Цель работы. Изучение принципов работы шифраторов (CD), дешифраторов (DC), мультиплексоров (MX), демультиплексоров (DMX)

Изучение принципов работы шифраторов (CD), дешифраторов (DC), мультиплексоров (MX), демультиплексоров (DMX). Приобретение навыков синтеза и анализа этих и других цифровых комбинационных устройств на их основе. Изучение работы тестовых и контрольно-измерительных приборов программы Multisim.

Порядок выполнения работы.

1. Синтез шифратора размерностью 4´2 на ЛЭ.

На рис.3.1 показано условное обозначение шифратора размерностью 4´2 и его таблица истинности

X3	X2	X1	X0	Q1	Q0

 

 

Рис.3.1

 

Синтезируйте схему шифратора на ЛЭ в базисе И-НЕ. Для этого используйте ЛЭ 2И-НЕ из библиотеки компонентов. Подключите входы дешифратора к источникам логических сигналов (можно использовать ключи или генератор слов), а к выходам подключите логические пробники.

Протестируйте схему в соответствии с таблицей истинности данного шифратора.

2. Исследование принципа работы приоритетного шифратора размерностью 10 × 4 на основе ИС.

Соберите схему, изображенную на рис.3.2. В ней используется ИС 74LS147D приоритетного шифратора с инверсными входами и выходами. Для выбора этой ИС откройте окно компонентов, выберите группу TTL, а в ней - семейство 74LS_IC. В открывшемся окне выберите ИС 74LS147D.

Рис.3.2

Для исследования работы шифратора подключите к входам ИС 9-тидвижковый переключатель (группа - basic, семейство – SWITCH, компонент - DSWPK_9), а к выходам подключите через инверторы 7-сегментный индикатор (группа Indicators, семейство HEX_DISPLAY, компонент DCD_HEX_DIG_ORANGE).

Протестируйте схему и составьте таблицу истинности приоритетного шифратора.

3. Синтез дешифратора размерностью 2´4 на ЛЭ.

На рис.3.3 показано условное обозначение дешифратора размерностью 2´4 и его таблица истинности.

X1	X0	Q0	Q1	Q2	Q3

Рис.3.3

 

Синтезируйте схему дешифратора 2´4 на ЛЭ в базисе И-НЕ. Подключите входы дешифратора к источникам логических сигналов, а к выходам подключите логические пробники или индикатор.

Протестируйте схему в соответствии с таблицей истинности данного шифратора.

4. Исследование принципа работы дешифратора 3 × 8 на основе ИС.

Соберите схему дешифратора 3 × 8 в соответствии с рис.3.4. В ней используется ИС DCD_3TO8. Для выбора этой ИС откройте окно компонентов, выберите группу Misc Digital, а в ней – семейство TIL. В открывшемся окне выберите компонент DCD_3TO8.

Рис.3.4

Протестируйте дешифратор и составьте его таблицу истинности.

 

5. Исследование принципа работы дешифратора семисегментного индикатора.

5.1. Соберите схему, изображенную на рис.3.5.

Дешифратор семисегментного индикатора выберите из библиотеки компонентов – группа

Misc Digital, семейство TIL, компонент DCD_7SEG_P.

Этот дешифратор преобразует входной четырехразрядный двоично-десятичный код в десятичную цифру, отображаемую на 7-сегментном индикаторе, подключенном к выходам дешифратора.

 

Рис.3.5

 

7-сегментный индикатор, общий вид которого представлен на рис.3.6, выберите из библиотеки компонентов (группа Indicators, семейство HEX_DISPLAY, компонент SEVEN_SEG_COM_K_ORANGE).

 

Рис.3.6

 

Разверните панель генератора слов и задайте на входах A, B, C, D все комбинации двоично-десятичного кода, соответствующие десятичным числам 0 – 9. Включите схему и протестируйте дешифратор в пошаговом режиме генератора слов. При этом на 7-сегментном индикаторе должны отображаться десятичные цифры.

5.2. Подключите к выходам дешифратора вместо 7-сегментныого индикатора логические пробники. Протестируйте полученную схему и заполните таблицу функционирования дешифратора (таблица 3.1).

По результатам тестирования сделайте вывод о соответствии двоичного выходного кода десятичной цифре, отображаемой на 7-сегментном индикаторе для каждой комбинации входного кода.

