Текст книги "Сборник лабораторных работ по цифровым устройствам. Для колледжей"

Лабораторная работа №8
«Исследование работы ИМС шифратора 8х3»

Предварительное задание

Перед выполнением задания следует рассмотреть пример из §3.3 [Л1].

1. Начертить в отчете микросхему К555ИВ1 (рис.1).

2. Указать карандашом (для одного задания) и рядом ручкой (для другого задания) значения сигналов на всех входах и выходах данной микросхемы, если она выполняет кодирование десятичных цифр, указанных для каждого варианта в табл.1.

Порядок выполнения работы

1. Запустить программу исследования работы элементов и устройств электроники и микроэлектроники «Elektroniks Workbehch».

2. Собрать схему (рис.2) для исследования микросхемы шифратора SN74LS148N фирмы «Texas Instruments Inc.» (российский аналог – микросхема К555ИВ1).

Примечание: Изображение микросхемы SN74LS148N программа Electronics Workbench дает с ошибками. Здесь все выводы (кроме питания) – инверсные, как в микросхеме К555ИВ1 (рис.1). Более подробно смотрите примечание к рис.2 в лабораторной работе №7.

3. Настроить генератор сигналов для кодирования двух цифр своего варианта, указанных в табл.1. Предусмотреть еще одну строку для выполнения задания, указанного в пункте 6.

4. Нажать на клавишу Step. Проверить по индикаторам правильность кодирования первой цифры из предварительного задания к данной лабораторной работе.

5. Второй раз нажать на клавишу Step. Проверить по индикаторам правильность кодирования второй цифры из предварительного задания к данной лабораторной работе.

6. Показать работу микросхемы при отсутствии разрешения (при наличии пассивного сигнала) на входе EI (на входах цифр могут быть любые сигналы, но должны быть и нули, и единицы).

7. По результату пункта 5 сделать и записать в отчет вывод.

ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ

Для примера рассмотрим вариант №6.

Выполнение предварительного задания

Примечание: Подробное описание решения такой задачи приведено в Примере из §3.3 [Л1]. Еще следует учесть, что микросхема К555ИВ1 выполняет преобразование десятичных цифр от 0 до 7 включительно в 3-разрядный двоичный код.

Здесь для наглядности сигналы, указанные в задании карандашом для первой цифры, показаны красным цветом, а ручкой для второй цифры – синим (рис.3).

1. Первым согласно табл.1 должно выполняться кодирование цифры 5 (рис.3). Поэтому подаем активный сигнал 0 на вход цифры 5 (активным здесь является сигнал 0, так как данный вход инверсный статический).

Десятичной цифре 5 соответствует 3-разрядный двоичный код 101. Но так как выходы микросхемы – инверсные, то на выходах формируется указанный код в инверсном виде: 010.

На выходе ЕО формируется пассивный сигнал логической 1, так как при наличии разрешения по крайней мере на одном входе (входе цифры 5) действует активный сигнал 0.

На выходе GS формируется активный сигнал логического 0, потому что опять же при наличии в данном случае разрешения есть активный сигнал 0 хотя бы на одном входе (входе цифры 5).

2. Вторым согласно табл.1 должно выполняться кодирование цифры 6 (рис.3). Поэтому подаем активный сигнал 0 на вход цифры 6 (активным здесь является сигнал 0, так как данный вход инверсный статический).

На вход бóльшей цифры 7 обязательно подаем пассивный сигнал 1.

На вход EI подаем активный сигнал 0 (здесь активным сигналом является 0, так как вход инверсный статический), который дает разрешение на срабатывание шифратора.

Так как шифратор является приоритетным, то на входы мѐньших цифр (от 0 до 5 включительно) можно подавать любые сигналы, что показываем значком: х.

Десятичной цифре 6 соответствует 3-разрядный двоичный код 110. Но так как выходы микросхемы – инверсные, то на выходах формируется указанный код в инверсном виде: 001.

На выходе ЕО формируется пассивный сигнал логической 1, так как при наличии разрешения по крайней мере на одном входе (входе цифры 6) действует активный сигнал 0.

