Побудова універсальних логічних модулів (УЛМ) за допомогою MS

Опорний конспект

Тема 1.3. Типові функціональні вузли комбінаційних цифрових пристроїв.

Дешифратор (Decoder)

Дешифратором називається функціональний вузол комп’ютера призначений для перетворення кожної комбінації вхідного двійкового коду в керуючий сигнал лише на одному із “m” виходів. Цей сигнал називається активним.

Якщо дешифратор має n входів і m=2ⁿ – виходів, то такий дешифратор є повним. Якщо число виходів менше 2ⁿ, то дешифратор називають неповним.

Умовно графічне позначення дешифратора приведене на рис. 1.

Рис. 1. УГП дешифратора: а) на функціональних схемах; б, в, г) на принципіальних схемах.

У схему дешифраторів вбудовуються один, два або три стробуючих (дозволяючих) входи, наприклад Е рис. 1 або рис. 2. при наявності дозволу дешифратор працює, при його відсутності всі виходи дешифратора пасивні.

Вказати рівні сигналів:

Виходи DC активні Виходи DC пасивні

Е₁= ____________ Е₁= ____________

Е₂= ____________ Е₂= ____________

Рис. 2

Використання входів дозволу дає змогу досить просто будувати схему дешифратора більшої розрядності вхідного коду. З’єднання двох три розрядних дешифраторів дає декодування чотирозрядного коду, показано на рис. 3. Інтегральна мікросхема КР1533ИД4 – це здвоєний дешифратор 2→4 з інверсними виходами. Цю ІС дешифратора можна використовувати для побудови 8-ми канального дешифратора, рис. 4.

Рис. 3. Рис. 4.

В комп'ютерах дешифратори використовують для виконання таких операцій:

ü дешифрації коду операції, записаного в регістр команд процесора, що за­безпечує вибір потрібної мікропрограми;

ü перетворення коду адреси операнда в команді в керуючі сигнали вибору за­даної комірки пам'яті в процесі записування або читання інформації;

ü забезпечення візуалізації на зовнішніх пристроях;

ü реалізації логічних операцій та побудови мультиплексорів і демультиплексорів.

Завдання для самоконтролю

Задача 1. Використовуючи таблицю істинності для дешифратора 2→4 записати логічні вирази.

F₁=_______________________________________

F₂=_______________________________________

F₃=_______________________________________

F₄=_______________________________________

Задача 2.Аналізуючи рис.4 кожну комбінацію вхідного двійкового коду (х₁,х₂,х₃), при , вказати порядковий номер виходів, позначивши їх через у_і(і=0,1,2,…,7).

Задача 3. Який вихід дешифратора буде активним на рис. 5. Вказати на виходах DC активні та пасивні рівні сигналів.

Рис. 5.

Задача 4. Вказати двійковий код на інформаційних входах та рівні сигналів на стробуючих входах, а також на виходах дешифратора, для активізації 9, 12, 5, 14 виходів, рис. 6.

а) активний 9 вихід

б) активний 12 вихід

в) активний 5 вихід

г) активний 14 вихід

Рис. 6.

Задача 5. Запишіть логічну функцію в МДНФ, яку виконує наступна електрична принципова схема на рис. 7а, для чого спочатку дати відповіді на запитання.

Рис. 7a. DD1 – KP1533ИД7, DD2 – KP1533ЛА2

Дати відповіді на запитання

1. На виході дешифратора (рис.7а) активним рівнем буде ______________, а пасивним _______________.

2. Елемент позначений DD2 виконує функцію __________________ ____________________________________________________________________.

3. Входи елемента DD2 підключені до U_ж, чому? ________________ ____________________________________________________________________

4. Входи 1, 2, 4 (DD1) мають назву _____________________________, а входи Е₁, Е₂, Е₃ (DD1) мають назву ____________________________________.

5. Записати логічні вирази кожного виходу дешифратора. 0-________, 1-__________, 2-__________, 3-__________, 4-__________, 5-__________, 6-__________, 7-__________.

6. Записати логічний вираз ________________________ ____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

7. Як буде працювати DC (DD1), якщо вхід Е₃ заземлити? ________ ____________________________________________________________________

Самостійна робота

Задача 1. Побудувати схему відтворення логічних функцій та , використовуючи DC (3→8) та елемент АБО. Спочатку запишіть повні логічні вирази.

Задача 2.Вивчити форми сигналів які надходять на інформаційні входи ІС КР1533ИД3, та вказати рівні сигналів на входах Е₁,Е₂, та який вихід буде активним в моменти часу t₃, t₁₅, t₈, t₆, t₁₆.

