Самостоятельное задание
Синтезировать схему шифратора и кодопреобразователя, который управляет работой одноразрядного семисегментного индикатора. При этом должны индицироваться стилизованные цифры (Рис.6):
Рис.6. Стилизованные цифры 7-сегментного индикатора
Эти стилизованные цифры должны совпадать с четырьмя последними цифрами номера студенческого билета (зачетной книжки).
При поступлении на вход кодопреобразователя других цифровых данных должен высвечиваться спецсимвол, выбранный из табл.3.
Таблица 3
Спецсимвол
Входные данные в кодопреобразователь вводятся двоичным кодом, который получают из унитарного кода с помощью шифратора (рис.7).
Рис.7. Структурная схема шифратора и кодопреобразователя для управления 1-разрядным 7-сегментным индикатором
Согласно варианту необходимо:
1. Составить таблицу истинности для шифратора.
2. Найти СДНФ шифратора.
3. Выбрать из табл.4 или табл. П2.2 подходящие ИМС и разработать на их основе принципиальную электрическую схему шифра в заданном базисе (табл.5).
Таблица 4
Рекомендуемый перечень микросхем
| Условное обозначение ИМС | Состав и функциональное назначение ИМС | Тип логики | |||||
| К155ЛА1 | 2х4 И-НЕ | ТТЛ | |||||
| К155ЛА3 | 4х2 И-НЕ | ТТЛ | |||||
| К155ЛА4 | 3х3 И-НЕ | ТТЛ | |||||
| К155ЛЕ1 | 4х2 ИЛИ-НЕ | ТТЛ | |||||
| К176ЛЕ10 | 3х3 ИЛИ-НЕ | КМОП | |||||
| К176ЛЕ6 | 2х4 ИЛИ-НЕ | КМОП | |||||
| К176ЛЕ5 | 4х2 ИЛИ-НЕ | КМОП | |||||
| К176ЛА7 | 4х2 И-НЕ | КМОП | |||||
| К176ЛА8 | 2х4 И-НЕ | КМОП | |||||
| К176ЛА9 | 3х3 И-НЕ | КМОП | |||||
| К500ЛМ102 | 4х2 ИЛИ-НЕ | ЭСЛ | |||||
| К500ЛМ106 | 3х3 ИЛИ-НЕ | ЭСЛ | |||||
| К500ЛМ109 | 4 ИЛИ-НЕ, 5 ИЛИ-НЕ | ЭСЛ | |||||
| К561ЛЕ5 | 4х2 ИЛИ-НЕ | КМДП | |||||
| К561ЛЕ6 | 2х4 ИЛИ-НЕ | КМДП | |||||
| К561ЛА7 | 4х2 И-НЕ | КМДП | |||||
| К561ЛА8 | 2х4 И-НЕ | КМДП | |||||
| К561ЛА9 | 3х3 И-НЕ | КМДП | |||||
| К561ЛА10 | 3х3 ИЛИ-НЕ | КМДП | |||||
| К555ЛА3 | 4х2 И-НЕ | ТТЛШ | |||||
| К555ЛЕ1 | 4х2 ИЛИ-НЕ | ТТЛШ | |||||
| К555ЛН1 | 6 НЕ | ТТЛШ | |||||
| К555ЛИ1 | 4х2 И | ТТЛШ | |||||
| К555ЛИ3 | 3х3 И | ТТЛШ | |||||
| К555ЛА4 | 3х3 И-НЕ | ТТЛШ | |||||
| К555ЛА1 | 2х4 И-НЕ | ТТЛШ | |||||
| К555ЛЕ4 | 3х3 ИЛИ-НЕ | ТТЛШ | |||||
| К531ЛА3П | 4х2 И-НЕ | ТТЛШ | |||||
| К531ЛЕ1П | 4х2 ИЛИ-НЕ | ТТЛШ | |||||
| К531ЛН1П | 6 НЕ | ТТЛШ | |||||
| К531ЛИ3П | 3х3 И | ТТЛШ | |||||
| К531ЛА1П | 2х4 И-НЕ | ТТЛШ | |||||
| К531ЛА2П | 8 И-НЕ | ТТЛШ | |||||
Запись 2х4 И-НЕ означает, что в одном корпусе ИМС находятся два 4-входовых логических элемента И-НЕ. Более подробная информация о микросхемах ТЛЛ представлена в прил.2.
Таблица 5
Базис для синтеза шифратора
| Последняя цифра номера зачетной книжки | Четная | Нечетная |
| Базис | ИЛИ-НЕ | И-НЕ |
4. Определить время задержки для синтезированной схемы шифратора, используя данные табл.6 или табл. П2.1
Таблица 6
Время задержки
| Серия ИМС | Время задержки, нс |
| К155 | |
| К531 | |
| К555 | |
| К561 | |
| К500 | |
| К176 |
5. Составить таблицу истинности для кодопреобразователя.
6. С помощью диаграмм Вейча-Карно найти МДНФ для выходных переменных кодопреобразователя.