На выходе GS формируется активный сигнал логического 0, потому что опять же при наличии в данном случае разрешения есть активный сигнал 0 хотя бы на одном входе (входе цифры 6).

Выполнение лабораторной работы

1. Запускаем программу исследования работы элементов и устройств электроники и микроэлектроники «Elektroniks Workbehch».

2. Собираем схему (рис.2) для исследования микросхемы шифратора SN74LS148N фирмы «Texas Instruments Inc.» (российский аналог – микросхема К555ИВ1).

3. Разворачиваем панель генератора сигналов (рис.4).

4. По заданию нужно показать работу микросхемы для кодирования двух цифр, а также при отсутствии разрешения, поэтому в левой колонке генератора сигналов используем 3 строки с адресами 0000, 0001 и 0002.Следовательно, последний нужный адрес 0002 указываем в окошке Final (рис.4).

5. Устанавливаем курсор на первую строку левой колонки (рис.4).

6. В окошке Binary печатаем (рис.4) 9 входных сигналов для кодирования первой цифры (вместе с сигналом разрешения на входе EI) согласно рис.3: 0110ххххх. Подставляем вместо знака «х» любые сигналы. Для ускорения и облегчения набора возьмем единицы, тогда получается: 0 1101 1111. Еще раз напоминаем, что набор можно производить не в окошке Binary, а непосредственно в левой колонке, но сигналы должны быть выражены в шестнадцатиричном коде: 0₂ = 0000₂ =0₁₆, 1101₂ = D₁₆, 1111₂ = F₁₆), то есть получается: 0DF.

7. Устанавливаем курсор на вторую строку левой колонки (рис.5).

8. В окошке Binary печатаем (рис.5) 9 входных сигналов для кодирования второй цифры (вместе с сигналом разрешения на входе EI) согласно рис.3: 010хххххх. Снова вместо знака «х» подставляем единицы и получаем: 0 1011 1111 или в шестнадцатиричном коде: 0ВF (0₂ = 0000₂ = 0₁₆, 1011₂ = В₁₆, 1111₂= F₁₆).

9. Устанавливаем курсор на третью строку левой колонки (рис.6).

10. По заданию следует показать работу шифратора при отсутствии разрешения. Для этого на вход EI подаем пассивный сигнал 1 (здесь пассивным сигналом является 1, так как данный вход инверсный статический). На входы цифр можно подавать любые сигналы, например, возьмем 00111000. Вместе с сигналом 1 на входе EI получается: 1 0011 1000. В окошке Binary печатаем (рис.6) эти 9 входных сигналов, или в шестнадцатиричном коде: 138 (1₂ = 0001₂ = 1₁₆, 0011₂ = 3₁₆, 1000₂= 8₁₆) непосредственно в левой колонке.

11. Нажимаем на клавишу Step. В результате получаем картинку, показанную на рис.7. Сверяем полученные результаты с выполненным красным цветом предварительным заданием на рис.3 и делаем вывод: в данном случае шифратор сработал в соответствии с результатом выполненного задания и кодирование цифры 5 выполнил правильно.

12. Еще раз нажимаем на клавишу Step. В результате получаем картинку, показанную на рис.8. Сверяем полученные результаты с выполненным синим цветом предварительным заданием на рис.3 и делаем вывод: в данном случае шифратор тоже сработал в соответствии с результатом выполненного задания и кодирование цифры 6 выполнил правильно.

13. Еще раз нажимаем на клавишу Step. В результате получаем картинку, показанную на рис.9. Здесь хорошо видно, что при отсутствии разрешения (пассивный сигнал 1 на входе EI) шифратор не срабатывает при любых сигналах на входах десятичных цифр, и на всех выходах устанавливаются пассивные сигналы 1 (здесь пассивными являются сигналы 1, так как все выходы инверсные статические).

Лабораторная работа №9
«Исследование работы схемы шифратора»

Предварительное задание

Перед выполнением задания следует рассмотреть пример из §3.4 [Л1].

