Разработка шифратора формата 16-4, построенного на двух шифраторах формата 8-3

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Житомирський державний технологічний університет

кафедра РТ і Т

група РА-11 «Основи мікроелектроніки»

Курсовий проект

Розробка шифратора формату 16-4, що побудований на двох шифраторах формату 8-3

Виконавець: Вiльчинський Є.В.

Керівник: Соколов О.П.

Житомир 2010

Содержание

Введение

1. Техническое задание и исходные данные

2. Анализ литературных источников по шифраторам

3. Разработка структурной схемы шифратора

4. Принципиальная схема шифратора 8-3 и выбор ИМС

Заключение

Список использованной литературы

Введение

В повседневной жизни для представления чисел мы пользуемся исключительно десятичным кодом. В цифровых электронных схемах микрокалькуляторов или других схемах для представления чисел по большей части применяется двоичный код. В электронике применяется, кроме того, много других специальных кодов для представления чисел и даже букв алфавита.

В электронике находят широкое применение электронные преобразователи одних кодов в другие. В этой курсовой работе исследуются шифратор для перевода десятичных чисел в двоичные (перевод унитарного сигнала, который подается на входы шифратора в двоичный код на его выходах).

1. Техническое задание и исходные данные

Разработка шифратора формата 16-4, построенного на двух шифраторах формата 8-3.

Исходные данные

На вход шифратора поступает унитарный сигнал на 16 входов.

2. Анализ литературных источников по шифраторам

шифратор код связь вход

Шифратором называют кодовый преобразователь, который имеет k входов и n выходов, и при подаче сигналов на один из входов (обязательно только на один) на выходах появляется двоичный код возбужденного входа. Очевидно, что число выходов и входов в полном шифраторе связано соотношением:

k=2ⁿ. (1)

Выходной код шифратора однозначно определяется номером входного сигнала. Шифраторы применяются гораздо реже, чем дешифраторы. Это связано с более специфической областью их применения. Значительно меньше и выбор микросхем шифраторов в стандартных сериях. В отечественных сериях шифраторы имеют в названии буквы ИВ.

Рассмотрим принцип построения шифратора на примере преобразования 8-разрядного единичного кода в двоичный код. Схема такого шифратора приведена на рис. 1а, а его условное схематичное обозначение - на рис. 1б.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1а.

Рис. 1б.

Все входы шифраторов инверсные (активные входные сигналы - нулевые). Все выходы шифраторов тоже инверсные, то есть формируется инверсный код. Микросхема ИВ1 (на основе которой будет в дальнейшем построен шифратор формата 16-4) помимо формационных входов и 3 разрядов выходного кода (1, 2, 4) имеет инверсный вход разрешения - Е1, выход признака прихода любого входного сигнала - GS, а также выход переноса - ЕО, позволяющий объединить несколько шифраторов для увеличения разрядности.

Стандартное применение шифраторов состоит в сокращении количества сигналов. Например, в случае шифратора ИВ1 информация о восьми входных сигналах сворачивается в три выходных сигнала. Это очень удобно, например, при передаче сигналов на большие расстояния. Правда, входные сигналы не должны приходить одновременно. На рис. 2 показаны стандартная схема включения шифратора и временные диаграммы его работы.



Рис. 2

Если все входные сигналы имеют нулевые значения, то на выходе шифратора будем иметь нулевой код Y0=Y1=Y2=0.

Инверсия выходного кода приводит к тому, что при приходе нулевого входного сигнала на выходе формируется не нулевой код, а код 111, то есть 7.

Точно так же при приходе, например, третьего входного сигнала на выходе формируется код 100, то есть 4, а при приходе пятого выходного сигнала - код 010, то есть 2.

Младший выход, т.е. выход с весовым коэффициентом, равным 1, должен возбуждаться при входном сигнале на любой из нечетных входов, так как все нечетные номера в двоичном представление содержат единицу в младшем разряде. Следовательно, младший выход - это выход схемы ИЛИ, к входам которой подключены все входы с нечетными номерами.