 

 

Таблица 3.1

 

Деся- тичн. экви- валент	Состояние входов	Состояние выходов
D	C	B	A	a	b	c	d	e	f	g

 

6 Исследование мультиплексора размерностью 4´1 на ЛЭ.

На рис.3.7 показано условное обозначение мультиплексора на 4 информационных входа D₀ – D₃, каждый из которых может быть подключен к единственному выходу Q с помощью задания номера входа на адресных входах А₀ и А₁.

Рис.3.7

 

Пусть работа мультиплексора 4´1 осуществляется в соответствии с ФАЛ:

F=Q=1= D₀ A₁ A₀ + D₁ A₁ A₀+ D₂ A₁ A₀+ D₃ A₁ A₀ (3.1)

Из данного выражения следует, что для синтеза мультиплексора на ЛЭ потребуется два инвертора, четыре ЛЭ типа 3И и один ЛЭ типа 4ИЛИ, т.е. всего 7 ЛЭ.

6.1 Синтез мультиплексора.

Синтезируйте мультиплексор на ЛЭ в соответствии с выражением (3.1). Информационные и адресные входы схемы подключите к источникам логических сигналов посредством ключей, а на выход подключите логический пробник.

Включите схему и исследуйте ее работу: подавайте с помощью ключей на информационные входы D₀ – D₃ логические сигналы и для каждой комбинации адресного слова определите информационный вход, подключенный к выходу. Заполните таблицу функционирования мультиплексора 4´1 (таблица 3.2).

Таблица 3.2

Но-мер ком- би- на- ции	Адрес- ные входы	Выход
A1	A0	Q=D

 

В графе «Выход» таблицы 3.2 запишите номер информационного входа, подключенного к выходу для данной комбинации адресного слова.

6.2.. Исследование принципа работы мультиплексора 4 × 1 на основе ИС.

Соберите схему, изображенную на рис.3.8. Для выбора ИС мультиплексора откройте окно компонентов, выберите группу Misc Digital, а в ней – семейство TIL. В открывшемся окне выберите компонент MUX_4TO1.

Подключите к информационным входам D0 – D3 4-хполюсный движковый переключатель, а к адресным входам – ключи. Протестируйте мультиплексор, составьте его таблицу истинности и сравните ее с таблицей 3.2.

Рис. 3.8

6. Исследование принципа работы демультиплексора размерностью 1× 8 на основе ИС.

Соберите схему, изображенную на рис.3.6. В ней используется ИС 74HC137D_2V–демультиплексор 1× 4 с инверсными выходами. Для выбора этой ИС откройте окно компонентов, выберите группу CMOS, а в ней - семейство 74HC_2V. В открывшемся окне выберите ИС 74HC137D_2V.

Рис.3.6

Демультиплексор 1× 8 имеет один информационный вход D, который может быть подключен к одному из восьми выходов (Y0 – Y7) с помощью задания номера выхода на адресных входах А, В, С. К его адресным входамподключите ключи или генератор слов. К входу D подключите ключ или генератор прямоугольных импульсов с частотой 1Гц. К выходам подключите логические пробники.

Протестируйте демультиплексор и по результатам тестирования заполните его таблицу истинности (таблица 3.3).

Таблица 3.3

 

С	В	А	О0	О1	О2	О3	О4	О5	О6	О7

 

7. Задания для самостоятельной работы.

7.1. Синтез ЦУ дешифратора 5х32.

Синтезируйте по аналогии с предыдущим заданием схему дешифратора 5х32 на основе четырёх дешифраторов 3х8.

Старшие разряды входного пятиразрядного кода e и d подключите к входам разрешения так, чтобы функции разрешения для соответствующих входов определялись следующими выражениями: e*d, e*d, e*d, e*d (для формирования последнего произведения необходим ЛЭ типа НЕ).Протестируйте схему Убедитесь в правильности его работы.

7.2. Синтез ЦУ для реализации заданной функции.

7.2.1. Синтезируйте и испытайте схемы на основе базового дешифратора и элементов 2И-НЕ или 2И, реализующие заданную функцию F. На входе разрешения установите активный уровень. Варианты задач приведены ниже.