1. Разработать схему неприоритетного шифратора без разрешающих входов, который должен выполнять преобразование любых десятичных чисел в двоично-десятичный код, указанный в табл.1.

2. Выполнить анализ работы построенной схемы шифратора в статическом режиме для кодирования двух любых цифр: для одной – карандашом, для другой – ручкой. В таблице истинности обвести также карандашом и ручкой соответствующие строки.

Порядок выполнения работы

1. Запустить программу исследования работы элементов и устройств электроники и микроэлектроники «Elektroniks Workbehch».

2. Собрать схему для исследования работы шифратора в соответствии со своим вариантом из предварительного задания к данной лабораторной работе.

3. Показать работу шифратора для поочередного кодирования двух любых цифр из предварительного задания к данной лабораторной работе. Напомним: построенный в предварительном задании шифратор не является приоритетным!

4. Сделать и записать в отчет вывод.

ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ

Для примера рассмотрим вариант №1.

Выполнение предварительного задания

Примечание: Подробное описание решения подобной задачи приведено в Примере из §3.4 [Л1].

1. Определяем количество и назначение входов и выходов:

Согласно табл.1 шифратор должен выполнять кодирование любых чисел в двоично-десятичный код «7421», поэтому должен иметь десять входов для всех десятичных цифр 0…9 и 4 выхода для четырехразрядного кода «7421».

2. Строим таблицу истинности шифратора (табл. 2). В этой таблице укажем значения кода «7421» для каждой десятичной цифры, пользуясь таблицей 3.4 из [Л1]. Обозначение выходов для кода делаем такое же, как и в микросхеме КР1533ИВ3.

3. Для каждого выхода шифратора записываем СДНФ:

А = Х₁ / Х₃ / Х₅ / Х₈.

B = X₂ / X₃ / X₆ / X₉.

C = X₄ / X₅ / X₆.

D = X₇ / X₈ / X₉.

4. Переходим к базису И-НЕ и определяем требуемое количество логических элементов:

A = (X₁ / X₃ / X₅ / X₈)′′ = (X₁′·X₃′·X₅′·X₈′)′ =

= X₁′ / X₃′ / X₅′ / X₈′; 1 элемент 4И-НЕ.

Так как остальные логические выражения имеют аналогичную структуру, то процесс перехода к базису И-НЕ для них будет выглядеть точно так же. Поэтому сразу записываем полученные результаты:

B = X₂′ / X₃′ / X₆′ / X₉′. 1 элемент 4И-НЕ.

C = X₄′ / X₅′ / X₆′. 1 элемент 3И-НЕ.

D = X₇′ / X₈′ / X′. 1 элемент 3И-НЕ.

Всего для построения схемы шифратора требуются: 1 элемент 5И-НЕ, 2 элемента 4И-НЕ и 1 элемент 2И-НЕ.

5. Подбираем микросхемы: по одной микросхеме КР1533ЛА1 и КР1533ЛА4.

6. Строим схему шифратора в базисе И-НЕ (рис. 1).

Обращаем внимание, что аналогично примеру из §3.4 [Л1] в схеме отсутствует вход для цифры 0: этот вход реально никуда не присоединяется, поэтому и чертить его не нужно.

7. Составляем перечень элементов к данной схеме.

Такую таблицу любой студент должен достаточно легко составить самостоятельно.

8. Выполним анализ работы шифратора (рис. 1) в статическом режиме для преобразования цифр 3 (красным цветом) и 8 (синим цветом). Так как шифратор здесь не является приоритетным, то на вход нужной цифры подается активный сигнал, на всех остальных входах нужно установить пассивные сигналы.

Выполнение лабораторной работы

1. Запускаем программу исследования работы элементов и устройств электроники и микроэлектроники «Elektroniks Workbehch».

2. Собираем схему рис.1 для исследования работы схемы шифратора. Переводя изображение элементов на «западный» стандарт, получаем результат, изображенный на рис.2.

3. Настраиваем генератор сигналов на проверку работы шифратора для кодирования двух цифр 3 и 8, выбранных в пункте 8 «Выполнения предварительного задания», аналогично подробному описанию в лабораторной работе №7 (рис.3).

