Ćwiczenie 29 Temat: Układy koderów i dekoderów. Cel ćwiczenia

Transkrypt

1 Ćwiczenie 29 Temat: Układy koderów i dekoderów. Cel ćwiczenia Poznanie zasad działania układów koderów. Budowanie koderów z podstawowych bramek logicznych i układu scalonego Czytanie schematów elektronicznych, przestrzeganie zasad bhp podczas montażu elementów. INSTRUKCJA DO WYKONANIA ZADANIA Przestrzegaj zasad BHP przy pomiarach elektrycznych. Zachowaj ostrożność w czasie ćwiczenia. Sprawdź stan elementów zastosowanych w ćwiczeniu oraz narzędzi. Koder jest kombinacyjną bramką logiczną, która akceptuje jeden lub wiele stanów wejściowych i generuje specjalny kod wyjściowy. W danym czasie jest wyzwalane tylko jedno wyjście. Na rys przedstawiono koder m z n, czyli koder z wejściami n bitów i wyjściami m bitów. Gdy jest wyzwalane jedno z wejść, to na wyjściach pojawi się kod wyjściowy złożony z m bitów. Rys Koder m z n Rys Koder 2 z 8 Koder 2 z 8 Na rysunku przedstawiono koder 2 z 8. Ma on osiem wejść ósemkowych A1-A7 (0-7) oraz trzy wyjścia dwójkowe Q0, Q1 i Q2 ( ). Jeśli stan na wejściu A0 = 0, to o odpowiadający mu stan wyjściowy Q2Q1Q0 jest równy 000. Wejście A0 nie jest teraz dołączone do wejścia bramki. Jeśli stan na wejściu A1= 1 to stan na wyjściu Q2Q1Q0=001. Gdy stan na wejściu A2= 1, to stan na wyjściu Q2Q1Q0=010. Wśród stanów wejściowych nie może znajdować się więcej niż jedna 1. Na przykład, jeśli stan na wejściu A2= l i jednocześnie na wejściu A3= l, to stan wyjściowy jest Q2Q1Q0=011. Jeśli stany na wejściach A3; A4 są w tym samym czasie oba równe 1 to stan wyjściowy jest Q2Q1 Q0=1 11. Oba Stany wyjściowe są niewłaściwe. Koder matrycowy Jeśli żaden z dostępnych w handlu koderów nie pasuje do wybranej aplikacji, to można zbudować go z diod. Na rys przedstawiono prosty koder matrycowy zbudowany z diod. W tym samy czasie jest wyzwalane tylko jedno z wejść X0 X4, Gdy wejście X0= 1, to stan wyjściowy jest Y3Y2Y1Y0 = Gdy natomiast stan wejścia X1= 1, to stan wyjściowy jest: Y3Y2Y1Y0= 0110 W układach cyfrowych jest czasem krytyczne przetwarzanie różnych sygnałów w określonym porządku z ustalonym pierwszeństwem. W takich układach powinno się stosować jeden, szczególny typ kodera, nazywanego koderem priorytetu, przetwarzającego stany wejściowe w kolejności o priorytecie ustalonym wcześniej. Gdy stan wejściowy o wyższym priorytecie jest aktywny, to stan wyjściowy będzie odpowiadał temu stanowi niezależnie od tego, jakie stany panują na wejściach o priorytecie niższym. Układ scalony jest koderem 4 z 10 z wyjściem BCD. Priorytet stanów Rys Koder matrycowy wejściowych jest ustawiony w porządku rosnącym, tzn. bramka 1 ma najniższy priorytet, a bramka 9 najwyższy. Stany na wyjściach układu są w kodzie BCD. Tablica jest tablicą funkcyjną układu dekodera priorytetu 4 z 10 z liczb w kodzie dziesiętnym na liczby w kodzie BCD. Dekoduje on Stany panujące na 9 wejściach na Stany na 4 wyjściach BCD. Warunek zera dziesiętnego wymaga tego, aby, gdy wszystkie dziewięć wejść danych jest w stanie logicznym wysokim, to nie może być kodowany inny warunek wejściowy niż 0. 1

