Лабораторная работа №3. Дешифраторы и мультиплексоры
1. Цель работы: изучить дешифратор и мультиплексор 74153, а также применение дешифратора для реализации логических функций и построение УЛМ на основе мультиплексора.
2. Теория
Дешифратор можно использовать для реализации логических функций. Например, для реализации функции 
достаточно соединить соответствующие прямые выходы дешифратора на входы пятивходового элемента OR. Для реализации этой функции на основе дешифратора с инверсными выходами необходимо преобразовать логическое выражение по правилу де Моргана. В результате такого преобразования получим
.
Таким образом, схема дешифратора будет содержать элемент NAND (рис.6.1).
Рисунок 6.1 – Схема реализации функции на основе дешифратора 74138
На основе мультиплексора можно создать универсальный логический модуль (УЛМ), с помощью которого можно реализовать любые функции. Рассмотрим методы настройки УЛМ на примерах реализаций функций двух, трех и четырех переменных на основе мультиплексора 4-1 (таблицы 6.1-6.3 и рис.6.2-6.4).
Таблица 6.1
|  | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Рисунок 6.2 – Схема УЛМ функции 2-х переменных (1 способ) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Таблица 6.2
|  | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Рисунок 6.3 – Схема УЛМ 3-х переменных – 2 способ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Таблица 6.3
|  | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Рисунок 6.4 - Схема УЛМ с 4 переменными – 2 способ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3. Порядок выполнения работы
3.1 Эксперимент на плате ЕВ-134
Установить плату EB-134, на которой имеются DC и MUX (рис.6.5).
Рисунок 6.5 – Плата ЕВ-134
3.1.1 Исследование работы дешифратора
Соединить плату ЕВ-134 с платой ЕВ-132 (рис.6.6). Счетчик 1 используется в качестве регистра хранения с параллельной загрузкой и применяется для подачи на дешифратор адресного кода (22 à A1, 21 à A0) и управляющего сигнала (20 à EN). Эти соединения выполнены внутренне на самой плате ЕВ-134. Для наблюдения за уровнями выходных сигналов дешифратора используются светодиоды, размещенные на плате EB-132. Для этого плату EB-132 необходимо разместить рядом с основным стендом и подать от него питание.
Рисунок 2.6 – Схема соединения платы ЕВ-134 с платой ЕВ-132
Двоичное число, загружаемое в счетчик, устанавливается с помощью соответствующих переключателей А, В, С и фиксируется сигналом 
, подаваемого от переключателя Е.
Изменяя содержимое счетчика или уровни входных сигналов DC (адресный код и управляющий сигнал), записать результаты в таблицу 6.4.
Таблица 6.4 - Таблица истинности дешифратора
| E (20) | A1 (22) | A0 (21) | Q3 | Q2 | Q1 | Q0 |
3.1.2 Исследование работы мультиплексора
Соединить плату ЕВ-134 с платой ЕВ-132 (рис.6.7). Счетчик 1 используется для подачи на мультиплексор адресного кода (22 à A1, 21 à A0). Эти соединения выполнены внутренне в самой плате. Для активизации выхода мультиплексора, его разрешающий вход (EN) должен быть подключен к “общему проводу”.
Рисунок 6.7
Изменяя уровни сигнала перемычкой +5V на информационные входы I0-I3, записать результаты в таблицу 6.5.
Таблица 6.5
| A1 (22) | A0 (21) | OUT |
3.2 Моделирование в EWb
3.2.1. Исследование работы дешифратора 74138 (рис.6.8)
Открыть файл «lr_2 - dc». В схеме дешифратора использован условный счетчик для подачи адресного кода. Часть схемы, составленная с помощью элементов XOR и NOT, представляет собой устройство, которое формирует одиночный импульс при каждом нажатии клавиши С. Его необходимо объединить в виде подсхемы “Pulse” для использования в последующих работах.
Рисунок 6.8 – Схема дешифратора 74138
Нормальное функционирование дешифратора будет при G1A’=G2B’=0 и G1=1. При адресе i на соответствующем выходе Yi =0, а на остальных выходах 1, поэтому в схеме поставлены инверторы..
3.2.2 Использование дешифратора для реализации логических функций
Открыть файл «lr_2 – dc - f». В схеме реализована функция F1 из таблицы 6.6. Выходы дешифратора, соответствующие 1, объединены элементами ИЛИ, т.е. получена СДНФ.
Рисунок 6.9 – Схема дешифратора, реализующая функцию F1
3.2.3 Исследование работы мультиплексора (рис.6.10).
Открыть файл «lr_2 - mx». Переключая каналы с помощью клавиш А и В, убедиться, что информационные сигналы с выходов счетчика подключаются к выходу мультиплексора в соответствии с выбранным каналом, т.е. светодиод выхода счетчика А будет гореть синхронно со светодиодом выхода мультиплексора F при аргументах (сигналах управления) функции А=В=0; светодиод выхода счетчика В будет гореть синхронно со светодиодом выхода мультиплексора F при аргументах (сигналах управления) функции А=0, В=1 и т.д..
Рисунок 6.10 – Схема мультиплексора 74153
3.2.4 УЛМ на мультиплексоре
Открыть файл «lr_2 – ulm». В схеме УЛМ реализована функция F1 из таблицы 2.6. Настройка каналов выполнена 2-м способом: аргумент С функции F1(а,в,с) подключен к входам мультиплексора, значения которого подаются на соответствующие каналы (см. рис.2.3). Переключая каналы с помощью клавиш А и В, убедиться в правильной реализации функции F1 по таблице.6.6.
Рисунок 6.11 – Схема УЛМ на мультиплексоре
4. Задание
4.1 Построить 2 схемы, реализующие заданную функцию (по предложенному преподавателем варианту из таблицы 6.6), на основе:
- дешифратора 74138;
- УЛМ.
Таблица 6.6
| A | B | C | F1 | F2 | F3 | F4 |
5. Содержание отчета
- цель работы;
- схема DC, реализующая заданную функцию (рис.6.9);
- схема УЛМ, реализующая заданную функцию (рис.6.11);
- выводы.
6. Контрольные вопросы
1). Объясните принципы работы дешифратора.
2). Объясните режимы работы мультиплексора.
3). Объяснить метод настройки УЛМ, когда число переменных реализуемой функции равно числу адресных входов мультиплексора (1 способ).
4). Объяснить метод настройки УЛМ, когда число переменных реализуемой функции больше числа адресных входов мультиплексора (2 способ).