4. Нажимаем на клавишу Step. В результате получаем картинку, показанную на рис.4. Сверяем полученные результаты с выполненным красным цветом предварительным заданием на рис.1 и делаем вывод: в данном случае шифратор сработал в соответствии с результатом выполненного задания и кодирование цифры 3 выполнил правильно.

5. Еще раз нажимаем на клавишу Step. В результате получаем картинку, показанную на рис.5. Сверяем полученные результаты с выполненным синим цветом предварительным заданием на рис.1 и делаем вывод: в данном случае шифратор тоже сработал в соответствии с результатом выполненного задания и кодирование цифры 8 выполнил правильно.

Лабораторная работа №10
«Исследование работы ИМС дешифратора 4x10»

Предварительное задание

Перед выполнением задания следует рассмотреть пример из §3.6 [Л1].

1. Начертить в отчете микросхему К555ИД6 (рис.1).

2. Указать карандашом (для одного задания) и рядом ручкой (для другого задания) значения сигналов на всех входах и выходах этой микросхемы, если он выполняет последовательное декодирование двух кодов, указанных для каждого варианта в табл.1.

Порядок выполнения работы

1. Запустить программу исследования работы элементов и устройств электроники и микроэлектроники «Elektroniks Workbehch».

2. Собрать схему (рис.2) для исследования микросхемы дешифратора SN74LS42N фирмы «Texas Instruments Inc.» (российский аналог – микросхема К555ИД6).

Примечание: Изображение микросхемы SN74LS42N программа Electronics Workbench дает с ошибками. Здесь все выходы – инверсные, как в микросхеме К555ИД6 (рис.1). Более подробно смотрите примечание к рис.2 в лабораторной работе №7.

3. Показать преподавателю работу данной микросхемы для декодирования двух кодов из предварительного задания к данной лабораторной работе.

ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ

Для примера рассмотрим вариант №2.

Выполнение предварительного задания

Примечание: Подробное описание решения подобной задачи приведено в Примере из §3.6 [Л1].

Напомним (смотрите [Л1, §3.6]), что указанная в задании микросхема дешифратора К555ИД6 выполняет преобразование двоично-десятичного кода в десятичные цифры.

2. Затем согласно табл.1 должно выполняться декодирование кода 0111 (рис.3). Поэтому подаем сигналы этого кода на входы ABCD. Коду 0111 соответствует цифра 7, следовательно в результате на выходе цифры 7 формируется активный сигнал 0, а на выходах всех остальных цифр – пассивные сигналы 1.

Выполнение лабораторной работы

1. Запускаем программу исследования работы элементов и устройств электроники и микроэлектроники «Elektroniks Workbehch».

2. Собираем схему рис.2 для исследования микросхемы дешифратора SN74LS42N фирмы «Texas Instruments Inc.» (российский аналог – микросхема К555ИД6).

3. Настраиваем генератор сигналов на проверку работы дешифратора для декодирования двух кодов 0011 и 0111 согласно предварительному заданию (табл.1) для варианта 2 аналогично подробным описаниям в лабораторных работах №7 и №8 (рис.4).

4. Нажимаем на клавишу Step. В результате получаем картинку, показанную на рис.5. Сверяем полученные результаты с выполненным красным цветом предварительным заданием на рис.3 и делаем вывод: в данном случае дешифратор сработал в соответствии с результатом выполненного задания и декодирование кода 0011 выполнил правильно.

5. Нажимаем на клавишу Step. В результате получаем картинку, показанную на рис.6. Сверяем полученные результаты с выполненным синим цветом предварительным заданием на рис.3 и делаем вывод: в данном случае дешифратор сработал в соответствии с результатом выполненного задания и декодирование кода 0111 выполнил правильно.

Лабораторная работа №11
«Исследование работы ИМС дешифратора 3х8»

Предварительное задание

Перед выполнением задания следует рассмотреть пример из §3.6 [Л1].

1. Начертить в отчете микросхему КР1533ИД7 (рис.1).