2 Tablica Tablica funkcyjna układu scalonego Stanem aktywnym danego wejścia oraz wyjścia układu jest stan niski. Gdy wejścia 1 9 są wszystkie wstanie wysokim, to stan na wyjściu DCBA jest równy HHHH. Gdy wejścia 2 i 5 są jednocześnie aktywne, to stan wyjściowy określa stan na wejściu 5, które ma wyższy priorytet niż wejście 2. Gdy wejścia 2, 5 i 7 są jednocześnie aktywne, to stan na wyjściu będzie określony przez stan na wyjściu 7. NIEZBĘDNY SPRZĘT LABORATORYJNY 1. KL podstawowy moduł edukacyjny z laboratorium układów elektrycznych 2. KL moduł edukacyjny z kombinacyjnym układem logicznym (3) 3. KL moduł edukacyjny z kombinacyjnym układem logicznym (4) PROCEDURA A. Zbudowanie z podstawowych bramek logicznych kodera 2 z 4 1. Ustawić moduł KL na module KL (moduł edukacyjny laboratorium z podstawowych układów elektrycznych), poczym zlokalizować blok a. Wykonać połączenia posługując się schematem montażowym przedstawionym na rys Rys. 4-i-4 Schemat montażowy (moduł KL blok a) Tablica D C B A F9 F Doprowadzić do modułu KL napięcie stałe +5 V z zasilacza o napięciu ustawionym na stałe znajdującego się module KL Dołączyć wejścia A D odpowiednio do przełączników danych SW0 SW3, a wyjścia F8 i F9 do wskaźników stanów logicznych L0 i L1. 2

3 4. Doprowadzając kolejno, zgodnie z tablicą 4-1-2, do wejść układu D, C, B, A stany logiczne, zapisać w tablicy tej odpowiadające im stany na wyjściowe. 5. Zdjąć wtyk mostkujący punkty A i Al założyć go mostkując punkty A1. i F1, jak to przedstawiono na rys Pozostałe połączenia pozostają niezmienione. 6. Doprowadzając kolejno, zgodnie z tablicą 4-1-3, do wejść układu stany logiczne, zapisać w tablicy tej odpowiadające im stany na wyjściowe. Rys Schemat montażowy (moduł KL blok a) Tablica D C B A F9 F B. Zbudowanie kodera 4 z 10 z układem scalonym TTL. 1. Ustawić moduł KL na module KL (moduł edukacyjny laboratorium z podstawowych układów elektrycznych), po czym zlokalizować blok a. Układ scalony (U7) jest koderem priorytetu liczb dziesiętnych na liczby w kodzie BCD przedstawionym na rys Koder ten będzie używane w poniższym ćwiczeniu. Doprowadzić do modułu KL napięcie stałe +5 V z zasilacza o napięciu ustawionym na stałe. Rys Schemat montażowy Tablica (moduł KL blok a) A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 F4 F3 F2 F Dołączyć wejścia A1 A8 do przełączników danych SW0 SW7, o wejście A9 do D7. Dołączyć wyjścia F1 F4 do wskaźników stanów logicznych L1 L4. Doprowadzając kolejno, zgodnie z tablicą 4-1-4, do wejść układu stany logiczne, zapisać w tablicy tej odpowiadające im stany na wyjściowe PODSUMOWANIE Koder ma więcej bramek wejściowych niż wyjściowych. Kod wyjściowy kodera może być odczytany wyłącznie przez profesjonalistę. Stan wyjściowy kodera powinien być zdekodowany przez dekoder. 3