Записати номер виходу та рівень сигналу на цьому виході. t₃____;(___), t₁₅____;(___), t₈____;(___), t₆____;(___), t₁₆____;(___).

Задача 3. Побудувати 32-х канальний дешифратор використовуючи УГП дешифраторів 2→4 та 3→8. Кожен дешифратор має один вхід дозволу.

Дати визначення ЦП декодера та відповіді на наступні запитання.

1. Скільки потрібно дешифраторів 2→4? ___________________________

2. Скільки потрібно дешифраторів 3→8? ___________________________

Шифратор (Coder)

Шифратором називається функціональний вузол комп’ютера, призначений для перетворення вхідного m-розрядного універсального коду у вихідний n-розрядний двійковий позиційний код. Умовні графічні позначення шифраторів на схемах показані на рис. 8.

Рис.8. УГП шифратора: а) на функціональних схемах; б) на принципових схемах.

Шифратор має певну кількість входів, причому в кожен момент часу тільки один з них може бути активізованим, в результаті чого шифратор формує двійковий код, структура якого залежить від того, який із входів був у стані збудження.

Задача. Визначити стан виходів шифратора на рис. 9, якщо вхід 5 активізований, а на рис. 10 активізований 6 вхід. Вказати рівні сигналів на входах та виходах шифратора.

Рис. 9. Рис. 10.

У цифрових пристроях шифратори використовують для таких операцій:

ü Перетворення унітарного вхідного коду у вихідний двійковий позиційний код;

ü Введення десяткових даних з клавіатури;

ü Позначення старшої одиниці в слові;

ü Передача інформації між різними пристроями при обмеженому числі ліній зв’язку.

Одне з основних застосувань шифратора — введення даних з клавіатури, на­приклад, десяткових цифр. Натискання клавіші з десятковою цифрою 0, 1, …, 9 ма­ють приводити до передачі в цифровий пристрій двійково-десяткового коду цієї циф­ри. Для цього використовується неповний шифратор "з 10 в 4".

Шифратори, які при одночасному натисканні декількох клавіш виробляють код тільки старшої цифри, називаються пріоритетними. Пріоритетні шифратори, які призначені для пошуку старшої (лівої) одиниці в слові та формування на виході двій­кового номера шуканого розряду, називаються покажчиками старшої одиниці. Їх застосовують у пристроях нормалізації чисел з плаваючою комою, в системах з пріоритетним обслуговуванням запитів на переривання роботи комп'ютера.

Контрольні запитання

1. Чим шифратор відрізняється від дешифратора? ___________________

__________________________________________________________________ __________________________________________________________________

2. Чим відрізняється пріоритетний шифратор від звичайного? _________

__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________.

Мультиплексор.

Мультиплексором називається функціональний вузол комп’ютера, призначений для підключення одного зі вхідних каналів D₀, D₁…D_n на виход Q під керівництвом відповідного кода адресного простору А₀, А₁…А_m-1. Зв'язок між числом інформаційних (n) і адресних (m) входів визначається співвідношенням n=2^m. Таким чином, мультиплексор реалізує керовану передачу даних від кількох вхідних ліній в одну вихідну.

Умовно графічне позначення мультиплексорів показано на рис. 11.

Рис. 11. УГП мультиплексорів: а) на функціональних схемах;

б) на принципових схемах; в) ІС КР1533КП7, де С – вхід стробування.

Дозволяючий (стробуючий) вхід керує одночасно всіма інформаційними входами незалежно від стану адресних входів. Наявність дозволяючого входу розширює функціональні можливості мультиплексора:

ü даючи можливість синхронізувати його роботу з роботою інших вузлів, а також цей вхід використовується для нарощування розрядності мультиплексорів, якщо потрібно більше інформаційних входів, ніж їх є у даному мультиплексорі.

ІС мультиплексорів відрізняються числом входів, способом адресації, наявністю входів дозволу, прямими та інверсними виходами.

Логіка роботи 4-х канального мультиплексора наведена в таблиці 1.

Таблиця 1.

Мультиплексор виконує функцію:

- без стробуючого . входу

- зі стробуючим входом

В інтегральному виконанні мультиплексори випускають на чотири, вісім або шістнадцять входів (каналів). Каскадування дозволяє реалізувати комутацію довільного числа вхідних ліній на базі серійних мікросхем мультиплексорів меншої розрядності.

Приклад побудовимультиплексорана 16 каналів на основі типових чотиривходових мультиплексорів показано на рис. 12.

Рис. 12.

Входи стробування також можна використовувати для збільшення входів. На рис. 13 зображено 16 канальний комутатор, виконаний на двох 8 - канальних мультиплексора. Проаналізуйте роботу схеми, та запишіть у таблицю 2 рівні сигналів на адресних входах, та виходах Q ( ), якщо на входи 2, 12, 4, 3, 10 надходять відповідні рівні сигналів.