2. Указать карандашом (для одного задания) и рядом ручкой (для другого задания) значения сигналов на всех входах и выходах этой микросхемы, если он выполняет последовательное декодирование двух кодов, указанных для каждого варианта в табл.1.

Порядок выполнения работы

1. Запустить программу исследования работы элементов и устройств электроники и микроэлектроники «Elektroniks Workbehch».

2. Собрать схему (рис.2) для исследования микросхемы дешифратора SN74АLS138 фирмы «Texas Instruments Inc.» (российский аналог – микросхема КР1533ИД7).

Примечание: Изображение микросхемы SN74АLS138 программа Electronics Workbench дает с ошибками. Здесь все выходы – инверсные, как в микросхеме КР1533ИД7 (рис.1). Более подробно смотрите примечание к рис.2 в лабораторной работе №7.

3. Показать преподавателю работу данной микросхемы для декодирования двух кодов из предварительного задания к данной лабораторной работе.

4. Показать преподавателю три разных варианта, когда микросхема срабатывать не будет, при подаче на входы АВС второго кода из табл.1.

5. Сделать и записать в отчете вывод по результатам пункта 4: какие сигналы в этом случае устанавливаются на выходах дешифратора.

ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ

Для примера рассмотрим вариант №3.

Выполнение предварительного задания

Примечание: Подробное описание решения подобной задачи приведено в Примере из §3.6 [Л1].

Напомним (смотрите [Л1, §3.6]), что указанная в задании микросхема дешифратора КР1633ИД7 выполняет преобразование 3-разрядного двоичного кода в десятичные цифры от 0 до 7.

1. Первым согласно табл.1 должно выполняться декодирование кода 101 (рис.3). Поэтому подаем сигналы этого кода на входы ABC.

Для выполнения заданного декодирования нужно подать разрешающие активные сигналы на входы G: на вход G1 – 1 (здесь активным разрешающим сигналом является 1, так как данный вход прямой статический), на входы G2A и G2B – 0 (здесь активными разрешающими сигналами являются 0, так как данные входы инверсные статические).

Коду 101 соответствует цифра 5, следовательно в результате на выходе Y5 цифры 5 формируется активный сигнал 0 (здесь активным является сигнал 0, так как выходы – инверсные статические), а на выходах всех остальных цифр – пассивные сигналы 1.

2. Затем согласно табл.1 должно выполняться декодирование кода 110 (рис.3). Поэтому подаем сигналы этого кода на входы ABC.

Опять же на входы G нужно подать разрешающие активные сигналы: на вход G1 – 1, на входы G2A и G2B – 0.

Коду 110 соответствует цифра 6, следовательно в результате на выходе Y6 цифры 6 формируется активный сигнал 0, а на выходах всех остальных цифр – пассивные сигналы 1.

Выполнение лабораторной работы

1. Запускаем программу исследования работы элементов и устройств электроники и микроэлектроники «Elektroniks Workbehch».

2. Собираем схему (рис.2) для исследования микросхемы дешифратора SN74АLS138 фирмы «Texas Instruments Inc.» (российский аналог – микросхема КР1533ИД7).

3. Разворачиваем панель генератора сигналов (рис.4).

4. По заданию нужно показать работу микросхемы для декодирования двух кодов, а также показать три разных варианта, когда микросхема срабатывать не будет. Поэтому в левой колонке генератора сигналов используем 5 строк с адресами 0000 – 0004. Следовательно, последний нужный адрес 0004 указываем в окошке Final (рис.4).

5. Устанавливаем курсор на первую строку левой колонки (рис.4).

6. В окошке Binary печатаем (рис.4) 6 входных сигналов для кодирования первой цифры согласно рис.3: 00 1101. Еще раз напоминаем, что набор можно производить не в окошке Binary, а непосредственно в левой колонке, но сигналы должны быть выражены в шестнадцатиричном коде: 00₂ = 0000₂ =0₁₆, 1101₂ = D₁₆, то есть получается: 0D.