7. Выбрать из табл.4 или табл. П2.2 подходящие ИМС и разработать на их основе принципиальную электрическую схему кодопреобразователя в заданном в табл.7 базисе.
Таблица 7
Базис для синтеза кодопреобразователя
| Предпоследняя цифра номера зачетной книжки | Четная | Нечетная |
| Базис | ИЛИ-НЕ | И-НЕ |
8. Определить время задержки для синтезированной схемы кодопреобразователя.
9. Начертить полную принципиальную электрическую схему устройства. Принципиальную электрическую схему выполнить в соответствии ГОСТ 2.743-82 Обозначения условные графические в схемах. Элементы цифровой техники”. Можно использовать рекомендации Приложения 1.
Приложение 1
Двоичные логические элементы
Общие принципы построения условных графических обозначений, а также условные графические обозначения двоичных логических элементов, выпускаемых промышленностью в виде цифровых микросхем, установлены ГОСТ 2.743-82.
Условное графические обозначение двоичного логического элемента имеет форму прямоугольника, который может содержать три поля: основное и два дополнительных. В основном поле помещают информацию о функции, выполняемой логическим элементом - символ функции и при необходимости дополнительные данные по ГОСТ 2.304-68. В дополнительных полях помещают условные обозначения входов и выходов, называемые метками. Дополнительные поля и метки обычно имеют комбинационные и сложные логические элементы, у которых все входы (выходы) логически неравноценны. (См. табл. П.1.1, табл. П.1.2, табл. П.1.3, табл. П.1.4)
Все размеры условного графического обозначения по высоте должны быть кратны постоянной величине С. При этом расстояние между горизонтальной стороной прямоугольника и ближайшей входной (выходной) линией, а также между соседними входными (выходными) линиями должно быть не менее величины С. При ручном (неавтоматизированном) выполнении графического обозначения С³5 мм.
Таблица П.1.1
Символы логических операций
| Наименование | Обозна-чение | Наименование | Обозна-чение |
| ИЛИ | Регистр | RG | |
| Монтажное ИЛИ | 1  | Шифратор | CD |
| И | & | Дешифратор | DC |
| Монтажное И | & | Кодовый преобразователь | X/Y |
| Триггер | T | Сумматор | SM |
| Триггер двухступенчатый | TT | Пороговый элемент | |
| Продолжение табл. П.1.1 | |||
| Генератор | Г | Усилитель |  |
| Одновибратор | S | Формирователь сигнала | F |
| Счетчик: а) двоичный | СТ2 | Задержка временная | |
| б) десятичный | СТ10 |
Таблица П.1.2
Начертание условных обозначений цифровых микросхем
| Наименование | Обозначение |
| Вход для раздельной установки триггера в состояние “1” (S-вход) | S |
| Вход для раздельной установки триггера в состояние “0” (R-вход) | R |
| Вход для установки состояния “1” в универсальном JK-триггере (J-вход) | J |
| Вход для установки состояния “0” в универсальном JK-триггере (К-вход) | K |
| Счетный вход (Т-вход) | T |
| Информационный вход для установки триггера в состояние “1” и “0” (D-вход) | D |
| Подготовительный управляющий вход для разрешения приема информации (V-вход) | V * |
| Исполнительный управляющий вход для осуществления приема информации. Вход синхронизации (С-вход) | C* |
1. Метки V и С применяют в комбинационных логических элементах для обозначения входов, подготавливающих и разрешающих выполнение логической операции.
2. При необходимости к буквам добавляют цифры, например
S1, S2, C1, C2 и т.д.3. Метки S, R, J, K, T, D, V и С - начальные буквы английских слов.
Таблица П.1.3
Примеры условных обозначений логических элементов (*)
| Наименование | Обозначение |
| Основное поле. Минимальные размеры, мм: a: 10 - 12 b: 8 - 12 При помещении дополнительных данных: a: 20 - 25 b: 12 - 17 |  |
| Основное поле с левым дополнительным полем, c ³ 5 мм |  |
| Основное поле с правым дополнительным полем, c ³ 5 мм |  |
| Продолжение табл. П.1.3 | |
| Входы логического элемента |  |
| Выходы логического элемента |  |
| Прямой статический вход (фрагмент условного обозначения) |  |
| Прямой статический выход |  |
| Продолжение табл. П.1.3 | |
| Инверсный статический вход |  |
| Инверсный статический выход |  |
| Прямой динамический вход |  |
| Прямой динамический выход |  |
| Продолжение табл. П.1.3 | |
| Инверсный динамический вход |  |
| Инверсный динамический выход |  |
| Вывод, не несущий логической информации |  |
* Допускается ориентация условного графического обозначения, при котором входы располагаются сверху, а выходы - снизу.
