Лабораторный стенд "Дешифраторы"

дипломная работа

Заключение

Нам была поставлена задача разработать лабораторный стенд и методический комплекс для проведения лабораторных и практических работ по теме "Дешифраторы". Для достижения этой задачи мы работали в программе Electronics Workbench, создавая принципиальные и монтажные схемы. Рассчитывали, покупали необходимый нам материал. Занимались монтажными работами по установке беспаечной макетнойплаты . Разработали 2 лабораторные работы. Всё это описали в нашей пояснительной записке.

В лабораторной работе №1 исследуется дешифратор с 2-мя адресными входами (микросхема КР1533ИД14). В методическом комплексе (Приложение) рассматривается теория и практика. В практической части необходимо собрать принципиальную и монтажную схему в Electronic Workbench, а так же на беспаечной макетной плате.

В лабораторной работе №2 исследуется дешифратор с 4-мя адресными входами (микросхема КР514ИД1). В методическом комплексе (Приложение) рассматривается теория и практика. В практической части необходимо собрать принципиальную и монтажную схему в Electronic Workbench, а так же на беспаечной макетной плате.

Используемая литература

1. Гусев В. Г., Гусев Ю. Н. "Электроника" Москва 2008г

2. Алексеев В.Е. Организация технического творчества студентов М. 2009 г., с. 23-38.

3. Комский Д.М. Основы теории творчества. Екатеринбург, 2003 г., с. 28-45.

4. Игумнов Д. В., Королев Г. В., Громов И. С. "Основы микроэлектроники" Москва 2011г

5. Нефедов В. И. "Основы радиоэлектроники" Москва 2012г

6. Опадчий "Аналоговая и цифровая электроника" Москва 2009г

7. Сентурия С., Уэдлок Б. "Электронные схемы и их применения" Москва 2013г

8. http://go-radio.ru

9. Справочник по микросхемам серии К155. 2014--250 с.

10. Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги. Справочник. Т. 2. -- М.: ИП РадиоСофт, 2013. -- 640 с.: ил.

11. http://www.microcontrollerov.net

Приложение

Лабораторная работа № 1.

Тема: "Дешифраторы. Микросхема КР1533ИД14".

Учебная цель: изучение работы дешифратора.

Образовательные результаты, заявленные во ФГОС третьего поколения:

Студент должен

уметь:

- использовать типовые средства вычислительной техники и программного обеспечения;

знать:

- виды информации и способы ее представления в электронно-вычислительной машине.

Задачи лабораторной работы:

1 Изучить работу дешифратора на 2 адресных входа.

2 Научиться составлять таблицы истинности работы дешифраторов на несколько адресных входов и временные диаграммы.

3 Научиться строить принципиальные и монтажные схемы в EWB.

4 Научиться составлять схемы дешифраторов на беспаячной макетной плате.

Обеспеченность занятия (средства обучения):

1 Рабочая тетрадь (обычная).

2 Ручка и карандаш простой.

3 ПО Еlectronic workbench.

4 Беспаечная макетная плата.

5 Микросхема дешифратора КР1533ИД14.

6 Комплект перемычек.

7 Резисторы.

8 Кнопки.

9 Светодиоды.

10 Блок питания.

Краткие теоретические и учебно-методические материалы по теме лабораторной работы:

Для сокращения объема памяти или сокращения каналов связи информации в ЦВМ часто кодируется и преобразуется в более удобную форму. В необходимый момент времени эта закодированная информация дешифрируется, а преобразованная информация передается или используется с большей эффективностью в других блоках ЭВМ.

Дешифратором называется комбинационная схема с несколькими входами и выходами, преобразующая код, подаваемый на входы, в сигнал на одном из выходов. Полным дешифратором на n входов называется схема, имеющая n входов и 2n выходов.

При подаче на входы дешифратора любого набора из двоичных переменных только на одном из соответствующих выходов его вырабатывается сигналов "1", а на всех остальных выходах сохраняются сигналы "0".

Часто в целях экономии оборудования код слова передается в дешифратор не только своими прямыми, но и инверсными значениями, т.е. парафазно, и число входов таких дешифраторов равно 2n (рис.1 для четырехвходового дешифратора). Система логических функций полного дешифратора в базисе "И/НЕ" на n входов имеет следующий вид:

Здесь индекс i функции fi вычисляется по формуле

Каждое уравнение дешифратора представляет одну из конъюнкций совершенной дизъюнктивной нормальной формы соответствующего набора таблицы истинности.