4 UKŁADY DEKODERÓW. Dekoder jest układem logicznym, który wykrywa obecność określonej liczby binarnej lub słowa binarnego. Liczba binarna jest doprowadzana do wejścia dekodera równolegle, na wyjściu dekodera zaś pojawia się sygnał binarny, który wskazuje obecność danej liczby lub jej brak. Jako podstawowego układu dekodującego można użyć bramki AND, gdyż stan wyjściowy takiej bramki jest równy binarnej 1 tylko wtedy, gdy stany na wszystkich wejściach są równe binarnej 1. Poprawne doprowadzenie danych do wejść bramki AND zapewnia detekcję każdej liczby binarnej Dekoder liczby binarnej na liczbę w kodzie ósemkowym Na rys przedstawiono dekoder liczby binarnej na liczbę w kodzie ósemkowym. Dekoder ten ma trzy wejścia binarne A, B, C i osiem wyjść ósemkowych Q0 Q7. Jeśli stan na wejściach CBA jest równy 010, to stan na wyjściu Q2= 1, gdy zaś stan na wejściach CBA jest równy 111, to stan na wyjściu Q7= l. Rys Dekoder liczby binarnej na liczbę w kodzie ósemkowym NIEZBĘDNY SPRZĘT LABORATORYJNY 1. KL podstawowy moduł edukacyjny z laboratorium układów elektrycznych 2. KL moduł edukacyjny z kombinacyjnym układem logicznym (2) 3. KL moduł edukacyjny z kombinacyjnym układem logicznym (3) 4. Multimetr PROCEDURA 4

5 A. Zbudowanie z podstawowych bramek logicznych dekodera 4 z 2 1 Ustawić moduł KL na module KL (moduł edukacyjny laboratorium z podstawowych układów elektrycznych), po czym zlokalizować blok c. Doprowadzić do modułu KL napięcie stałe +5 V z zasilacza o napięciu ustawionym na stałe znajdującego się module KL Rys Schemat montażowy (moduł KL blok c) Tablica B A F1 F2 F3 F Dołączyć wejścia A i B odpowiednio do przełączników danych SW0 i SW1. Dołączyć wyjścia F1 F4 odpowiednio do wskaźników stanów logicznych L0 L3. 3. Doprowadzając kolejno, zgodnie z tablicą do wejść Rys Schemat montażowy (moduł KL układu stany logiczne, zapisać odpowiadające im stany na blok c) wyjściowe. B. Zbudowanie dekodera 10 z 4 z układem scalonym TTL 1. Ustawić moduł KL na module KL (moduł edukacyjny laboratorium z podstawowych układów elektrycznych), po czym zlokalizować blok c. Układ scalony 7442 (U10) jest dekoderem 10 z 4 (lub liczby w kodzie BCD na liczbę dziesiętną). Będzie on dalej używany w niniejszym ćwiczeniu. 2 Dołączyć wejścia A1, B1, C1 i D1 odpowiednio do przełączników danych SW0, SW1, SW2 i SW3. Dołączyć wyjścia 0 9 odpowiednio do wskaźników stanów logicznych L0 L9. Doprowadzić do modułu KL napięcie stałe +5 V z zasilacza o napięciu ustawionym na stałe znajdującego się module KL Doprowadzając kolejno, zgodnie z tablicą 4-2-2, do wejść A D układu stany logiczne, zapisać w tablicy tej odpowiadające im stany na wyjściowe. 5

