Исследование типовых функциональных устройств комбинационной логики
Цель работы. Ознакомление со схемным построением и принципом работы логических комбинационных устройств: шифраторов и дешифраторов, мультиплексоров и демультиплексоров.
Краткие теоретические сведения
Логическими комбинационными устройствами, или автоматами без памяти, называются устройства, логические значения выходов которых однозначно определяются совокупностью логических значений на входах в данный момент времени. К логическим автоматам без памяти относятся дешифраторы, шифраторы, мультиплексоры, демультиплексоры, сумматоры и другие устройства цифровой техники. Элементной базой для их реализации служат цифровые логические элементы.
Шифратор (кодер) – цифровое логическое устройство с m входами и п выходами, преобразующее сигнал 1 на одном из входов в п-элементный параллельный код на выходах. Пример реализации шифратора с четырьмя входами и двумя выходами на логических элементах ИЛИ приведен на рис.1. Правило работы шифратора определяется табл.1.
Дешифратор (декодер) – цифровое логическое устройство, выполняющее операцию преобразования m-элементного входного кода в сигнал «1» на одном из выходов (дешифратор высокого уровня), либо в сигнал «0» на одном из выходов (дешифратор низкого уровня). Так как на m входах может быть 2m наборов входных переменных, максимальное число выходов равно 2m. Если используются все выходы, дешифратор называется полным, если же число выходов меньше 2m – неполным. Например, дешифратор, имеющий 2 входа и 4 выхода является полным и для него можно записать 4 упорядоченных уравнения:
Реализовать эти уравнения можно с помощью четырех двухвходовых элементов И. Полученная схема дешифратора приведена на рис. 2, а, а его условное обозначение показано на рис. 2, б.
Мультиплексором называется устройство для коммутации одного из 2m информационных входов на один выход. Для реализации необходимой коммутации мультиплексор имеет кроме информационных входов также m адресных входов. Значение числа в двоичном коде на адресных входах определяет адрес коммутируемого информационного входа.
Условное изображение мультиплексора с одним адресным m = 1 и двумя информационными 2т =2 (x0, x1) входами приведена на рис. 3.
Реализация
двухвходового мультиплексора может
выполняться по уравнению
,
которое осуществляется на двухвходовых
элементах И и ИЛИ, как показано на рис.
3.
Демультиплексор выполняет функцию, обратную мультиплексору. Он обеспечивает передачу цифровой информации, поступающей по одной линии, на несколько выходных линий. Схема демультиплексора (1→2), выполненная на элементах И, приведена на рис. 4.
Задание к лабораторной работе
1. По таблице истинности (табл. 1) составить схему дешифратора в базисе логических элементов НЕ и И-НЕ, применяя теоремы Де-Моргана и собрать ее на стенде. Путем перебора комбинаций входных сигналов, проверить соответствие работы собранной схемы таблице истинности.
2. Составить схему дешифратора, приведенного на рис. 2, а в базисе логических элементов НЕ и И-НЕ, собрать ее на стенде и снять таблицу истинности.
3. Составить в базисе логических элементов НЕ и И-НЕ схему мультиплексора, приведенную на рис. 3, собрать ее на стенде и на основе измеренных данных составить таблицу истинности.
4. Составить в базисе логических элементов НЕ и И-НЕ схему демультиплексора, приведенную на рис. 4, собрать ее на стенде и на основе измеренных данных составить таблицу истинности.
Контрольные вопросы
Какие цифровые устройства называются комбинационными?
Сформулировать теоремы Де-Моргана: поглощения и склеивания.
Принцип действия шифратора.
Что такое дешифратор и как он работает?
В чем заключается разница между мультиплексором и демультиплексором?
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1 | |
|
x1 |
x2 |
x3 |
x4 |
x5 |
x6 |
y3 |
y2 |
y1 |
|
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
|
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |