Дешифратори

Дешифратор – логічна комбінаційна схема, що має n інформаційних входів і 2ⁿ виходів. Кожній комбінації логічних рівнів на входах буде відповідати активний рівень на одному з 2ⁿ виходів. Звичайно n дорівнює 2, 3 або 4. На мал. 8.1 зображений дешифратор (для зручності замість схеми дешифратора використовується схема демультиплексора, це можливо завдяки подібності алгоритмів роботи) з n = 3, активним рівнем є рівень логічного нуля. На входи С, В, А можна подати наступні комбінації логічних рівнів: 000, 001, 010... 111, усього 8 комбінацій. Схема має 8 виходів, на одному з яких формується низький потенціал, на інших – високий. Номер цього єдиного виходу, на якому формується активний (нульовий) рівень, відповідає числу N, визначеному станом входів С, В, А в такий спосіб: N = С∙2² + В∙2¹ + А∙2⁰. Наприклад, якщо на входи подана комбінація логічних рівнів 011, то з восьми виходів мікросхеми (Y0, Y1...Y7) на виході з номером N=3 установиться нульовий рівень сигналу (Y3=0), a всі інші виходи будуть мати рівень логічної одиниці. Цей принцип формування вихідного сигналу можна описати в такий спосіб:

Видно, що рівень сигналу на виході Y3 описується вираженням:

У такому ж виді можна записати вираз для кожного виходу дешифратора:

Крім інформаційних входів А, В, С дешифратори звичайно мають додаткові входи керування G. Сигнали на цих входах, наприклад, дозволяють функціонування дешифратора або переводять його в пасивний стан, в якому, незалежно від сигналів на інформаційних входах, на усіх виходах установиться рівень логічної одиниці. Можна сказати, що існує деяка функція дозволу, значення якої визначається станами керуючих входів.

Вхід дешифратора, що дозволяє, може бути прямим або інверсним. У дешифраторів із прямим входом, що дозволяє, активним рівнем є рівень логічної одиниці, у дешифраторів з інверсним входом - рівень логічного нуля. На мал. 8.1 представлений дешифратор з одним інверсним входом керування. Принцип формування вихідного сигналу в цьому дешифраторі з урахуванням сигналу керування описується в такий спосіб:

У дешифратора з декількома входами керування функція дозволу, як правило, являє собою логічний добуток усіх сигналів дозволу керування. Наприклад, для дешифратора 74138 з одним прямим входом керування G1 і двома інверсними G2A і G2B (мал. 8.2) функції виходу Y_i і дозволу G мають вигляд:

Зазвичай входи керування використовуються для каскадування (збільшення розрядності) дешифраторів або при рівнобіжній роботі декількох схем на загальні вихідні лінії.

3. Використання дешифратора в якості демультиплексора.

Дешифратор може бути використаний і як демультиплексор - логічний комутатор, що підключає вхідний сигнал до одного з виходів. У цьому випадку функцію інформаційного входу виконує один із входів дозволу, а стан входів С, В і А задає номер виходу, на який передається сигнал із входу дозволу.

Порядок проведення експериментів

Експеримент 1. Дослідження принципу роботи дешифратора 3x8 в основному режимі.

Відкрийте файл с13_01 із схемою, зображеною на мал. 8.3. Увімкніть схему. Подайте на вхід G рівень логічної одиниці. Для цього клавішею G ключ G установіть у верхнє положення. Визначте і запишіть рівні сигналів на виходах Y0...Y7 у таблицю істинності при G = 1 (табл. 8.1 у розділі "Результати експериментів").

Подайте на вхід G рівень логічного нуля (ключ G установіть в нижнє положення). Переконайтесь, що дешифратор перейшов у робочий режим і на одному з виходів установився рівень логічного нуля. Подаючи всі можливі комбінації рівнів логічних сигналів на входи А, В, С за допомогою однойменних ключів і визначаючи за допомогою логічних пробників рівні логічних сигналів на виході схеми, заповніть таблицю істинності дешифратора при G = 0 (табл. 8.1. у розділі "Результати експериментів").

Експеримент 2. Дослідження принципу роботи дешифратора 3x8 у режимі 2x4.

а). У схемі мал. 8.3 підключіть вхід С до спільного проводу (землі), задавши С = 0 (мал. 8.4). Змінюючи рівні сигналів на входах В і А і спостерігаючи рівні сигналів на виходах схеми, за допомогою пробників заповніть таблицю істинності дешифратора (табл. 8.2 у розділі "Результати експериментів"). Укажіть виходи, на яких рівень сигналу не змінюється.

б). Проробіть пункт а) при С = 1, для чого вхід С підключіть до джерела логічної одиниці. Заповніть таблицю істинності дешифратора (табл. 8.3 у розділі "Результати експериментів").

в). Проробіть пункт а), заземливши вхід В (В = 0), а на входи А і С подаючи всі можливі комбінації логічних рівнів. Заповніть таблицю істинності (табл. 8.4 у розділі "Результати експериментів"), там же вкажіть номера виходів, на яких рівень логічного сигналу не змінюється.

Експеримент 3. Дослідження роботи дешифратора в якості демультиплексора.

Відкрийте файл с13_02 із схемою, зображеною на мал. 8.5. Увімкніть схему. У покроковому режимі роботи генератора слів подайте на входи С, В, А де­мультиплексора слова, еквівалентні числам від 0 до 7. Спостерігаючи за допомогою логічних пробників рівні сигналів на виходах, заповніть таблицю функціонування (табл. 8.5 у розділі "Результати експериментів"). Переконайтеся, що змінний сигнал на вході G по черзі з'являється на виходах дешифратора.

Експеримент 4. Дослідження дешифратора 3x8 з логічною схемою на виході.

Відкрийте файл с13_03 із схемою, зображеною на мал. 8.6. Увімкніть схему. Установіть генератор слів у покроковий режим. Послідовно подаючи слова від генератора на вхід схеми і спостерігаючи рівень логічного сигналу на виході схеми за допомогою логічного пробника, складіть таблицю істинності функції F, що реалізовано схемою на виході (табл. 8.6 у розділі "Результати експериментів"). За таблицею запишіть аналітичний вираз функції і занесіть отриманий вираз в розділ "Результати експериментів".

Експеримент 5. Дослідження мікросхеми 74138.

а). Відкрийте файл с13_04 (мал. 8.7). Установіть генератор слів у покроковий режим. Увімкніть схему. За допомогою відповідних ключів установіть стан керуючих входів G1 = 0, G2A = G2B = 1. Подаючи на входи А, B, C слова від генератора слів і спостерігаючи стан виходів за допомогою логічних пробників, заповніть таблицю функціонування дешифратора 74138 (табл. 8.7 у розділі "Результати експериментів").

б). Повторіть операції пункту а) за G1 = G2A = 1, G2B = 0. Заповніть таблицю функціонування дешифратора 74138 (табл. 8.8 у розділі "Результати експериментів").

в). Повторіть операції пункту а) за G1 = l, G2A = G2B = 0. Заповніть таблицю функціонування дешифратора 74138 (табл. 8.9 у розділі "Результати експериментів").

Експеримент 6. Дослідження мікросхеми 74138 за допомогою логічного аналізатора.

Відкрийте файл с13_05 (мал. 8.8). Установіть генератор слів у покроковий режим. Увімкніть схему. За допомогою відповідних ключів установіть стан керуючих входів G1 = l, G2A =
= G2B = 0. Подаючи слова від генератора слів, отримайте тимчасові діаграми роботи дешифратора на екрані логічного аналізатора і замалюйте їх у розділі "Результати експериментів". Зіставте тимчасові діаграми з таблицею 8.9.

Результати експериментів

Експеримент 1. Дослідження роботи дешифратора 3x8 в основному режимі.

Таблиця 8.1

! Для простоти заповнення таблиці істинності в ній можна відзначати тільки висновки з низьким рівнем сигналу.

Експеримент 2. Дослідження дешифратора 3x8 у режимі 2x4.

А).

Таблиця 8.2

Виводи, на яких рівень сигналу не змінюється

Вимір

Б).

Таблиця 8.3

Виводи, на яких рівень сигналу не змінюється

Вимір

В).

Таблиця 8.4

Виводи, на яких рівень сигналу не змінюється

Вимір

Експеримент 3. Дослідження роботи дешифратора в якості демультиплексора.

Таблиця 8.5

! Виводи із змінним сигналом відмічати в клітках таблиці як G.

Експеримент 4. Дослідження дешифратора 3x8 з логічною схемою на виході.

Таблиця 8.6

Експеримент 5. Дослідження мікросхеми 74138.

А).

Таблиця 8.7

Б).

Таблиця 8.8

В).

Таблиця 8.9

Експеримент 6. Дослідження мікросхеми 74138 за допомогою логічного аналізатора.

Діаграми на екрані логічного аналізатора

Питання

1. Які логічні функції виконує дешифратор?

2. Яке призначення входів керування в дешифраторі, як впливає сигнал керування на вихідні функції дешифратора?

3. Які додаткові логічні елементи необхідні для реалізації логічних функції n аргументів на основі дешифратора з прямими виходами? А з інверсними?

4. Як виглядає схема дешифратора 2x4, виконана в базисі І, АБО, НІ? Входи де­шифратора А, В, виходи Y0, Y1, Y2, Y3. Скільки елементів кожного типу для цього потрібно?

5. Як треба видозмінити схему дешифратора 2x4 у попередньому випадку, щоб оснастити її прямим керуючим входом? Інверсним? Позначте входи дешифратора А, В, керуючим входом G або , виходи Y0, Y1, Y2, Y3.

6. Як із двох дешифраторів 2x4 зробити один дешифратор 3x8?

7. Як на основі декількох дешифраторів 2x4 з керуючим входом зробити дешифра­тор 4x16? Скільки дешифраторів 2x4 буде потрібно для рішення цієї задачі, якщо не використовувати інші елементи?

8. Як на основі дешифратора 2x4 зробити схему, що фіксує збіг двох біт (А = В = 1, А = В = 0) і реалізуючу функцію ?

9. Як на основі дешифратора зробити логічну схему, що реалізує функцію ?