Следующий выход имеет вес два. Он должен возбуждаться при подаче сигналов на входы с номерами 2, 3, 6, 7, т.е. с номерами, имеющими в двоичном представлении единицу во втором разряде. Таким образом, входы элемента ИЛИ должны быть подключены к входным сигналам, имеющие указанные номера.

Старший разряд двоичного кода формируется из входных сигналов с номерами 4, 5, 6 и 7, т.е. из четырех старших разрядов единичного кода. Все рассмотренные состояния шифратора можно увидеть в таблице 1.

Как следует из выполненного построения, при помощи шифратора можно сократить (сжать) информацию для передачи ее по меньшему числу линий связи, так как n<k. Обратное преобразование, т.е. восстановление информации в первоначальном виде можно выполнить с помощью дешифратора. Очевидно, что максимальное число входов шифратора не может превышать количество возможных комбинаций выходных сигналов, т.е. необходимо выполнение условия k<2ⁿ.

Таблица 1. - Соответствие кодов

n	Сегменты Yk	Код X k
	1	2	3	4	5	6	7	8	4	2	1
0	1	1	1	1	1	1	0	0	0	0	0
1	0	1	1	0	0	0	0	0	0	0	1
2	1	1	0	1	1	0	1	0	0	1	0
3	1	1	1	0	1	0	1	0	0	1	1
4	0	1	1	0	0	1	1	0	1	0	0
5	1	0	1	1	0	1	1	0	1	0	1
6	1	0	1	1	1	1	1	0	1	1	0
7	1	1	1	0	0	0	0	0	1	1	1
8	1	1	1	1	1	1	1	1	0	0	0
9	1	1	1	1	0	1	1	1	0	0	1

В цифровых системах с помощью шифраторов обеспечивается связь между различными устройствами посредством ограниченного числа линий связи. Так, например, в кнопочных пультах управления ввод числовых данных обычно выполняется в унитарном коде посредством нажатия одной из десяти кнопок, а ввод данных в микропроцессор выполняется в двоичном коде. Для преобразования кода кнопочного пульта в код микропроцессора также используется шифратор «из 10 в 4». Однако, поскольку четырехразрядный двоичный код имеет не 10, а 16 возможных комбинаций, такой шифратор будет неполным.

Состояние выходов шифратора, изображено на рис. 1а, приведено в табл. 2. Из этой таблицы следует, что для шифратора должно выполнятся условие xi xj=0 при i?j.

Если сигналы, поступающие на вход шифратора, являются независимыми, что бывает, например, при нажатии одновременно нескольких кнопок на кнопочном пульте управления, то условие xi xj=0 не выполняется. В этом случае каждому входу xi шифратора назначается свой приоритет. В этом случае шифратор должен выдавать на выходе двоичный код числа i если xi =1, а на все выходы xj, имеющие больший приоритет, поданы нули. Такие шифраторы называются приоритетными, например, если на входе шифратора установлен код 0011, то на выходе будет код 01.

Таблица 2. - Состояние выходов шифратора

X7	X6	X5	X4	X3	X2	X1	X0	Y2	Y1	Y0
0	0	0	0	0	0	0	1	0	0	0
0	0	0	0	0	0	1	0	0	0	1
0	0	0	0	0	1	0	0	0	1	0
0	0	0	0	1	0	0	0	0	1	1
0	0	0	1	0	0	0	0	1	0	0
0	0	1	0	0	0	0	0	1	0	1
0	1	0	0	0	0	0	0	1	1	0
1	0	0	0	0	0	0	0	1	1	1

Аналогично функционирует приоритетный шифратор К555ИВ2, отличительной способностью которого является наличие выходов с тремя состояниями, что облегчает каскадирование шифраторов

Рассмотрев основную теорию по шифраторам формата 8-3 (ИВ1), перейдем к ознакомлению с шифратором формата 16-4.

