Модель дешифратора двоично-десятичного кода7445
Поможем в ✍️ написании учебной работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Рис. 1. Модель дешифратора 7445

 

Графическое изображение модели дешифратора 7445 представ-лено на рисунке 1. Модель хранится в библиотеке компонентов системы OrCAD 16.3, имеющей имя 7400.

Модель имеет группу входов A, B, C, D, на которые подаётся параллельный двоичный код, и группу выходов Y0, Y1,…Y9, с которых считываются сигналы. На одном выводе, номер которого в десятичной системе соответствует входному двоичному коду, устанавливается низкий уровень напряжения.

Если, например, на входы A, C, D поступают сигналы низкого уровня, а на вход В поступает сигнал высокого уровня (что соответствует двоичному коду 0010), то на выходе Y2 формируется напряжение низкого уровня. При этом на остальных выходах формируется напряжение высокого уровня. Если на вход поступают двоичные коды от 1010 до 1111, то на всех выходах (Y0÷Y9) устанавливаются напряжения высокого уровня и эти двоичные коды называют ‘ложными’. Работа модели в режиме дешифратора проиллюстрирована в таблице 1.

Микросхема 7445 реализована на элементах с открытым коллектором. Для нормальной работы её модели необходимо подключить внешний резистор между используемым выходом и источником напряжения. Напряжение источника должно быть не более 30 В. Максимальный ток на выходе микросхемы, имеющем напряжение низкого уровня, составляет 80 mA. Поэтому сопротивле-ние внешнего резистора определяется 30 В/0,08 А = 375 Ом. Схему с моделью 7445 можно применять как схему управления индикаторами.

 

Таблица 1 – Работа модели в режиме дешифратора

 

Число

Входы

Выходы

A B C D Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y8 Y9
0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1
2 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1
3 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1
4 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1
5 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1
6 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1
7 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1
8 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1
9 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0

 

 

Рис. 2. Модель схемы подключения источника сигналов

к модели дешифратора 7445

 

Временные диаграммы получены для компонента DSTM1 со следующими значениями:

COMMAND1 – 0 ms 0000; COMMAND2 – 1 ms 0001;

COMMAND3 – 2 ms 0010; COMMAND4 – 3 ms 0011;

COMMAND5 – 4 ms 0100; COMMAND6 – 5 ms 0101;

COMMAND7 – 6 ms 0110; COMMAND8 – 7 ms 0111;

COMMAND9 – 8 ms 1000; COMMAND10 – 9 ms 1001.

Анализ работы модели во временной области задаётся профилем ‘Time Domain (Transient)’, имеющим следующие параметры: Run to Time: 10ms.

 

 

Рис. 3. Временные диаграммы иллюстрирующие работу дешифратора 7445

 

Модель 8-ми канального дешифратора

С буферным регистром, разрешающим входом

И входом сброса (74259)

 

Графическое изображение модели дешифратор 74259 представ-лено на рисунке 4. Модель хранится в библиотеке компонентов системы OrCAD 16,3, имеющей имя 7400.

Модель имеет группу входов S0, S1, S2, на котрые подаётся двоичный код (от 000 до 111), и группу выходов Q0, Q1,…Q7, с которых считываются сигналы. С помощью сигналов, подаваемых на вход размещения работы  и выход  (очистка), можно задавать следующие режимы работы модели.

1. Очистка буферного регистра: реализуется при подаче на вход  сигнала высокого уровня, а на выход  – сигнала низкого уровня.

При этом на всех выходах (Q0÷Q7) формируется напряжение низкого уровня.

 

Рис. 4. Модель дешифратора 74259

 

2. Режим дешифрации с выборкой одного сигнала из восьми реализуется при подаче на входы  и  сигналов низкого уровня. При этом на вход D следует задать сигнал высокого уровня (5 В).

3. Режим передачи информации с входа D на один из 8-ми выходов. Этот режим реализуется при подаче на вход  сигнала низкого уровня, а на вход  сигнала высокого уровня. При этом уровни сигналов на входах S0, S1, S2 определяют адрес передачи, т. е. на какой из 8-ми выходов будет передаваться информация с входа D. На всех остальных выходах сохраняется напряжение высокого уровня.

Например, если на вход S0 подается напряжение высокого уровня, а на входы S1, S2 – низкого, то на выходе Q1 устанавливается такое же напряжение, как и входе D, а на выходах Q0 и Q2–Q7 формируется напряжение низкого уровня.