Рис.13.

Таблиця 2.

Інф. входи	Адресні входи	Виходи
Di	Рівень	А3	А2	А1	А0	Q1	Q2

Завдання для самоконтролю

1. Опишіть як побудувати перетворювач паралельного коду в послідовний на базі КР1533КП7, якщо число паралельних входів дорівнює 16.

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Як подати адресні сигнали на входи А₁, А₂, А₃ мультиплексора КР1533КП7, рис 11в, якщо вхідні сигнали треба комутувати в такій послідовності: 3,5,1,7.

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. Побудувати схему MS «32→1» за допомогою КР1533КП7

Побудова універсальних логічних модулів (УЛМ) за допомогою MS.

УЛМ на основі MS відносять до пристроїв, які налагоджуються до розв’язання будь-якої задачі. Універсальність їх полягає у тому, що для заданого числа аргументів можна налагодити УЛМ на будь-яку функцію. Для цього потрібно змінити значення його входів. На адресні входи потрібно подавати аргументи функції, а на інформаційні входи сигнали налагодження.

Приклад 1. Побудувати УЛМ для реалізації логічної функції по mod2 використовуючи мультиплексор 4→1.

Рис. 14.

Приклад 2.На входи налагодження можна перенести будь-який аргумент. Розглянемо який саме аргумент доцільно переносити до сигналів налагодження. Найкраще слід переносити аргументи, які мають мінімальну кількість входження у терми функції, в цьому випадку будуть максимально використовуватися як внутрішні логічні ресурси MS, а для сигналів налагодження збільшується кількість констант, що і є благоприємним для схемної реалізації УЛМ. Розглянемо логічну функцію

Приклад 3.Можна побудувати УЛМ використовуючи додаткові логічні схеми, якщо вихідна функція більш ніж від одного аргументу.

Логічні блоки на MS використовуються у сучасних СВІС програмної логіки, які випускаються відомими фірмами.

Завдання для самоконтролю

1. Побудувати схему УЛМ для виконання логічних функцій АБО, І-НЕ, І, АБО-НЕ за допомогою MS (4→1).

Демультиплексор

Демультиплексором називається функціональний вузол комп'ютера, призначений для комутації (перемикання) сигналу з одного інформаційного входу D на один з n інформаційних виходів. Номер виходу, на який в кожний такт машинного часу передається значення вхідного сигналу, визначається адресним кодом A₀,A₁,A₂,…,A_m-1. Адресні входи m та інформаційні виходи n пов'язані співвідношенням n = 2^m або m = log₂n.

Демультиплексор виконує функцію, обернену функції мультиплексора. Стосов­но мультиплексорів і демультиплексорів користуються також терміном "селектори" даних.

В умовних графічних позначеннях (рис.15) функція демультиплексора позна­чається буквами DMX.

Рис. 15. УГП демультиплексорів: а) на функціональних схемах;

б) на принципових схемах; в) типове з’єднання з мультиплексором.

Демультиплексори використовують для таких операцій:

• комутації як окремих ліній, так і багаторозрядних шин;

• перетворення послідовного коду в паралельний;

• реалізації логічних функцій та інших.

Демультиплексори часто позначають: "1 →n".

Каскадування дозволяє реалізувати комутацію одного вхідного сигналу на дові­льне число вихідних ліній на базі серійних мікросхем меншої розрядності. Нехай по­трібно реалізувати демультиплексування вхідного сигналу на п вихідних ліній, що визначаються m-розрядним адресним кодом, на базі типових мікросхем меншої роз­мірності виду "1 →n₁".

Рис. 16. Каскадування мультиплексорів

ІС дешифратора можна використовувати як демутьтиплексор.

Наприклад. Розглянемо ІС КР1533ИД3 (рис. 17) один із його входів дозволу С1 можна використовувати як інформаційний вхід, а другий С2 як вхід дозволу (або навпаки), та входи (1, 2, 4, 8) – як адресні.

Відповідний двійковий код на входах (1, 2, 4, 8) дозволяє сигналу проходити від інформаційного входу до визначеного виходу.

- інформаційний вхід

- вхід дозволу

1, 2, 4, 8 – адресні входи

Рис. 17.

Задача 1. Який сигнал поступає на інформаційний вхід, якщо відомо які сигнали на виходах пристрою, та маємо графіки А₁=f(t), А₂=f(t).

Задача 2.Який двійковий код буде на адресних входах, якщо вихід 13 є активним (в стані збудження), рис 17. Вказати рівні сигналів на адресних входах та на активному виході.

Поиск по сайту: