Синтез схемы шифратора и кодопреобразователя для управления 1-разрядным 7-сегментным индикатором (стр. 1 из 3)
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
РОССИЙСКИЙ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИМ.Д.И. МЕНДЕЛЕЕВА
НОВОМОСКОВСКИЙ ИНСТИТУТ
Синтез схемы шифратора и кодопреобразователя для управления 1-разрядным 7-сегментным индикатором
Методические указания
Под редакцией В.И. Воробьева
Новомосковск 2001
УДК 681.322
ББК 32.973
С 387
Рецензенты:
Кандитат технических наук, доцент кафедры "Автоматизация производственных процессов", НИ РХТУ им. Д.И. Менделеева, В.И. Иванков
Кандитат технических наук, доцент кафедры "Автоматизация производственных процессов", НИ РХТУ им. Д.И. Менделеева, В.З. Магергут
Составитель: Прохоров В.С.
С 387 Синтез схемы шифратора и кодопреобразователя для управления 1-разрядным 7-сегментным индикатором:
Методические указания / Под редакцией В.И. Воробьева.;
РХТУ им. Д.И. Менделеева, Новомосковский ин-т; Сост.:
В.С. Прохоров. - Новомосковск, 2001. - 28с.
В предлагаемом пособии даны описания и методические указания для выполнения индивидуального задания по курсу "Схематехника", которые помогут студентам ознакомиться с синтезом комбинационной схемы управления семисегментным индикатором.
Ил.7. Табл.7. Библиогр: 5 назв.
УДК 681.322
ББК 32.973
Содержание
Введение
Логические элементы – основной “строительный материал” цифровых систем обработки информации и управления.
Логические элементы выполняют простейшие логические операции (конъюнкцию, дизъюнкцию, инверсию) над входной информацией, представленной в двоичной форме. Однако реализация произвольного вычислительного процесса, содержащего арифметические операции (сложение, вычитание, умножение) или логические процедуры (поиск, сортировка, сравнение, сдвиг и др.), также осуществляются схемами, состоящими из логических элементов. Таким образом, логические элементы образуют универсальную среду, обеспечивающую арифметическую и логическую обработку входной двоичной информации.
Работа с логическими элементами требует не только знакомства с их принципиальными схемами и техническими характеристиками, но и знания основных положений алгебры логики, теории переключательных схем, а также умения по определенным правилам синтезировать логические схемы с заданными характеристиками. Выполнение предлагаемого задания позволит приобрести основные необходимые для инженера навыки.
1. Порядок синтеза схемы шифратора и кодопреобразователя для управления 1-разрядным 7-сегментным индикатором
Проиллюстрируем методику решения задачи на примере.
1. Входные данные вводятся в унитарном коде. Унитарный код двоичного n-разрядного числа представляется 2n разрядами, только один из которых равен 1. Для преобразования этого кода в двоичный код следует применить шифратор. Шифратор должен иметь десять входов, каждому из которых соответствует одно из чисел 0, 1, 2,...,9. Число 9 в двоичном коде представляется разрядами: 1001, т.е. шифратор должен иметь четыре выхода. В соответствии с этими требованиями составляют таблицу истинности (табл.1).
Таблица 1
Таблица истинности шифратора
| № | Входные переменные | Выходные переменные | ||||||||||||
| пп | x0 | x1 | x2 | x3 | x4 | x5 | x6 | x7 | x8 | x9 | y1 | y2 | y3 | y4 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| 2 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| 3 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 |
| 4 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 |
| 5 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| 6 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| 7 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 |
| 8 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| 9 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 |
2. Получают логическую функцию шифратора в виде СДНФ путем записи “по единицам” (табл.1):
y1=x8+x9;
y2=x4+x5+x6+x7;
y3=x2+x3+x6+x7;
y4=x1+x3+x5+x7+x9
3. Используя полученные уравнения можно синтезировать функциональную схему шифратора в логическом базисе И, ИЛИ, НЕ (рис.1):
Рис.1. Функциональная схема шифратора на логических элементах или для синтеза шифратора в логических базисах И-НЕ или ИЛИ-НЕ следует применить закон двойной инверсии и закон инверсии (закон Де Моргана):
После выбора из табл.4 микросхем синтезируют принципиальную электрическую схему шифратора в заданном табл.5 базисе.
4. Допустим, что последние четыре цифры номера зачетной книжки образуют число 3011, т.е. должны индицироваться только стилизованные цифры 0, 1, 3, а при вводе остальных цифр - символ
5. При составлении таблицы истинности кодопреобразователя (табл.2) учитывают, что входные данные вводятся в двоичном коде, а наличие высокого потенциала на выходах кодопреобразователя y1, y2, y3,..., y7 вызывает свечение соответственно сегмента a, b, c, d, e, f, g 7-сегментного индикатора.
Таблица 2
Таблица истинности кодопреобразователя
| № | Входные | Выходные переменные | |||||||||
| пп | переменные | a | b | c | d | e | f | g | |||
| x4 | x3 | x2 | x1 | y1 | y2 | y3 | y4 | y5 | y6 | y7 | |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 2 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 |
| 3 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| 4 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 |
| 5 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 |
| 6 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 |
| 7 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 |
| 8 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 |
| 9 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 |
| 10. .15 | х | х | х | х | х | х | х | ||||
Символом “х” в табл. 2 обозначены безразличные состояния выходных переменных.
6. Для нахождения МДНФ применяют диаграммы Вейча-Карно (рис.2). Из табл.2 видно, что y1=y4; y2=y3; y5=y6.
Рис.2. Диаграммы Вейча-Карно для кодопреобразователя
На диаграммах Вейча-Карно безразличные состояния входных переменных, отмеченные символом “х” и включенные в контуры, считаются единичными, а вне контуров – нулевыми.
7. Для реализации функциональной схемы в базисе И-НЕ преобразуют полученные МДНФ, применяя законы двойной инверсии и инверсии (закон Де Моргана):
8. Для реализации функциональной схемы в базисе ИЛИ-НЕ преобразуют полученные МДНФ, применив указанные законы:
9. Схема кодопреобразователя в логическом базисе И, ИЛИ, НЕ (рис.3):
Рис.3. Функциональная схема кодопреобразователя в логическом базисе И, ИЛИ, НЕ
10. Схема кодопреобразователя в логическом базисе И-НЕ на логических элементах типа К176ЛА7 и К176ЛА9 (рис.4):
DD1, DD2: K176ЛА9 - 3х3 И-НЕ
DD3, DD4: K176ЛА7 - 4х2 И-НЕ
Рис.4. Принципиальная электрическая схема кодопреобразователя в логическом базисе И-НЕ
11. Так как между входом x3 и выходом y1 включено 5 логических элементов, то задержка кодопреобразователя равна
tз=5 tз. ср=5(200...300) =(1000...1500) нс.
12. Схема кодопреобразователя в логическом базисе ИЛИ-НЕ на логических элементах типа К176ЛЕ5 и К176ЛЕ10 (рис.5):
DD1 – DD4: K176ЛЕ5 - 4х2 ИЛИ-НЕ
DD5: K176ЛЕ10 - 3х3 ИЛИ-НЕ
Рис.5. Принципиальная электрическая схема кодопреобразователя в логическом базисе ИЛИ-НЕ
13. Так как между входом x1 и выходом y1 включено 7 логических элементов, то задержка кодопреобразователя равна
tз=7(200...300) =(1400...2100) нс.
2. Индивидуальное задание
Синтезировать схему шифратора и кодопреобразователя, который управляет работой одноразрядного семисегментного индикатора. При этом должны индицироваться стилизованные цифры (Рис.6):