4. Режим хранения данных. Реализуется при подаче на вход  и  сигналов высокого уровня. При этом в буферный регистр записывается текущая информация. Входы S0–S2 в этом режиме не влияют на работу модели.

 

Таблица 1 – Режимы работы дешифратора74259

 

Вход

Режим работы

1 0 Очистка
0 0 Дешифрация
0 1 Передача информации
1 1 Хранение данных

 

Таблица 2 – Сигналы входов и выходов

 

Адресный вход

Адресуемый выход

S2 S1 S0
0 0 0 0
0 0 1 1
0 1 0 2
0 1 1 3
1 0 0 4
1 0 1 5
1 1 0 6
1 1 1 7

 

Время задержки передачи сигнала (в зависимости от типа микросхемы) 7,5÷14 нсек, потребляемый ток – 22÷60мА.

Рассмотрим модель схемы подключения источников сигналов и напряжений, которая иллюстрирует режим дешифрации 3-х разрядного двоичного кода.

При черчении схемы неиспользуемая четвертая линия передачи шины источника сигналов DSTM1 через резистор – эквивалент с сопротивлением 1 кОм, должна быть соединена с землей.

Свойства программируемого источника входных сигналов для 4-х разрядной шины задаются следующими командами:

COMMAND1 – 0ms 0000; COMMAND2 – 1 ms 0001; COMMAND3 – 2ms 0010;

COMMAND4 – 3ms 0011; COMMAND5 – 4 ms 0100; COMMAND6 – 5ms 0101.

Анализ работы модели во временной области задаётся профилем ‘Time Domain (Transient)’, имеющим следующие параметры: Run to Time: 5.5ms.

 

Рис. 5. Модель схемы подключения источников напряжения

и сигналов к дешифратору 74259

 

Задание 1. Создайте папку с именем Lab_rab5, имеющую путь доступа C:\Ivanov\Lab_rab5, а в ней создайте папки Zadanie1 и Zadanie2, запустите редактор Capture.

Начертите схему, представленную на рисунке 2.

Отредактируйте свойства источника сигналов DSTM1, задав значения: COMMAND1 – 0 ms 0000; COMMAND2 – 1 ms 0001; COMMAND3 – 2 ms 0010; COMMAND4 – 3 ms 0011;COMMAND5 – 4 ms 0100; COMMAND6 – 5 ms 0101;

COMMAND7 – 6 ms 0110; COMMAND8 – 7 ms 0111; COMMAND9 – 8 ms 1000; COMMAND10 – 9 ms 1001.

Создайте профиль моделирования Transient со следующими параметрами: Run to time: 10 ms и сохраните его. Затем откройте страницу с вкладкой Options. В разделе Category выбрать пункт Gate-level Simulation (Уровень узла моделирования), а затем в пункте Initialize all flip-flops to (Установить все переключения в) установить ‘0’.

 

 

Рис. 6. Временные диаграммы работы дешифратора 74259

 

Напомним, что при черчении модели схемы шине и четырём её линиям передачи данных обязательно присваиваются имена (псевдонимы), как описано в лабораторной работе № 2.

Запустите процесс моделирования, по окончанию которого создайте 6 систем координат. Для этого щёлкните 6 раз по: <Plot (Чертеж)>→<Add Plot to Window (Добавить чертеж окно). Щёлкнув по <Trace>→<Add Trace>, откройте окно ‘Add Traces’и отобразите временные диаграммы сигналов в следующей последовательности:

– в верхней D0, D1, D2, D3;

– в следующих: V(U1:Y0), V(U1:Y1), V(U1:Y2), V(U1:Y3), V(U1:Y4) .

Занесите в отчет схему модели, приведенной на рисунке 2, и полученные временные диаграммы.

Задание 2. Начертите схему, представленную на рисунке 5. Отредактируйте свойства источника сигналов DSTM1 задав значения:

COMMAND1 – 0 ms 0000; COMMAND2 – 1 ms 0001; COMMAND3 – 2 ms 0010COMMAND4 – 3 ms 0011; COMMAND5 – 4 ms 0100; COMMAND6 – 5 ms 0101.

Создайте профиль моделирования Transient со следующими параметрами: Run to time: 5,5 ms и сохраните его.

Запустите процесс моделирования, по окончанию которого создайте 2 системы координат, отобразите временные диаграммы сигналов D0, D1, D2, U1:Q0, U1:Q1, U1:Q2, U1:Q3, U1:Q4, U1:Q5, U1:Q6, U1:Q7, как показано на рис.6. Занесите в отчет полученные временные диаграммы и поясните их.

