рис. 6. В качестве дешифратора используется полный дешифратор 3x8, а в качестве шифратора – диодный матричный шифратор.
Рис.6.Схема, реализующая преобразование 3-элементного кода в 5-элементный
Мультиплексоры. Мультиплексором (MS) называется комбинационное устройство, предназначенное для коммутации в желаемом порядке сигналов с нескольких входных шин на одну выходную. С помощью мультиплексора осуществляется временное разделение информации, поступающей по разным каналам.
Мультиплексоры в микросхемном исполнении обладают двумя группами входов и одним или двумя взаимодополняющими выходами. Входы: информационные; управления; адресные; разрешающие. Если адресных входов n, то информационных входов — 2
. Набор сигналов на адресных входах определяет конкретный информационный вход, который будет соединен с выходом.Наличие разрешающего входа расширяет возможности мультиплексора, позволяя синхронизировать его работу с работой других узлов. Этот вход используется также для наращивания разрядности.
Входы MS делятся на информационные, адресные и разрешающие (апробирующие). На первые подается информация, подлежащая передаче на выход. Адресные входы определяют нужный информационный вход. На разрешающий вход подается сигнал, разрешающий передачу информации со входа на выход. Наличие разрешающего его входа позволяет синхронизировать работу с работой других устройств, а также наращивать его разрядность.
Число адресных входов n позволяет коммутировать 2
входных каналов. Работа MS описывается следующим логическим уравнением: 
где Di, - входные информационные сигналы;
mi, - минтермы, образованные переменными адресных шин;
Y - стробирующий сигнал.
Из уравнения следует, что структура MS состоит из 2
схем совпадения, каждая из которых имеет n адресных, один информационный и один стробирующий вход, и одной схемы ИЛИ с п входами. Ее выход является выходом MS. Пример схемы MS с четырьмя информационными входами (4x1) приведен на рис. 7, а. Условное обозначение MS типа К155КП7 – на рис. 7, 6. Мультиплексоры в интегральном исполнении имеют возможность наращивания числа коммутируемых каналов.Демультиплексоры. Демультиплексоры (DS) в функциональном отношении противоположны мультиплексорам. В них сигналы с одного информационного входа распределяются в необходимой последовательности по нескольким выходам, соответствующим кодам на адресных входах. При n-разрядном адресе DS может иметь 2
выходов.
Принцип работы DS поясняет рис. 8. Здесь D – информационный, А – адресный входы. В зависимости от сигнала А (0 или 1) по адресному входу открыт верхний или нижний элемент И и через него сигнал D подключается к выходу Yo либо к выходу Y1.
Рис.7.Принцип работы схемы мультиплексора 4х I а) и микросхема К155 КП7 б)
Рис. 8. Принцип работы демультиплексора а), пример DS 1x4 б)
Как и мультиплексоры, PS дополняются управляющим входом Y . Пример демультиплексора 1x4 представлен на рис. 8, б.
Рис. 9. Демультиплексор К155ИД4
На рис. 9 показано условное обозначение микросхемы К155ИД4, которая может выполнять роль как демультиплексора, так и дешифратора. Если входы А, В, С использовать как адресные, а информации передавать на вход V, схема работает как демультиплексор 1x8. При Y = О она работает как дешифратор состояния трех входов А, В и С на восемь выходов (от До до Е3).
2. КОНТРОЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ
Разработать преобразователь кода по схеме дешифратор-шифратор с шифратором, выполненным по матричной диодной схеме, для преобразования входной функции, заданной табл.3, в соответствующие им выходные при условии, что входные функции заданы - двоичным четырехразрядным кодом, выходные – двоичным пятиразрядным кодом. Диапазон изменения параметра X составляет (0...1)
/2 с дискретностью 0,1. Параллельный код преобразовать в последовательный, направив его в линию связи с волновым сопротивлением 50 Ом.МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАНИЯ
1. В соответствии с двумя последними цифрами зачетной книжки выбирается номер варианта и выполняется входная и выходная функции разрабатываемого устройства
Таблица 3
| № | Вход | Выход | № | Вход | Выход |
| 1 | sin х | х | 15 | 1- sin х | 0.9 х |
| 2 | cos х | х | 16 | 1-cos2 х | х |
| 3 | 1 - sin х | 0,8 x | 17 | х sin х | sin х |
| 4 | 1 - cos х | 0,8 x | 18 | х cos х | cos х |
| 5 | sin х | x2 | 19 | х(1- sin х) | х |
| 6 | cos х | x2 | 20 | X (1 - cos х) | х |
| 7 | 1- sin лх | x2 | 21 | х (1- sin х) 2 | sin x |
| 8 | 1- cos х | x2 | 22 | х (1 - cos х)2 | cos x |
| 9 | (1- sin х)2 | 0,5 x | 23 | х (1 - cos х)1/2 | х |
| 10 | (1- cos х)2 | х | 24 | Х(1 - sin х) 1/2 | х |
| 11 | (l-sin x)1/2 | х | 25 | х(1 - sin х) 1/2 | sin x |
| 12 | (1- cos х ) 1/2 | х | 26 | х (1- cos х) 1/2 | cos x |
| 13 | sin2 х | х | 27 | 1- х sin х | 1- х cos х |
| 14 | cos2 х | 0,4 x | 28 | sin х | cos х |
2. Определяются дискретные значения входной функции при равномерной дискретизация с шагом 0,1
при изменении X от 0 до 1. Полученные данные переводят в двоичный четырех разрядный код. Для этого каждое из полученных дискретных значений функции умножают на число (24 - 1), результат округляют до ближайшего целого десятичного числа, которое и записывают в двоичном четырехразрядном коде. Результаты сводятся в таблицу. В качестве примера рассмотрен вариант 28. Здесь в строке I -указаны значения X, в строке 2 - х , в строке 3 - sin х в десятичном коде, в строке 4 - (2 -1) sin тех - . значения преобразуемой функции sin тех в десятичном коде с учетом разрядности входного десятичного кода, в строке 5 (2 -1) sin тех. округленное до ближайшего целого входной функции в десятичном коде, в строке 6 – двоичный четырехразрядный код преобразуемой функции.