Таблица П.1.4
Примеры условных обозначений функциональных элементов
| Наименование | Обозначение | Наименование | Обозначение | |
| Повтори- тель |  | JK-триггер асинхронный |  | |
| НЕ (инвертор) |  | Т-триггер (триггер со счетным входом) |  | |
| ИЛИ (дизъюнк тор) |  | D-триггер со статиче ским управле нием |  | |
| ИЛИ-НЕ (элемент Приса) |  | Цифровой элемент задержки |  | |
| И (конъюнк тор) |  | Одновибратор с импульсным входом |  | |
| Продолжение табл. П.1.4 | ||||
| И-НЕ (элемент Шеффера) |  | Пороговый элемент (триггер Шмитта) |  | |
| RS-триггер асинхрон ный |  | Регистр с реверсив ным сдвигом 4-разрядный |  | |
| Генератор |  | Счетчик двоично-десятич- ный 4-разряд- ный |  | |
| Дешифратор на 4 разряда для газоразрядных индикаторов |  | |||
Приложение 2
Сведения о микросхемах ТТЛ серий 133, 134, 155 и 531
Таблица П.2.1
Электрические параметры базовых схем ТТЛ-типа
| Серия | |||
| Параметр | 133, 155 | 531 с диодами | |
| Шотки | |||
Выходное напряжение “0”  , В, не более Выходное напряжение “1”  , В, не менее Коэффициент разветвления по выходу  Среднее время задержки  , нс, не более Средняя статистическая мощность потребления, РПОТ, мВт, не более Частота переключений f, Мгц, не более | 0,4 2,4 (СН=15 пФ) | 0,3 2,3 (СН=40 пФ) | 0,5 2,7 (СН=15 пФ) |
Таблица П.2.2
Функциональное назначение ИС ТТЛ
| Функциональное назначение | Обозначение | Номер рисунка | ||
| Четыре логических элемента 2И-НЕ (133,155) | ЛА3 | П.1.1, а | ||
| Четыре логических элемента 2И-НЕ (134) | ЛБ1 | П.1., б | ||
| Три логических элемента 3И-НЕ (133, 155) | ЛА4 | П.1.2 | ||
| Два логических элемента 4И-НЕ (133, 155) | ЛА1 | П.1.3 (для 155) | ||
| Продолжение табл. П.2.1 | ||||
| Два логических элемента 4И-НЕ (134) | ЛБ2 | - | ||
| Логический элемент 8И-НЕ (133, 134, 155) | ЛА2 | П.1.4 | ||
| Два логических элемента 2И-2ИЛИ-НЕ (133, 134, 155) | ЛР1 | П.1.5 | ||
| Триггер Шмитта с логическим элементом на шесть логических элементов НЕ (155) | ЛН1 | П.1.6 | ||
| Четыре логических элемента 2ИЛИ-НЕ (133, 155) | ЛЕ1 | П.1.7 | ||
| Четыре логических элемента 2И (133, 155) | ЛИ1 | П.1.8 | ||
| Два логических элемента 4И (155) | ЛИ6 | - | ||
| Четыре логических элемента 2ИЛИ (133, 155) | ЛЛ1 | П.1.9 | ||
| Два триггера Шмитта с логическим элементом на входе (133, 155) | ТЛ1 | П.1.10 | ||
| Четыре D-триггера с прямым и инверсным выходами (133, 155) | ТМ7 | П.1.11 | ||
| Четыре D-триггера (133, 155) | ТМ5 | П.1.12 | ||
| Два D-триггера (133, 134, 155) | ТМ2 | П.1.13 | ||
| JK-триггер с логикой на входе (133, 134, 155) | ТВ1 | П.1.14 (133,155) | ||
| Два JK-триггера (134) | ТВ14 | - | ||
| Четыре 2-входовых элемента “исключающее ИЛИ” (155) | ЛП5 | - | ||
| Селектор-мультиплексор на восемь каналов со стробированием (133, 155) | ЛП7 | П.1.15 | ||
| Дешифратор-демультиплексор четыре линии на 16 (133, 134, 155) | ИД3 | П.1.16 | ||
| Два 4-входовых расширителя по ИЛИ (133, 155) | ЛД1 | - | ||
| Одноразрядный полный сумматор (133, 155) | ИМ1 | - | ||
| Двухразрядный сумматор (133, 155) | ИМ2 | - | ||
| Четырехразрядный сумматор (133, 155) | ИМ3 | - | ||
| Одновибратор с логическим элементом на входе (133, 155) | АГ1 | - | ||
| Четырехразрядный универсальный сдвигающий регистр (133, 134, 155) | ИР1 | П.1.17 (133,155) | ||
| Реверсивный 8-разрядный регистр сдвига (133, 155) | ИР13 | - | ||
| Восьмиразрядная схема контроля четности и нечетности (134, 155) | ИП2 | - | ||
| Продолжение табл. П.2.1 | ||||
| Схема быстрого переноса для арифметическо-логического узла (134, 155) | ИП4 | - | ||
| Четырехразрядный двоичный реверсивный счетчик (133, 155) | ИЕ7 | П.1.18 | ||
| Двоичный счетчик (133, 134, 155) | ИЕП5 | П.1. 19 (133,155) | ||
| Двухразрядный сумматор (133, 155) | ИМ2 | - | ||
| Четырехразрядный сумматор (133, 155) | ИМ3 | - | ||
| Одновибратор с логическим элементом на входе (133, 155) | АГ1 | - | ||