 

Выполнение работы

1. Включите ПК и запустите редактор OrCad Capture.

2. Последовательно выполните задания 1 и 2, сохраняя проекты соответственно в папках Zadanie1 и Zadanie2.

 

Форма отчетности

 

Отчет должен содержать:

1. Цель работы и основные положения по пунктам 1.1, 1.2 и 1.3.

2. Моделируемые схемы и временные диаграммы каждого задания.

 

4. Контрольные вопросы

 

1. Поясните назначение дешифраторов.

2. Перечислите входы и выходы модели дешифратора 7445 и поясните их назначение.

3. Перечислите входы и выходы модели дешифратора 74259 и поясните их назначение.

4. Поясните временные диаграммы, полученные при выполнении задания 1.

5. Поясните временные диаграммы, полученные при выполнении задания 2.

 

Литература

 

1. Хайнеман Р. Визуальное моделирование электронных схем в PSPICE: Пер. с нем. М.: ДМК Пресс, 2008. 336с.: ил.

2. Новиков Ю. В. Введение в цифровую схемотехнику. Издательство: Интернет-Университет Информационных Технологий; БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007. 344 с.: ил., табл. («Основы информационных технологий»).

ЛАБОРАТОРНАЯ  РАБОТА  № 6

Моделирование шифраторов

Цель работы: приобрести навыки создания проектов моделирования шифраторов; научиться получать временные диаграммы и проводить их анализ.

 

Основные положения

Общие сведения о шифраторах

Шифратором называется комбинационная схема, которая пре-образует один из десяти входных сигналов в 4-х разрядный двоичный выходной сигнал. Это преобразование условно можно представить следующим образом: при появлении сигнала высокого

уровня (‘1’) на одном из входов (рис. 1 вход 3) – на выходах появляются сигналы, представляю-щие 4-х разрядный двоичный код (0011) номера входа. Одно из основных применений шифратора – это ввод данных с клавиатуры десяточных чисел. Нажатие клавиши с одной из десятичных цифр приводит к формированию и передаче в другие узлы двоичного кода этой цифры. Существует несколько видов шифраторов. Например, шифраторы, которые  при одновременном нажа-тии нескольких  клавиш  вырабаты-  


 

Рис. 1. Схема работы шифратора

 

вают код только старшей цифры, называются приоритетными. Для увеличения разрядности выходно-го кода применяют несколько шифраторов, выходы которых объ-диняются с помощью элементов, реализующих простые логические операции. Эта процедура называется каскадированием шифраторов.

1.2. Модель шифратора для преобразования десятичных чисел в двоичный код с приоритетом (74147)

 

Графическое изображение модели шифратора представлено на рисунке 2. Модель хранится в библиотеке с именем 7400 и позволяет расположить 9 входных сигналов в последовательности согласно приоритету сигнала. Приоритет (важность) сигнала определяется десятичным номером входа. Модель также служит как шифратор клавиатуры или как обычный шифратор десятичного числа в 4-х разрядный двоичный код.  

Рис. 2. Модель шифратора 74147

 

Модель имеет 9 входов (IN1 – IN9), на каждый из которых подаётся сигнал, имеющий низкий уровень напряжения ‘0’ или высокий –‘1’. На 4-х выходах (D, C, B, A) модели формируется инверсный 4-х разрядный двоичный код, соответствующий десятичному номеру входа, имеющему низкий уровень. Говорят, что для данной модели активным является низкий уровень входного сигнала.

Если на входы не подаются сигналы низкого уровня, то на всех выходах устанавливается сигнал высокого уровня, что в инверсном коде соответствует десятичному числу 0.

Если сигнал низкого уровня подаётся на один из входов, то на выходе формируется инверсный двоичный код, соответствующий десятичному номеру данного входа. Например, если напряжение низкого уровня подается на вход IN6, то на выходах устанавливаются следующие значения D=1, C=0, B=0,A=1, т. е. двоичное число 1001. Цифра 6 в двоичной системе имеет вид 0110, а при активном низком уровне сигнала, т. е. в инверсном виде, она равна 1001.

Если на два и более входа одновременно подаются сигналы низкого уровня, то на выходах (D, C, B, A) формируется инверсный код, соответствующий входу с наибольшим порядковым номером (наивысшим приоритетом), а состояние остальных входов игнорируется. Например, когда на входы IN4 и IN6 одновременно подаются сигналы низкого уровня, выходной инверсный сигнал устанавливается равным 1001. Если же на входы IN4 и IN7 одновременно подаются сигналы низкого уровня, то выходной инверсный сигнал будет равен 1000 (что в прямом коде равно 0111 и цифре в двоичной системе счисления 7). Модель работает без использования тактовых импульсов и не имеет буферного регистра. В каждый момент времени низкий уровень сигнала на входе, имеющем наивысший приоритет, появляется на выходах в виде своего инверсного двоичного эквивалента. Работа модели шифратора 74147 представлена в таблице 1.