3. Разработка структурной схемы шифратора

Рассмотрим функционирование приоритетного шифратора К555ИВ1. Функционирование этого шифратора описано в табл. 3.

Таблица 3. - Функционирование приоритетного шифратора К555ИВ1

E	X7	X6	X5	X4	X3	X2	X1	X0	Y2	Y1	Y0	G	EO
0	x	x	x	x	x	x	x	x	0	0	0	0	0
1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1
1	0	0	0	0	0	0	0	1	0	0	0	1	0
1	0	0	0	0	0	0	1	x	0	0	1	1	0
1	0	0	0	0	0	1	x	x	0	1	0	1	0
1	0	0	0	0	1	x	x	x	0	1	1	1	0
1	0	0	0	1	x	x	x	x	1	0	0	1	0
1	0	0	1	x	x	x	x	x	1	0	1	1	0
1	0	1	x	x	x	x	x	x	1	1	0	1	0
1	1	x	x	x	x	x	x	x	1	1	1	1	0

Назначение сигналов на входе шифратора: E - сигнал включения шифратора (0-выключен, 1-включен). Сигналы на выходе: G - сигнал, свидетельствующий о наличии хотя бы одного возбужденного входа xi при включенном состоянии шифратора G=1 при xi =1, хотя бы одного i при E =1; EO - сигнал разрешения, свидетельствующий об отсутствии возбужденных входов xi при включенном состоянии шифратора (EO=1 при E =1 и xi =0 для всех I). Таким образом, трехразрядный двоичный код можно считывать с выхода шифратора только при условии, что G=1. Выходной сигнал EO можно использовать при каскадном включении шифраторов. Схема расширенного шифратора на ИМС К555ИВ1 форматом 16?4 приведена на рис. 3. В этой схеме наивысший приоритет имеет вход Х15. Первый шифратор (верхний по схеме) включается только в том случае, если не возбужден ни один вход второго (нижнего шифратора). Сигнал G=1, если возбужден хотя бы один из входов Х0...Х15.

Рис. 3

Наличие у шифраторов входов -ЕI и -ЕО позволяет увеличивать количество входов и разрядов шифратора, правда с помощью дополнительных элементов на выходе. На рис. 1б. показан пример построения шифратора 16-4 на двух микросхемах ИВ1 и трех элементах 2И-НЕ (ЛАЗ).

Одновременное или почти одновременное изменение сигналов на входе шифратора приводит к появлению периодов неопределенности на выходах. Выходной код может на короткое время принимать значение, не соответствующие ни одному из входных сигналов. Поэтому в тех случаях, когда входные сигналы могут приходить одновременно, необходима синхронизация выходного кода, например, с помощью разрешающего сигнала - ЕI, который должен приходить только тогда, когда состояние неопределенности уже закончилось.

Задержка шифратора от входа до выхода кода примерно в полтора раза превышает задержку логического элемента, а задержка до выхода - GS - примерно в два раза больше. Точные величины задержек микросхем можно найти в справочнике.

Также следует сказать, что данная микросхема (шифратор формата 16-4) при сохранении быстродействия уменьшает свою потребляемую мощность (например при сравнении микросхем серии К555 на уровне серии К155). Некоторые характеристики серии К555, к которой относится шифратор 16-4, наведены в табл. 3.

Рис 4. - Таблица температурных диапазонов работоспособности

микросхем

Для данной микросхемы оставлять входы неподключенными не допускаются, но возможно подключение неиспользуемых входов к используемым входам того же элемента, но это увеличивает нагрузку на микросхему - источник сигнала, что также снижает быстродействие.

Входы такой микросхемы можно подключать к источнику питания +5В непосредственно.

На печатных платах необходима установка блокировочных конденсаторов между цепью +5В и общим проводом. Их число определяется одним - двумя конденсаторами емкостью 0,033...0,15 мкВ на каждые пять микросхем. Конденсаторы следует располагать на плате по возможности равномерно. Их следует также установить рядом со всеми микросхемами с мощным выходом или с потребляемой мощностью более 0,5 Вт.

