I Лабораторная работа №1: Дешифраторы

Содержание
I Лабораторная работа №1: Дешифраторы .................................................................................2
1. Цель работы: ..........................................................................................................................2
2. Теоретические сведения: ......................................................................................................2
3. Выполнение работы и содержание отчета ..........................................................................5
4. Контрольные вопросы:..........................................................................................................5
5. Пример выполнения работы в Multisim 8 ...........................................................................6
I Лабораторная работа №1:
Дешифраторы
Целью
дешифратора.
1. Цель работы:
лабораторной работы является
изучение
работы
2. Теоретические сведения:
Для сокращения объема памяти или сокращения каналов связи
информации в ЦВМ часто кодируется и преобразуется в более удобную
форму. В необходимый момент времени эта закодированная
информация дешифрируется, а преобразованная информация
передается или используется с большей эффективностью в других
блоках ЭВМ.
Дешифраторы:
Дешифратором называется комбинационная схема с несколькими
входами и выходами, преобразующая код, подаваемый на входы, в
сигнал на одном из выходов. Полным дешифратором на n входов
называется схема, имеющая n входов и 2n выходов.
При подаче на входы дешифратора любого набора из двоичных
переменных только на одном из соответствующих выходов его
вырабатывается сигналов “1”, а на всех остальных выходах сохраняются
сигналы “0”.
Часто в целях экономии оборудования код слова передается в
дешифратор не только своими прямыми, но и инверсными значениями,
т.е. парафазно, и число входов таких дешифраторов равно 2n (рис.1 для
четырехвходового дешифратора). Система логических функций полного
дешифратора в базисе «И/НЕ» на n входов имеет следующий вид:
f 0  x1  x2  ...  xn1  xn 

f1  x1  x2 ...  xn1  xn 

. . . . . . . .