 

Таблица 1 – Работа модели шифратора 74147

 

Входы

Выходы

IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 IN8 IN9 D C B A
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
X X X X X X X X 0 0 1 1 0
X X X X X X X 0 1 0 1 1 1
X X X X X X 0 1 1 1 0 0 0
X X X X X 0 1 1 1 1 0 0 1
X X X X 0 1 1 1 1 1 0 1 0
X X X 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1
X X 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0
X 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1
0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0

 

Технические данные стандартной микросхемы 74147:

– время задержки прохождения сигнала 10 нс.;

– ток потребления 45 мА.

Рис. 3. Модель схемы подключения источников сигналов

к модели шифратора 74147

 

В схеме применены программируемый 8-ми разрядный источник входных сигналов DSTM1 и источник напряжения высокого уровня V1.

Для получения временых диаграмм, соответствующих уровням сигналов, указанным в шести строках таблицы 1, следует выбрать профиль моделирования Transient с основными параметрами Run to time: 6 ms и задать следующие свойства источнику DSTM1: COMMAND1 0 ms 11111111; COMMAND2 1 ms 01111111; COMMAND3
2 ms 10111111; COMMAND4 3 ms 11011111; COMMAND5 4 ms 11101111; COMMAND6 5 ms 11110111; COMMAND7 6 ms 11111011.

 

Рис. 4. Временные диаграммы,

иллюстрирующие работу шифратора 74147

 

1.3. Модель шифратора для преобразования восьми десятичных чисел (от 0 до 7) в 3-х разрядный двоичный код



С приоритетом (74148)

Рис. 5. Модель шифратора 74148

 

Графическое изображение модели шифратора представлено на рисунке 5. Модель хранится в библиотеке с именем 7400 и позволяет расположить 8 входных сигналов в последовательности согласно приоритету важности сигнала. Чем больше число, подаваемое на вход, тем выше его приоритет. Модель может использоваться как обычный шифратор десятичного числа в 3-х разрядный двоичный код.

Модель имеет 8 входов (IN0, IN1,..,IN7), на каждый из которых подается сигнал, имеющий низкий уровень ‘0’ или высокий ‘1’. На трех выходах (А2, А1, А0) формируется инверсный 3-х разрядный двоичный код, соответствующий десятичному номеру входа, имеющему низкий уровень сигнала.

Для данной модели активным является низкий уровень входного сигнала. Если на все входы подается сигнал высокого уровня, а на вход IN0 – низкого, то на всех выходах (А2, А1, А0) устанавливается сигнал высокого уровня, т. е. инверсный код 111, которому соответствует прямой код 000.

Если сигнал низкого уровня подается только на вход IN3, то на выходах устанавливаются следующие значения: А2=1, А1=0, А0=0. Этому инверсному двоичному коду соответствует прямой код 011.

Если на два или более входа одновременно подаются сигналы низкого уровня, то на выходах (А2, А1, А0) формируется инверсный код, соответствующий входу с наибольшим порядковым номером (наивысшим приоритетом), а состояние остальных входов игнорируется. Например, когда на входы IN1 и IN4 одновременно подаются сигналы низкого уровня, выходной инверсный сигнал установится равным 011 (что в прямом коде равно 100 и цифре в десятичной системе счисления 4).

Кроме 7 информационных входов (IN0, IN1,…,In7) и 3-х выходов (А2, А1, А0) в модели имеются еще 2 выхода GS и EO. Эти выходы используются для каскадного соединения моделей. На выходе GS формируется сигнал низкого уровня, если такой сигнал подаётся на какой-либо из входов. На выходе ЕО формируется сигнал высокого уровня, когда такой сигнал подаётся на разрешающий вход EI. В нормальном режиме работы на вход EI должен подаваться сигнал низкого уровня. Работа модели шифратора 74148 представлена в таблице 2.