Для шифратора формата 8-3 (из которого построен шифратор 16-4) число выводов корпуса - 16, Рср - (300...102) мВт, t з ср - (25...16)нс.

Один из примеров шифратора является шифратор, имеющий шестнадцать входов и четыре выхода. Этот пример мы и рассмотрим. При этом учтем, что унитарный код, который вводится из кнопочного пульта (клавиатуры) - это буквы русского алфавита.

Составим таблицу.

Таблица 4

а	б	в	г	д	е	ё	ж	з	и	й	к	л	м	н	Х1	Х2	Х3	Х4
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	0	0	0
0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	0	0
0	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	1	0	0
0	0	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	0
0	0	0	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	0	1	0
0	0	0	0	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	1	0
0	0	0	0	0	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	1	1	1	0
0	0	0	0	0	0	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1
0	0	0	0	0	0	0	0	1	0	0	0	0	0	0	1	0	0	1
0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	0	0	0	0	0	0	1	0	1
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	0	0	0	0	1	1	0	1
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	0	0	0	0	0	1	1
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	0	0	1	0	1	1
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	0	0	1	1	1
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	1	1	1	1

На основе данной таблицы истинности составим формулу для функций Х1, Х2, Х3, Х4 (табл. 4).

Х1=абвгдеёжзийклмнvабвгдеёжзийклмнvабвгдеёжзийклмнvабвгдеёжзийклмнvабвгдеёжзийклмнvабвгдеёжзийклмнvабвгдеёжзийклмнvабвгдеёжзийклмн;

Х2=абвгдеёжзийклмнvабвгдеёжзийклмнvабвгдеёжзийклмнvабвгдеёжзийклмнvабвгдеёжзийклмнvабвгдеёжзийклмнvабвгдеёжзийклмнvабвгдеёжзийклмн;

Х3=абвгдеёжзийклмнvабвгдеёжзийклмнvабвгдеёжзийклмнvабвгдеёжзийклмнvабвгдеёжзийклмнvабвгдеёжзийклмнvабвгдеёжзийклмнvабвгдеёжзийклмн;

Х4=абвгдеёжзийклмнvабвгдеёжзийклмнvабвгдеёжзийклмнvабвгдеёжзийклмнvабвгдеёжзийклмнvабвгдеёжзийклмнvабвгдеёжзийклмнvабвгдеёжзийклмн.

4. Принципиальная схема шифратора 8-3 и выбор ИМС

Построим наш шифратор на двух шифраторах 8-3 серии К155ИВ1 (которая соответственно имеет 8 входов и 3 выхода). На рис. 5 показаны для примера две микросхемы шифраторов ИВ1 и ИВ3.

Рис. 5

Первая имеет 8 входов и 3 выхода (шифратор 8-3), а вторая - 9 входов и 4 выхода (шифратор 9-4). Все входы шифраторов - инверсные (активные входные сигналы - нулевые). Все выходы тоже инверсные, то есть формируется инверсный код. Микросхема ИВ1, помимо 8 информационных входов и 3 разрядов выходного кода (1, 2, 4), имеет инверсный вход разрешения - ЕI, выход признака прихода любого входного сигнала - GS, а также выход переноса - EO, позволяющий объединять несколько шифраторов для увеличения разрядности.