f 2n 1  x1  x2  ...  xn1  xn 
Здесь индекс i функции fi вычисляется по формуле
n 1
0, x n - j
i  2 j aj , aj  
1, x n - j
j 0
Каждое уравнение дешифратора представляет одну из конъюнкций
совершенной дизъюнктивной нормальной формы соответствующего
набора таблицы истинности.
x1 x1 x 2 x 2
x3 x3
D1
&
x1 x2 x3
x1 x2
&
&
D2
f0 0
x1
x1
x1 x2 x3
D6
&
D13
D5
&
&
x2
&
x3
&
x1 x 2
x3
D24
&
D10
f13 13
& x1x 2 x 3
D4
&
8
C
D11
x1 x 2
4
x4
x4
C
2
f6 6
x1 x 2 x 3
D3
1
x2
D19
x1 x 2
DC
D28
&
&
D12
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
f0
f8
f15
f15 15
x4 x4
Рис. 1
f0
x1
DC1
0
1
x1
x1
D1
&
x4
&
x3
x4
x2
1
1
10 5
&
x2
1
9
&
x3
10
DC1 11 x 4
D3
6
1
12 7
1
11 8
D5
&
&
f0
f1
f2
f3
D2
&
&
2
5
3
5
D4
7
6
&
7
&
8
&
&
8
DC2
12
&
f4
f5
f6
f7
D7
4
5
&
6
&
7
&
8
&
2
2
3
3
5
6
7
&
&
f8
6
f9
f10
f11
7
8
x3
5
6
1
D6
&
&
8
0
4
2
3
3 x1
4
&
x3
2
2
&
&
x2
9
1
DC3
1
1
x2
0
DC2
1
0
0
1
1
f8
9
10
f12
f13
f14
f15
11
x4
2
2
3
3
2
12
13
14
15
f15
Рис. 2
По способам построения дешифраторы классифицируются на
линейные, прямоугольные и пирамидальные.
Для линейного дешифратора число каскадов k равно единице,
число клапанов (схем И, ИЛИ-НЕ) М=2n и общее число входов в клапаны
М= n 2n
Если разрядность дешифрируемого слова n больше максимально
возможного числа входов клапана в используемой базе элементов, то
для реализации функций необходимо объединить схемы в каскад из
нескольких клапанов. В таком случае дешифратор уже не будет
линейным (однокаскадным).
Если строить схему дешифратора по методу каскадов, т.е. первый
каскад для дешифрации двух переменный (x1,x2), затем использовать
выходы первого каскада для построения дешифратора из трех
переменных (x1,x2,x3), выходы второго каскада для построения
дешифратора из четырех переменных (x1,x2,x3,x4) и т.д., то на n –м
каскаде схемы дешифратора будет 2n элементов “И”, а общее число
всех элементов определяется из соотношения
M=4+8+16+…+2n=2(2n-2)
Полный дешифратор, построенный по методу каскадов, является
пирамидальным дешифратором (k=n-1). Схема пирамидального
дешифратора представлена на рис.1, на первый каскад которого
поступает сигнал синхронизации дешифрации работы C.
Поскольку любую функцию дешифратора из системы логических
функций полного дешифратора в базисе «И/НЕ» на n=m+s входов
можно представить в виде конъюнкции двух соответствующих функций
fi  fi (m) & fi ( s )
для полных дешифраторов на m и s=n-m входов (например,
то
пирамидальный
f0  f  f0( s ) , f0( m)  x1 x2 ...xm , f0( s )  xm1 xm 2 ...xm s ),
дешифратор представляет собой полный дешифратор на n входов,
построенный за счет многократного объединения полного дешифратора
на m=2,3,…n –1 входа и полного дешифратора на один вход s=1.
( m)
0
Быстродействие пирамидального дешифратора определяется
временем дешифрирования tдш=kτсрk , где τсрk - среднее время задержки
сигнала формирования функции на клапанах k-го каскада дешифратора.
Тогда с увеличением числа каскадов быстродействие пирамидального
дешифратора, построенного на одинаковых элементах уменьшается в k
раз. Поэтому для повышения быстродействия и экономии оборудования,
сложные дешифраторы строятся, как правило, прямоугольными.
Прямоугольные дешифраторы строятся путем объединения линейных
дешифраторов на меньшее число входов (рис.2) m и s схемами,
(m)
(s)
реализующими конъюнкцию f i . f i . Дешифратор, построенный по
принципу разбиения n “почти пополам”(s>1), обычно называется
прямоугольным дешифратором.
Функциональная схема прямоугольного дешифратора для
четырехразрядного (n=4) входного слова показана на рис. 2. Количество
клапанов “И” в двухкаскадном (K=2) прямоугольном дешифраторе можно
n / 21
 2n
определить по формуле M  2
3. Выполнение работы и содержание отчета
1.
Собрать схему дешифратора в соответствии с заданным
вариантом и провести её исследование по методике, используя пакет
Multisim.
Вариант 1
- DС(0,3), прямоугольный, базис 2И/НЕ;
Вариант 2
- DС(0,4), пирамидальный, базис 2ИЛИ/НЕ;
Вариант 3
- DС(0,4), линейный, базис 5ИЛИ/НЕ;
Вариант 4
- DС(0,3), пирамидальный, базис 2И/НЕ;
Вариант 5
- DС(0,4), прямоугольный, базис 3И/НЕ.
2. Построить временные диаграммы работы дешифратора,
используя все кодовые входные комбинации. Определить состояние
выходов в соответствии с заданным преподавателем входным набором.
Отчет по работе должен содержать:
 схему дешифратора в соответствии с вариантом; уравнения,
по которым построена схема в заданном базисе; описание работы,
распечатки временных диаграмм работы;
 индивидуальные выводы в одном предложении, которые
начинаются со слов: "Установлено, что…", "Показано, что…".
4. Контрольные вопросы:
4.1. Расскажите принцип работы линейного дешифратора, его
назначение и характеристики.
4.2. Определите быстродействие пирамидального дешифратора на
три входа.
4.3. Определите быстродействие прямоугольного дешифратора на
шесть входов.
4.4. С какой целью на вход дешифратора код часто подается
парафазно.
5. Пример выполнения работы в Multisim 8
Рассмотрим для примера построение пирамидального трехвходового
дешифратора на логических элементах «и/не».
1. Внимательно читаем теорию.
2. Запускаем Multisim: Пуск -> Программы -> Electronics Workbench ->
Multisim 8 -> Multisim 8
Если нет окна нового проекта, то создаем новый проект: File -> New
или комбинация клавиш Ctrl+N (Рис. 1)
Рисунок 1.1: Окно программы Multisim c новым проектом Circuet 1
3. На панели инструментов «Components» выбираем «Misc Digital» (или
иной набор компонентов, в зависимости от условий задачи):
Misc Digital
появится панель выбора компонентов (Рис. 2 ).
Её также можно вызвать в меню Place -> Component (или сочетание
славишь Ctrl+W). В ней в поле Family выбираем класс компонента
(например, Til), в поле Component выбираем тип компонента
(например, Not). Нажимаем Ok и этот компонент появится на рабочем
поле (он будет следовать за курсором мыши, пока вы не кликните на
рабочем поле для его размещения).
Поле выбора группы
элементов
Поле выбора класса
компонента
Поле выбора
компонента
Рисунок 1.2. Панель выбора компонентов
На рисунке приведены типовые элементы, которые необходимы для
построения схемы дешифратора: «и, не»
Не
И
4. Строим требуемую схему (Рис. 1.3).
панель
инструментов
«Instruments»
Word
Generator
Logic
Analizer
5.
Рисунок 1.3 Схема пирамидального трехвходового дешифратора
на логических элементах «и/не»
5. На правой панели инструментов «Instruments» выбираем Word
Generator и Logic Analizer (или в строке меню: Simulate -> instruments> Word generator (Logic Analizer)). Эти элементы также следуют за
курсором мыши до клика на рабочем поле. Размещаем их, и
соединяем со схемой:
Word
Generator
Logic
Analizer
6. Работа с Word generator: кликаем на Word generator и в десятичной
(Dec) системе записываем от 0 до кол-ва выходов (000000, 000001,
000002, …), и на последнем ставим Set Final после чего закрываем
окно настроек Word generator'a.
Выбор системы
исчисления
Кликнуть
кнопкой мыши
7. Построение векторной диаграммы: в строке меню выбираем View ->
Grapher. Появляется окно Grapher View
Не закрывая это окно, выбираем в меню Simulate -> Run. График
готов.
Если на панели инструментов окна Grapher View вы выберите команду
копировать, то в буфер скопируется построенная векторная диаграмма:
8. Выполненное вами задание, и построенную векторную диаграмму,
можно сохранить в фалы (на дискету или иной носитель). Отчет
написать можно дома. Диаграмму нужно распечатать для отчета.
9. Пишем отчет.