По способам построения дешифраторы классифицируются на линейные, прямоугольные и пирамидальные.

Для линейного дешифратора число каскадов k равно единице, число клапанов (схем И, ИЛИ-НЕ) М=2n и общее число входов в клапаны М= n 2n

Если разрядность дешифрируемого слова n больше максимально возможного числа входов клапана в используемой базе элементов, то для реализации функций необходимо объединить схемы в каскад из нескольких клапанов. В таком случае дешифратор уже не будет линейным (однокаскадным).

Если строить схему дешифратора по методу каскадов, т.е. первый каскад для дешифрации двух переменный (x1,x2), затем использовать выходы первого каскада для построения дешифратора из трех переменных (x1,x2,x3), выходы второго каскада для построения дешифратора из четырех переменных (x1,x2,x3,x4) и т.д., то на n -м каскаде схемы дешифратора будет 2n элементов "И", а общее число всех элементов определяется из соотношения

M=4+8+16+…+2n=2(2n-2)

Полный дешифратор, построенный по методу каскадов, является пирамидальным дешифратором (k=n-1). Схема пирамидального дешифратора представлена на рис.1, на первый каскад которого поступает сигнал синхронизации дешифрации работы C.

Поскольку любую функцию дешифратора из системы логических функций полного дешифратора в базисе "И/НЕ" на n=m+s входов можно представить в виде конъюнкции двух соответствующих функций

для полных дешифраторов на m и s=n-m входов (например, ), то пирамидальный дешифратор представляет собой полный дешифратор на n входов, построенный за счет многократного объединения полного дешифратора на m=2,3,…n -1 входа и полного дешифратора на один вход s=1.

Быстродействие пирамидального дешифратора определяется временем дешифрирования tдш=kфсрk , где фсрk - среднее время задержки сигнала формирования функции на клапанах k-го каскада дешифратора. Тогда с увеличением числа каскадов быстродействие пирамидального дешифратора, построенного на одинаковых элементах, уменьшается в k раз. Поэтому для повышения быстродействия и экономии оборудования, сложные дешифраторы строятся, как правило, прямоугольными. Прямоугольные дешифраторы строятся путем объединения линейных дешифраторов на меньшее число входов (рис.2) m и s схемами, реализующими конъюнкцию . Дешифратор, построенный по принципу разбиения n "почти пополам"(s>1), обычно называется прямоугольным дешифратором.

Функциональная схема прямоугольного дешифратора для четырехразрядного (n=4) входного слова показана на рис. 2. Количество клапанов "И" в двухкаскадном (K=2) прямоугольном дешифраторе можно определить по формуле

Вопросы для закрепления теоретического материала к практическому занятию:

1 Расскажите принцип работы линейного дешифратора, его назначение и характеристики.

2 Определите быстродействие пирамидального дешифратора на три входа.

3 Определите быстродействие прямоугольного дешифратора на шесть входов.

Задания для практического занятия:

Собрать схему дешифратора в соответствии с заданным вариантом и провести её исследование по методике, используя пакет Electronics Workbench.

Вариант 1- DС(0,3), прямоугольный, базис 2И/НЕ;

Вариант 2- DС(0,4), пирамидальный, базис 2ИЛИ/НЕ;

Вариант 3- DС(0,4), линейный, базис 5ИЛИ/НЕ;

Вариант 4- DС(0,3), пирамидальный, базис 2И/НЕ;

Вариант 5- DС(0,4), прямоугольный, базис 3И/НЕ.

2 Построить временные диаграммы работы дешифратора, используя все кодовые входные комбинации. Определить состояние выходов в соответствии с заданным преподавателем входным набором.

3 Изучить работу микросхемы КР1533ИД14.

4 В EWB составить принципиальную схему работы микросхемы КР1533ИД14.

5 В EWB составить монтажную схему работы микросхемы КР1533ИД14.

6 Собрать схему с микросхемой КР1533ИД14 на беспаечной макетной плате.