 

Таблица 2 – Работа модели шифратора 74148

 

Входы

Выходы

EI IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 A2 A1 A0 GS E0
0 X X X X X X X 0 0 0 0 0 1
0 X X X X X X 0 1 0 0 1 0 1
0 X X X X X 0 1 1 0 1 0 0 1
0 X X X X 0 1 1 1 0 1 1 0 1
0 X X X 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1
0 X X 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1
0 X 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1
0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1

 

Технические данные стандартной микросхемы 74148:

– время задержки прохождения сигнала 10 нсек;

– ток потребления 38 мА.

Рассмотрим модель схемы подключения источников сигналов, которая иллюстрирует режим шифрации модели 74148.


Рис. 6. Модель схемы подключения источника сигналов

к модели шифратора 74148

 

Для получения временых диаграмм, соответствующих уровням сигналов, указанным в семи строках таблицы 2, следует выбрать профиль моделирования Transient с основными параметрами Run to time: 8ms и задать следующие свойства источнику DSTM1: COMMAND1 – 0 ms 01111111; COMMAND2 – 1 ms 10111111; COMMAND3 – 2 ms 11011111; COMMAND4 – 3 ms 11101111; COMMAND5 – 4 ms 11110111; COMMAND6 – 5 ms 11111011; COMMAND7 – 6 ms 11111101; COMMAND8 – 7 ms 11111110.

 

 

Рис. 7. Временные диаграммы, иллюстрирующие работу шифратора 74148

Задание 1. Создайте папку с именем Lab_rab6, имеющую путь доступа C:\EMb-11-1\Ivanov\Lab_rab6, а в ней создайте папку Zadanie1 и Zadanie2, запустите редактор Capture.

Начертите схему, представленную на рисунке 3. Отредактируйте свойства:

– источника питания V1;

– свойства источника сигналов DSTM1, как было приведено выше.

Напомним, что при черчении модели схемы шине и восьми её линиям передачи данных обязательно присваиваются имена (псевдонимы).

Создайте профиль моделирования Transient со следующими параметрами: Run to time: 7us и сохраните его. Затем откройте страницу с вкладкой Options. В разделе Category выбрать пункт Gate-level Simulation (Уровень узла моделирования), а затем в пункте Initialize all flip-flops to (Установить все переключения в) установить ‘0’.

Запустите процесс моделирования, по окончанию которого отобразите временные диаграммы входных сигналов: D0, D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7; и выходных U1:A, U1:B, U1:C, U1:D. Занесите в отчет полученные временные диаграммы и поясните их.

Задание 2. Начертите схему, представленную на рисунке 6. Отредактируйте свойства:

– источника питания V1;

– свойства источника сигналов DSTM1, как было приведено выше.

Напомним, что при черчении модели схемы шине и восьми её линиям передачи данных обязательно присваиваются имена (псевдонимы).

Создайте профиль моделирования Transient со следующими параметрами: Run to time: 8ms и сохраните его. Затем откройте страницу с вкладкой Options. В разделе Category выбрать пункт Gate-level Simulation (Уровень узла моделирования), а затем в пункте Initialize all flip-flops to (Установить все переключения в) установить ‘0’.

Запустите процесс моделирования, по окончанию которого отобразите временные диаграммы входных сигналов: D0, D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7; и выходных U1:A0, U1:A1, U1:A2. Занесите в отчет полученные временные диаграммы и поясните их.

Выполнение работы

1. Включите ПК и с помощью программы Проводник создайте папку для хранения проекта.

2. Запустите редактор OrCad Capture.

3. Последовательно выполните задания 1 и задание 2, сохраняя проекты в папках Zadanie1 и Zadanie2.

 

Форма отчетности

 

Отчет должен содержать:

1. Цель работы и основные положения по пунктам 1.1, 1.2 и 1.3.

2. Моделируемые схемы и временные диаграммы каждого задания.

 

4. Контрольные вопросы

1. Поясните назначение шифраторов.

2. Перечислите входы и выходы модели шифратора 74147 и поясните их назначение.

3. Перечислите входы и выходы модели дешифратора 74148 и поясните их назначение.

4. Поясните временные диаграммы, полученные при выполнении задания 1.

5. Поясните временные диаграммы, полученные при выполнении задания 2.

Литература

1. Хайнеман Р. Визуальное моделирование электронных схем в PSPICE: пер. с нем. М.: ДМК Пресс, 2008. 336с.: ил.

2. Новиков Ю. В. Введение в цифровую схемотехнику. Издательство: Интернет-Университет Информационных Технологий; БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007. 344 с.: ил., табл. («Основы информационных технологий»).

 

МОДЕЛИРОВАНИЕ УЗЛОВ

ЦИФРОВЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СХЕМ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Дата: 2019-05-28, просмотров: 273.