Табл. 5. - Таблица истинности шифратора ИВ1

Входы	Выходы
-EI	0	1	2	3	4	5	6	7	-GS	4	2	1	-EO
1	X	X	X	X	X	X	X	X	1	1	1	1	1
0	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	0
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	0	1	1
0	X	X	X	X	X	0	1	1	0	0	1	0	1
0	X	X	X	X	0	1	1	1	0	0	1	1	1
0	X	X	X	0	1	1	1	1	0	1	0	0	1
0	X	X	0	1	1	1	1	1	0	1	0	1	1
0	X	0	1	1	1	1	1	1	0	1	1	0	1
0	0	1	1	1	1	1	1	1	0	1	1	1	1

Из таблицы видно, что на выходах кода 1, 2, 4 формируется инверсный двоичный код номера входной линии, на который приходит отрицательный входной сигнал. При одновременном поступлении нескольких входных сигналов формируется выходной код, соответствующий входу с наибольшим номером, то есть старшие входы имеют приоритет перед младшими. Поэтому такой шифратор называется приоритетным. При отсутствии входных сигналов (вторая строчка таблицы) формируется выходной код 111. Единичный сигнал - EI (первая строчка) запрещает работу шифратора (все выходные сигналы устанавливаются в единицу). На выходе - GS вырабатывается нуль при приходе любого входного сигнала, что позволяет, в частности, отличить ситуацию прихода нулевого входного сигнала от ситуации отсутствия любых входных сигналов. Выход - EO становится активным (нулевым) при отсутствии входных сигналов, но разрешении работы шифратора сигналом - EI.

Рис. 6. - Стандартная схема включения шифратора 8-3 и временная

диаграмма его работы

Стандартное применение шифраторов состоит в сокращении количества сигналов. Например, в случае шифратора ИВ1 информация о восьми входных сигналах сворачивается в три выходных сигнала. Это очень удобно, например, при передаче сигналов на большие расстояния. Правда, входные сигналы не должны приходить одновременно.

Микросхема представляет собой приоритетный шифратор 8 каналов в 3. Содержит 168 итнегральных элементов. Корпус у К155ИВ1 типа 238.16-1, масса не более 2 г.

Корпус:

Рисунок. 7. - Условное графическое обозначение ИМС К155ИВ1.



1 - вход X4;

2 - вход X5;

3 - вход X6;

4 - вход X7;

5 - вход E;

6 - выход A2;

7 - выход A1;

8 - общий;

9 - выход A0;

10 - вход X0;

11 - вход X1;

12 - вход X2;

13 - вход X3;

14 - выход GS;

15 - выход E;

16 - напряжение питания;

Электрические параметры:

1. Номинальное напряжение питания 5 В 5%

2. Выходное напряжение низкого уровня 0,4 В

3. Выходное напряжение высокого уровня 2,4 В

4. Входной ток низкого уровня:

- по входу 10

- по входам 1-5,11-13

- 1,6 мА

- 3,2 мА

5. Входной ток высокого уровня

- по входу 10

- по входам 1-5,11-13

- 0,04 мА

- 0,08 мА

6. Входной пробивной ток 1 мА

7. Ток потребления 60 мА

8. Потребляемая статическая мощность 330 мВт

9. Среднее время задержки распространения 21 нс

Заключение

В ходе разработки данного курсового проекта пришлось детально изучить шифратор. Они применяются почти во всех сферах деятельности человека. В вычислительной технике шифраторы играют роль связующего звена между человеком и "железом" машины. Как правило, шифратор применяют для преобразования входных сигналов в двоичный (машинный) код.

Изготавливают шифраторы в качестве отдельных микросхем. Количество выводов элемента обусловлено его назначением.

Список использованной литературы

1. Прянишников В. А. Электроника. Курс лекций. - СПб.: Корона Принт, 1998. - 400 с.

2. Омельчук В.В., Соколов О.П. Основи електроніки і мікроелектроніки; навчальний посібник для учбових закладів. - Житомир: ЖДТУ, 2004. - 346 с.

3. Новиков Ю.В. Основы цифровой схемотехники. Базовые элементы и схемы. Методы проектирования. - М.: Мир, 2001. - 379 с.

4. Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы. - М.: Радио и связь, 1987.

5. Брякин Л.А. Электротехника и электроника: Конспект лекций. - Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2004. - 156 с.

Размещено на Allbest.ru