1) F=C’*B*A’ÚC*B*AÚB’*A’;

2) F=B’*A’ÚC*B’ÚC’*B*A;

3) F=C’*AÚC*B’;

4) F=C’*A’ÚB;

5) F=C’*B’*AÚC*B’*A’ÚC’*B*A’;

6) F=C’*B’*AÚC*B’*AÚC*B’*A’;

7) F=C’*B’*A’ÚB*AÚC*B;

8) F=C*A’ÚB’*AÚC’*A.

7.2.2. Синтезируйте и испытайте схемы на основе дешифратора 3х8 и элемента И-НЕ, реализующие заданную функцию F. Один из входов разрешения используйте для подачи аргумента одного из сигналов. Варианты задач приведены ниже.

1) F=D*C’*A’ÚD*C*B*AÚD*B’*A’;

2) F=D’*B’*A’ÚD’*C*BÚD’*C’*B*A;

3) F=D*C’*AÚC*B’*A;

4) F=D’*C’*B*AÚD’*C*B*A’ÚD*C’*B*A’;

5) F=D’*C*B’*AÚD*C*B’*AÚD*C*B’*A’;

6) F=D’*C’*B’*AÚD’*B*AÚD’*C*B.

7.2.3. Разработайте, соберите и испытайте схемы на основе дешифратора, формирующие нули на указанных выходах при следующих комбинациях логических уровней на входах, заданных шестнадцатеричными числами в таблице 3.4.

Таблица 3.4

Но- мер вари- анта	Y0	Y1	Y2	Y3	Y4	Y5	Y6	Y7
	0…7	8…F	10…17	18...1F	20…27	28..2F	30…37	38...3F
	0,2,4,6	1,3,5,7	8,A,C,E	9,B,D,F	10,12, 14,16	11,13, 15,17	18,1A, 1C,1E	19,1B, 1D,1F
	0,4,8,C	1,5,9,D	2,6,A,E	3,7,B,F	10,14, 18,1C	11,15, 19,1D	12,16, 1A,1E	13,17, 1B,1F
	0,8, 10,18	1,9, 11,19	2,A. 12,1A	3,B, 13,1B	4,C, 14,1C	5,D, 15,1D	6,E, 16,1E	7,F, 17,1F

 

7.2.4. Синтезируйте и проверьте работу схем на основе мультиплексора 8х1, реализующих заданную логическую функцию Y:

1) Y=C’*B’ÚC*A;

2) Y=B’*A’ÚC*B’ÚC’*A’;

3) Y=C’*B’*A’ÚC*B’*AÚC’*B*AÚC*B*A’;

4) Y=C*AÚB’*A’ÚC’*A’;

5) Y=D*B’*A’ÚC*BÚD’*B’*A;

6) Y=D’*B’*C’*A’ÚC*B*AÚD*C’*B;

7) Y=D*CÚB*A;

8) Y=D’*C*AÚD*B’*A’ÚC*B*A’ÚD’*C’*B;

9) Y=D*(E’*B*AÚC*B’*AÚE*C’*B);

10) Y=B’*(E*D*C*AÚE’*D’*CÚD*C’*A);

11) Y=E*(D*C*B*A’ÚC’*B’*AÚD’*B*A’);

12) Y=A’*(E’*C*B’ÚE*D*CÚD*C’*B).

 

Содержание отчета

 

1. Наименование и цель работы.

2. Перечень приборов и элементов.

3. Схемы ЦУ.

4. Результаты экспериментов.

5. Выводы в результате анализа схем ЦУ.

 

Контрольные вопросы

 

1. Понятие, назначение, классификация и условное обозначение дешифраторов, мультиплексоров, демультиплексоров.

2. Назовите логические функции, выполняемые дешифратором, мультиплексором, демультиплексором.

3. ФАЛ, таблица истинности и схема дешифратора 2×4, выполненная в базисе И-НЕ.

4. Запишите выражение, связывающее количество входов и выходов дешифратора.

5. ФАЛ, таблица истинности и схема мультиплексора 4×1, выполненная в базисе И-НЕ.

6. Принципы синтеза дешифратора 4×16 на основе нескольких дешифраторов 2×4 с управляющим входом. Сколько дешифраторов 2×4 потребуется для решения этой задачи?

7. Как построить схему демультиплексора 1×4 и схему мультиплексора 4×1 на основе дешифратора 2×4?

8. Построить схему дешифратора состояний семисегментного индикатора на ЛЭ в базисе И-НЕ для преобразования двоичных чисел в десятичные