7. Устанавливаем курсор на вторую строку левой колонки (рис.5).

8. В окошке Binary печатаем (рис.5) 6 входных сигналов для кодирования второй цифры согласно рис.3: 00 1110 или в шестнадцатиричном коде: 0E (00₂ = 0000₂ = 0₁₆, 1110₂ = E₁₆).

9. Устанавливаем курсор на третью строку левой колонки (рис.6).

10. По заданию следует показать работу дешифратора при отсутствии разрешения для второго входного кода 110 в трех вариантах. Рассмотрим первый вариант. Для этого на входах G2A и G2B оставим активные разрешающие сигналы 0, а на входе G1 установим пассивный сигнал 0, который по теории не должен разрешать работу дешифратора. Тогда на входах в итоге получаются сигналы: 00 0110, которые печатаем в окошке Binary (рис.6) или в шестнадцатиричном коде: 06 (00₂ = 0000₂ = 0₁₆, 0110₂ = 6₁₆) непосредственно в левой колонке.

11. Теперь рассмотрим второй вариант. Здесь на входах G1 и G2B оставим активные разрешающие сигналы: G1 = 1, G2B = 0, а на входе G2A установим пассивный сигнал 1, который по теории не должен разрешать работу дешифратора. Тогда на входах в итоге получаются сигналы: 01 1110, которые печатаем в окошке Binary (рис.7) или в шестнадцатиричном коде: 1E (01₂ = 0001₂ = 1₁₆, 1110₂ = E₁₆) непосредственно в левой колонке.

12. И наконец последний, третий вариант. В этом случае Здесь на входах G1 и G2А оставим активные разрешающие сигналы: G1 = 1, G2А = 0, а на входе G2В установим пассивный сигнал 1, который по теории не должен разрешать работу дешифратора. Тогда на входах в итоге получаются сигналы: 10 1110, которые печатаем в окошке Binary (рис.8) или в шестнадцатиричном коде: 2E (10₂ = 0010₂ = 2₁₆, 1110₂ = E₁₆) непосредственно в левой колонке.

13. Нажимаем на клавишу Step. В результате получаем картинку, показанную на рис.9. Сверяем полученные результаты с выполненным красным цветом предварительным заданием на рис.3 и делаем вывод: в данном случае дешифратор сработал в соответствии с результатом выполненного задания и декодирование кода 101 выполнил правильно.

14. Еще раз нажимаем на клавишу Step. В результате получаем картинку, показанную на рис.10. Сверяем полученные результаты с выполненным синим цветом предварительным заданием на рис.3 и делаем вывод: в данном случае шифратор тоже сработал в соответствии с результатом выполненного задания и декодирование кода 110 выполнил правильно.

15. В третий раз нажимаем на клавишу Step. В результате получаем картинку, показанную на рис.11. Здесь хорошо видно, что при отсутствии разрешения (пассивный сигнал 0 на входе G1) дешифратор не срабатывает при любых сигналах на входах ABC, и на всех выходах устанавливаются пассивные сигналы 1 (здесь пассивными являются сигналы 1, так как все выходы инверсные статические).

16. В четвертый раз нажимаем на клавишу Step. В результате получаем картинку, показанную на рис.12. Здесь хорошо видно, что при отсутствии разрешения (пассивный сигнал 1 на входе G2А) дешифратор не срабатывает при любых сигналах на входах ABC, и на всех выходах устанавливаются пассивные сигналы 1.

17. Последний раз нажимаем на клавишу Step. В результате получаем картинку, показанную на рис.13. Здесь хорошо видно, что при отсутствии разрешения (пассивный сигнал 1 на входе G2В) дешифратор не срабатывает при любых сигналах на входах ABC, и на всех выходах устанавливаются пассивные сигналы 1.

18. Из последних трех случаев следует вывод: если ЦУ имеет несколько разрешающих входов, то срабатывание устройства будет происходить только при подаче активных разрешающих сигналов на все входы. Установка пассивного сигнала хотя бы на одном таком входе не дает возможности работать устройству, и на всех его выходах появляются пассивные сигналы.