Отчет по работе должен содержать:

схему дешифратора в соответствии с вариантом; уравнения, по которым построена схема в заданном базисе; описание работы, распечатки временных диаграмм работы;

фотография собранной схемы на макетной плате;

индивидуальные выводы в одном предложении, которые начинаются со слов: "Установлено, что…", "Показано, что…".

Инструкция по выполнению практической работы.

Перед началом работы познакомится с базовыми логическими элементами и изучить Electronics Workbench.

Порядок выполнения отчета по практической работе.

Отчет должен содержать:

1 Название работы.

2 Цель работы.

3 Задание и его решение.

4 Вывод по работе.

Лабораторная работа № 2

Тема:"Дешифраторы. Микросхема КР514ИД1".

Учебная цель: изучение работы дешифратора.

Образовательные результаты, заявленные во ФГОС третьего поколения:

Студент должен

уметь:

- использовать типовые средства вычислительной техники и программного обеспечения;

знать:

- виды информации и способы ее представления в электронно-вычислительной машине.

Задачи лабораторной работы:

1 Изучить работу дешифратора на 4 адресных входа.

2 Научиться составлять таблицы истинности работы дешифраторов на несколько адресных входов и временные диаграммы.

3 Научиться строить принципиальные и монтажные схемы в EWB.

4 Научиться составлять схемы дешифраторов на беспаечной макетной плате.

Обеспеченность занятия (средства обучения):

1 Рабочая тетрадь (обычная).

2 Ручка и карандаш простой.

3 ПО Еlectronic workbench.

4 Беспаячная макетная плата.

5 Микросхема дешифратора КР514ИД1.

6 Комплект перемычек.

7 Резисторы.

8 Кнопки.

9 Светодиоды.

10 7-сегментный индикатор.

11 Блок питания.

Краткие теоретические и учебно-методические материалы по теме лабораторной работы:

В работе используется 7-ми сегментный индикатор, он может быть красного цвета (с яркостью 15-20 мКд и выше) или зелёного, но повышенной яркости (от 50 мКд и выше). В теме "Цифровые индикаторы" установка произвольного числа (от 0 до 9) на индикаторе выполнялась с помощью семи переключателей, то есть, для каждого числа нужно было установить свой набор в ручную! В цифровых схемах роль переключателей обычно выполняют специальные микросхемы дешифраторы-преобразователи кода (здесь микросема КР514ИД1). Выходов у дешифратора семь, их столько же, сколько сегментов (светодиодов) в цифре индикатора (индикаторная "точка" не считается). Дешифратор преобразует двоично-десятичный код на входах (выводы 5, 1, 2, 4) в семипозиционный код (семь выходов - A, B, C, D, E, F, G) управления семисегментными светодиодными индикаторами. На этом этапе работы состояние двоично-десятичного кода определяется состояниями кнопок, подключённых к входам дешифратора (выводы 5, 1, 2 и 4). Вместо кнопок можно использовать простые перемычки.

Схема подключения индикатора к дешифратору выглядит совсем просто, так как внутри самой микросхемы находятся токоограничивающие сопротивления. Особенностью дешифратора КР514ИД1 является то, что он используется с индикаторами, у которых светодиоды объединены катодами, а их аноды соединяются с соответствующими выходами дешифратора.

Справка: Для работы с индикаторами с общим анодом (ОА) используются дешифраторы КР514ИД2, при этом, обязательно устанавливаются токоограничивающие сопротивления !!!

Чтобы сегмент (светодиод) индикатора засветился, на выходе дешифратора должен быть высокий уровень напряжения (в таблице он обозначен "1"). Соответственно при нулевом уровне напряжения (в таблице он обозначен "0") сегмент светиться не будет. Например, для вывода числа 8 необходимо чтобы светились все сегменты индикатора (A, B, C, D, E, F, G), а при выводе числа 1 - только сегменты B и C, смотрите таблицу :

Вопросы для закрепления теоретического материала к практическому занятию: Расскажите различие между 7-сегментным индикатором с общим анадом и общим катодом.

Задания для практического занятия:

1 Собрать схему 7-сегментного индикатлора в Electronics Workbench и установить, с помощью ключей, цифру, заданную преподавателем.

2 В EWB составить принципиальную схему работы микросхемы КР514ИД1.

3 В EWB составить монтажную схему работы микросхемы КР514ИД1.

Делись добром ;)