6 Tablica BCD D C B A C. Zbudowanie dekodera kodu BCD na kod wskaźnika 7-segmentowego. Ustawić moduł KL na module KL (moduł edukacyjny laboratorium z podstawowych układów elektrycznych), po czym zlokalizować blok b. Doprowadzić do modułu KL napięcie stałe +5 V z zasilacza o napięciu ustawionym na stałe znajdującego się module KL Układ scalony 7448 (U5) jest układem dekodującym/sterującym liczb w kodzie BCD na kod wskaźnika 7-segmentowego ze stopniami wyjściowymi zawierającymi wewnętrzny rezystor dołączony do plusa napięcia zasilania. Rys Schemat montażowy (moduł KL tablicą blok b) D C B A Wyświetlany wzór X X X X X 2 Dołączyć wejścia BCD: D, C, B i A odpowiednio do przełączników danych SW3, SW2, SW1 i SW0. Dołączyć wyjścia dekodera a g odpowiednio do wejść a g układu wskaźnika siedmiosegmentowego DP1 Dołączyć wyprowadzenie RBI do przełącznika danych SW7, wyprowadzenie LT do przełącznika danych SW6, a wyprowadzenie BI/RBO do wskaźnika stanu logicznego L0. 3. Ustawić stany wyprowadzeń RBI= l i LT= l. Doprowadzając kolejno, zgodnie z tablicą do wejść D, C, B, A układu stany logiczne, zapisać w tablicy tej stany wyjściowe wskaźnika siedmiosegmentowego DP1. 4. Ustawić wyprowadzenie LT= 0. Zaobserwować i zapisać wskazanie układu DP1. 5. Ustawić wyprowadzenia RBI= 0 i LT= 1 Zaobserwować zapisać wskazanie układu DP1. PODSUMOWANIE Dekodery spełniają dokładnie przeciwne funkcje w stosunku do koderów. Dwa z najbardziej bezpośrednich zastosowań dekoderów to dekodery przetwarzające liczby słowa. Jeśli D=0 to układ 7442 pracuje jako dekoder 8 z 3. 6

7 Zespół Szkół Mechanicznych w Namysłowie Pomiary elektryczne i elektroniczne Temat ćwiczenia: Układy koderów i dekoderów Imię i nazwisko Nr ćw 29 Data wykonania Klasa 2TEZ Grupa Zespół OCENY Samoocena Wykonanie Ogólna Cel ćwiczenia; Wykaz materiałów Wykaz narzędzi i sprzętu.. Wykaz aparatury kontrolno-pomiarowej... NIEZBĘDNY SPRZĘT LABORATORYJNY 1. KL podstawowy moduł edukacyjny z laboratorium układów elektrycznych 2. KL moduł edukacyjny z kombinacyjnym układem logicznym (3) 3. KL moduł edukacyjny z kombinacyjnym układem logicznym (4) multimetr PROCEDURA A. Zbudowanie z podstawowych bramek logicznych kodera 2 z 4 1. Ustawić moduł KL na module KL (moduł edukacyjny laboratorium z podstawowych układów elektrycznych), po czym zlokalizować blok a. Wykonać połączenia posługując się schematem montażowym przedstawionym na rys Rys. 4-i-4 Schemat montażowy (moduł KL blok a) Tablica D C B A F9 F Doprowadzić do modułu KL napięcie stałe +5 V z zasilacza o napięciu ustawionym na stałe znajdującego się module KL Dołączyć wejścia A D odpowiednio do przełączników danych SW0 SW3, a wyjścia F8 i F9 do wskaźników stanów logicznych L0 i L1. 7

8 4. Doprowadzając kolejno, zgodnie z tablicą 4-1-2, do wejść układu D, C, B, A stany logiczne, zapisać w tablicy tej odpowiadające im stany na wyjściowe. 5. Zdjąć wtyk mostkujący punkty A i A1 założyć go mostkując punkty A1. i F1, jak to przedstawiono na rys Pozostałe połączenia pozostają niezmienione. 6. Doprowadzając kolejno, zgodnie z tablicą 4-1-3, do wejść układu stany logiczne, zapisać w tablicy tej odpowiadające im stany na wyjściowe. Rys Schemat montażowy (moduł KL blok a) Tablica D C B A F9 F B. Zbudowanie kodera 4 z 10 z układem scalonym TTL. 1. Ustawić moduł KL na module KL (moduł edukacyjny laboratorium z podstawowych układów elektrycznych), po czym zlokalizować blok a. Układ scalony (U7) jest koderem priorytetu liczb dziesiętnych na liczby w kodzie BCD przedstawionym na rys Koder ten będzie używane w poniższym ćwiczeniu. Doprowadzić do modułu KL napięcie stałe +5 V z zasilacza o napięciu ustawionym na stałe. Rys Schemat montażowy (moduł KL blok a) Tablica A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 F4 F3 F2 F Dołączyć wejścia A1 A8 do przełączników danych SW0 SW7, o wejście A9 do D7. Dołączyć wyjścia F1 F4 do wskaźników stanów logicznych L1 L4. Doprowadzając kolejno, zgodnie z tablicą 4-1-4, do wejść układu stany logiczne, zapisać w tablicy tej odpowiadające im stany na wyjściowe

