Лабораторна робота № 4
Тема: Проектування дешифраторів і шифраторів
Теоретичні відомості
Дешифратори й шифратори по суті належать до перетворювачів кодів. Із прийняттям шифрації пов'язане уявлення про стиснення даних, з поняттям дешифраторів – зворотне перетворення.
Комбінаційна схема, що перетворює код, який поступає на вхід, у сигнал тільки на одному з її виходів, називається дешифратором.
В умовних позначках дешифраторів і шифраторів використаються букви DC й CD (від слів decoder й coder відповідно).
Якщо кількість двійкових розрядів дешифрованого коду позначити через n, то число виходів дешифратора повинно бути 2^n.Taк як за допомогою n-розрядного двійкового коду можна відобразити 2^n кодових комбінацій, число виходів повного дешифратора дорівнює 2^n. Таким чином, дешифратор містить число виходів, рівне числу комбінацій вхідних змінних, наприклад, число входів дорівнює 3, то число виходів дорівнює 23=8.
Якщо частина вхідних наборів не використовується, то дешифратор називають неповним і у нього Nвих<2^n. В ЕОМ за допомогою дешифраторів здійснюється вибірка необхідних комірок запам'ятовуючих пристроїв, розшифровка кодів операцій з видачею відповідних управляючих сигналів і т.д.
Якщо вхідні змінні представити як двійкову систему запису чисел, то логічна одиниця формується в тому виході, номер якого відповідає десятковому запису того ж числа. Наприклад, А = 1, В = 0, С = 0, D = 1, число 1001 у двійковому коді. У десятковому коді це число відповідає 9, тобто при даній комбінації вхідних змінних F9= 1. Дешифратори широко використовуються як перетворювачі двійкового коду в десятковий, а також у багатьох інших пристроях.
Функціонування дешифратора описується системою логічних рівнянь, складених на основі таблиці істинності.
Одноступінчастий дешифратор (лінійний) – найбільш швидкодіючий, але його реалізація при значній розрядності вхідного слова утруднена, оскільки вимагає застосування логічних елементів з більшим числом входів (рівним n +1 для варіантів зі стробіюванням по виходу) і супроводжується великим навантаженням на джерела вхідних сигналів. Звичайно одноступінчастими виконуються дешифратори на невелике число входів, обумовлене можливостями елементів застосовуваної серії мікросхем (див. рис. 1).
У наведеному прикладі на рисунку 1 дешифратор має 3 входи, отже максимальна кількість виходів буде дорівнювати 2^3=8.
Побудова дешифратора на основі простих елементів, за допомогою таблиці істинності (див. таблицю 1) і складених відповідно логічних рівнянь.
Таблиця істинності
|
|
А |
В |
С |
Y1 |
Y2 |
Y3 |
Y4 |
Y5 |
Y6 |
Y7 |
Y8 |
|
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
2 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
3 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
4 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
5 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
6 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
|
7 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
|
8 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
Рис. 1. Схема дешифратора на 3 входи та 8 виходів
Рівняння для побудови:
- Y1=A^ B^ C^;
- Y5=A B^ C^;
- Y2=A^ B^ C ;
- Y6=A B^ C;
- Y3=A^ B C^;
- Y7=A B C^;
- Y4=A^ B C;
- Y8=A B C ;
На рисунку 2 наведена часова діаграма роботи дешифратора.
Поява малорозрядних дешифраторів {пірамідальний і матричний) у вигляді ЗІС порушило питання про застосування їх як засобів побудови дешифраторів більшої розрядності, що дає істотну економію апаратурних витрат. Будь-який потрібний дешифратор може бути побудований за пірамідальною структурою. При вході слово ділиться на поля, розрядність яких відповідає числу входів наявних ЗІС дешифраторів, а потім із ЗІС будується пірамідальна структура, що становить сукупність лінійних дешифраторів.
Матричні дешифратори формуються на основі простих лінійних дешифраторів меншої розмірності, тобто будуються у вигляді матриці.
Шифратори. Двійкові шифратори перетворюють код "1 із N" в двійковий код, тобто виконують мікрооперацію, зворотну мікрооперації дешифраторів. При порушенні однієї із вхідних ланцюгів шифратора на його виходах формується слово, що відображає номер збудженого ланцюга.
Повний двійковий шифратор має 2^n входів та n виходів. Одне з основних застосувань шифратора - введення даних із клавіатури, при якому натискання клавіші з десятковою цифрою повинне приводити до передачі в пристрій двійкового коду даної цифри. Приклад побудови шифратора показаний на рис. 3, а на рис. 4 наведена часова діаграма роботи шифратора.
Рис. 3. Схема шифратора
Рис. 4. Діаграма роботи шифратора
Завдання:
Використовуючи пакет Electronics Workbench, спроектувати схеми на основі найпростіших елементів, використовуючи для складання схеми таблицю істинності й проаналізувати роботу:
дешифратора;
шифратора.
Скласти звіт про виконання лабораторної роботи .
У звіт включити:
схеми дешифратора й шифратора;
часові діаграми роботи дешифратора й шифратора.
Electronics Workbench
копія інформації з сайту