Исследование комбинационных устройств

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).

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

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.

3. Определяют дискретные значения выходной функции при тех же значениях и по той же методике с учетом того, что выходная Функция записывается в двоичном пятиразрядном коде Результаты свидятся а таблицу. Для перевода функции cosnx в двоичный пятиразрядный код используется коэффициент (2s - 1).

4. Строится схема преобразователя кодов. Для этого используется дешифратор 4x16, выходные шины 0. .15, которого с помощью диодов соединены с пятью выходными шинами шифратора в соответствии с полученными в результате выполнения пунктов 2 и 3, кодами выходной и входной функций. При этом двоичный четырехразрядный код входной функции на каждом из наборов определяет номер выходной шины шифратора, а соответствующий ему двоичный пятиразрядный код - узлы соединения этой выходной шины с соответствующей разрядной выходной шиной шифратора. Соединения выходной шины дешифратора и выходных шин шифратору осуществляются с помощью диодов только в тех разрядах, где код выходного пятиразрядного двоичного числа равен единице. Схема ПК для рассматриваемого примера строится аналогично рассмотренному преобразователю (рис 6).

В случае, если одному и тому же входному коду соответствуют различные выходные коды, следует взять одно из значений выходною кода.

Преобразование параллельного кода в последовательный возможно с помощью регистра либо мультиплексора. В первом случае код записывается в регистр по команде параллельной записи. Затем на управляющий вход RG подаются такты сдвига, под действием которых код сдвигается и в последовательном виде появляется на выходе старшего разряда Регистр следует выбрать такой, чтобы в него можно было записать 5 разрядов, например, К531ИР24 или два ИР1. Команда записи и импульсы сдвига формируются специальным генератором (генератор можно не разрабатывать).

Во втором случае параллельный код подается на информационные входы мультиплексора (входы D (рис.7)). На адресные входы (А, В, С) подаст двоичный код, формируемый, например, с помощью двоичного счетчика, запускаемого генератором тактов. Преобразование возможно как со стороны младшего разряда, так и со стороны старшего.

В обоих случаях для согласования преобразователя с линией связи ставится формирователь импульсов, имеющий выходное сопротивление 50 Ом. Этот формирователь подключается к выходу F или F мультиплексора (рис.7) или к старшему выходу регистра. Формирователь может быть сделан как на отдельных дискретных элементах - ключах на транзисторах, так и на основе специальных логических схем - линейных формирователях типа К155ЛЕ2.

Примечание. В указаниях приведены микросхемы 155 серии. Задание можно выполнять на любой серии микросхем.

Генераторы тактовых и управляющих импульсов можно не разрабатывать и не приводить на принципиальной схеме. Но необходимо указать на временной диаграмме последовательность действия этих импульсов.

Студенты, знакомые с микропроцессором, могут выполнить данное задание на каком-либо микропроцессорном комплекте. В этом случае в отчете следует представить программу преобразования непрерывной функции в код, увеличив число точек отсчета, программу управления выходным портом. На принципиальной схеме представить микропроцессор с указанием всех задействованных выходов; преобразователь параллельного кода в последовательный, линейный формирователь. Принципиальная схема должна сопровождаться кратким описанием ее работы.

ЗАДАНИЕ НА ИССЛЕДОВАНИЕ

Исследовать работу предложенных шифраторов, дешифраторов, мультиплексоров, демультиплексоров и преобразователей кодов.

ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТОВ.

В отчете необходимо представить схемы исследованных элементов и временные диаграммы, а также номер варианта, таблицы преобразования, таблицу функционирования кодопреобразователя, принципиальную схему преобразователя с описанием его работы. Принципиальная схема должна быть оформлена с соблюдением требований ЕСКД. В конце отчета указывается список литературы.

1. Аналоговые и цифровые интегральные микросхемы / Под ред. С.В. Якубовского. М: Радио и связь, 1997.432 с.

2. Гусев В.Г., Гусев Ю. М Электроника. М.: Высш. шк., 1996.490 с. ил.

3. Калиш Г.Г. Основы вычислительной техники М.: Высш. шк., 2000. - 271 с: ил.

4. Шило В.И. Популярные цифровые микросхемы. М: Радио и связь, 1998.320 с: ил.

5. Каган Б.М., Сташин В.В. Основы проектирования микропроцессорных устройств автоматики. М.: Энергоатомиздат, 1997.

6. Каган Б.М. Электронные вычислительные машины и системы 3 изд. М.: Энергоатомиздат, 1991.

7. Мокрецов В.Д. Комбинационные схемы в МП системах: Учебное пособие. Свердловск: УПИ, 1999.97 с: ил.

8. Применение ИМС в электронной вычислительной технике: Справочник Под ред. Б.Н. Файзулаева. Радио и связь, 1997, 476с: ил.

9. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы: справочник под ред. СВ. Якубовского М.: Радио и связь, 1994

Страницы: 1, 2