9 PROCEDURA A. Zbudowanie z podstawowych bramek logicznych dekodera 4 z 2 1 Ustawić moduł KL na module KL (moduł edukacyjny laboratorium z podstawowych układów elektrycznych), po czym zlokalizować blok c. Doprowadzić do modułu KL napięcie stałe +5 V z zasilacza o napięciu ustawionym na stałe znajdującego się module KL Rys Schemat montażowy (moduł KL blok c) Tablica B A F1 F2 F3 F Dołączyć wejścia A i B odpowiednio do przełączników danych SW0 i SW1. Dołączyć wyjścia F1 F4 odpowiednio do wskaźników stanów logicznych L0 L3. 3. Doprowadzając kolejno, zgodnie z tablicą do wejść Rys Schemat montażowy (moduł KL układu stany logiczne, zapisać odpowiadające im stany na blok c) wyjściowe. B. Zbudowanie dekodera 10 z 4 z układem scalonym TTL 1. Ustawić moduł KL na module KL (moduł edukacyjny laboratorium z podstawowych układów elektrycznych), po czym zlokalizować blok c. Układ scalony 7442 (U10) jest dekoderem 10 z 4 (lub liczby w kodzie BCD na liczbę dziesiętną). Będzie on dalej używany w niniejszym ćwiczeniu. 2 Dołączyć wejścia A1, Bl, Cl i Dl odpowiednio do przełączników danych SW0, SW1, SW2 i SW3. Dołączyć wyjścia 0 9 odpowiednio do wskaźników stanów logicznych L0 L9. Doprowadzić do modułu KL napięcie stałe +5 V z zasilacza o napięciu ustawionym na stałe znajdującego się module KL Doprowadzając kolejno, zgodnie z tablicą 4-2-2, do wejść A D układu stany logiczne, zapisać w tablicy tej odpowiadające im stany na wyjściowe. 9

10 Tablica BCD D C B A C. Zbudowanie dekodera kodu BCD na kod wskaźnika 7-segmentowego. Ustawić moduł KL na module KL (moduł edukacyjny laboratorium z podstawowych układów elektrycznych), po czym zlokalizować blok b. Doprowadzić do modułu KL napięcie stałe +5 V z zasilacza o napięciu ustawionym na stałe znajdującego się module KL Układ scalony 7448 (U5) jest układem dekodującym/sterującym liczb w kodzie BCD na kod wskaźnika 7-segmentowego ze stopniami wyjściowymi zawierającymi wewnętrzny rezystor dołączony do plusa napięcia zasilania. Rys Schemat montażowy (moduł KL tablicą blok b) D C B A Wyświetlany wzór X X X X X 2 Dołączyć wejścia BCD: D, C, B i A odpowiednio do przełączników danych SW3, SW2, SW1 i SW0. Dołączyć wyjścia dekodera a g odpowiednio do wejść a g układu wskaźnika siedmiosegmentowego DP1 Dołączyć wyprowadzenie RBI do przełącznika danych SW7, wyprowadzenie LT do przełącznika danych SW6, a wyprowadzenie BI/RBO do wskaźnika stanu logicznego L0. 3. Ustawić stany wyprowadzeń RBI= l i LT= l. Doprowadzając kolejno, zgodnie z tablicą do wejść D, C, B, A układu stany logiczne, zapisać w tablicy tej stany wyjściowe wskaźnika siedmiosegmentowego DP1. 4. Ustawić wyprowadzenie LT= 0. Zaobserwować i zapisać wskazanie układu DP1. 5. Ustawić wyprowadzenia RBI= 0 i LT= 1 Zaobserwować zapisać wskazanie układu DP1. WNIOSKI I SPOSTZRZEŻENIA 10