Материал: Лаба шифратор-дешифратор
Министерство образования Республики Беларусь
Учреждение образования
БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Кафедра электронных вычислительных машин
Факультет компьютерных систем и сетей
Отчет по лабораторной работе №2
Тема: «Исследование работы шифратора и дешифратора»
Проверил:
к.т.н., доцент_____________Селезнев И.Л.
Минск
2020
1.Цель работы:
Исследование работы шифратора и дешифратора.
2.Задание на выполнение работы:
Исследование работы шифратора:
В состав лабораторного стенда входят:
Базовый лабораторный стенд
Лабораторный модуль dLab2 для исследования работы шифратора.
Установить лабораторный модуль dLab2 на макетную плату лабораторной станции NI ELVIS.
Загрузить файл dLab-2.vi. На экране появится изображение ВП, необходимого для выполнения работы.
Запустить программу, щелкнув левой кнопкой мыши по экранной кнопке RUN.
Нажать на кнопку «Очистить таблицу и диаграмму».
Установить на входе «E» шифратора логический сигнал «0», а на входах «Х0», «Х1», «Х2», «Х3», «Х4», «Х5», «Х6» и «Х7» - значения сигналов, приведенные в первой строке таблицы 2.1. Логический уровень изменяется при однократном нажатии с помощью манипулятора мышь на кнопку квадратной формы, расположенную около соответствующего входа. При этом на кнопке отображается состояние входа («0» - синий цвет или «1» - оранжевый цвет). На индикаторах круглой формы, расположенных около выходов «Y0», «Y1», «Y2», «G» и «E0» шифратора, будет отображено состояние выходных сигналов.
Таблица 2.1 Исходные данные
-
Вход Х7
Вход Х6
Вход Х5
Вход Х4
Вход Х3
Вход Х2
Вход Х1
Вход Х0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
Занести логические состояния входов и выходов дешифратора в таблицу истинности и на диаграмму состояний. Для этого на лицевой панели ВП нажать кнопку «Добавить состояние в таблицу и на диаграмму».
Повторить пп.1-6 для остальных строк.
Установить на входе «E» шифратора логический сигнал «1» и повторить исследование работы шифратора в соответствии с указаниями в пунктах 1-6.
По таблице истинности и временной диаграмме определить, какой логический сигнал на входе управления «Е» шифратора является активным.
По таблице истинности и временной диаграмме определить, при каких условиях активный низкий уровень появляется на выходах GS (групповой сигнал) и E0 (разрешение от выхода).
Проверить, что исследуемый шифратор является приоритетным. Для этого сначала установить вход управления «Е» в состояние «0», а все информационные входы в состояние «1». Затем переключить любых два информационных входа, например, «Х6» и «Х3» в состояние «0». Определить, сопоставив выходной сигнал шифратора с полученной ранее таблицей истинности, какой вход из двух задействованных имеет больший приоритет.
Исследование работы дешифратора:
Лабораторный модуль dLab3 для исследования работы дешифратора.
Установить лабораторный модуль dLab3 на макетную плату лабораторной станции NI ELVIS.
Загрузить файл dLab-3.vi. На экране появится изображение ВП, необходимого для выполнения работы.
Запустить программу, щелкнув левой кнопкой мыши по экранной кнопке run.
Нажать на кнопку «Очистить таблицу и диаграмму».
Установить на входах «Е», «Х0» и «Х1» дешифратора значения сигналов, приведенных в первой строке таблицы.
Логический уровень изменяется при однократном нажатии с помощью манипулятора мышь на кнопку квадратной формы, расположенную около соответствующего входа. При этом на кнопке отображается состояние входа («0» - синий цвет или «1» - оранжевый цвет). На индикаторах круглой формы, расположенных у выходов «Y0», «Y1», «Y2» и «Y3» дешифратора, будет отображено состояние выходных сигналов.
Занести логические состояния входов и выходов дешифратора в таблицу истинности и на диаграмму состояний. Для этого на лицевой панели ВП нажать кнопку «Добавить состояние в таблицу и на диаграмму».
Повторить пп. 1-6 для остальных строк.
3. Теоретичеcкие сведения:
Шифратором называют комбинационное устройство с М входами и N выходами, преобразующее М-разрядный унитарный код в N-разрядный двоичный код.
Шифраторы классифицируют по ряду признаков.
По числу входов различают:
1.Полные шифраторы, число входов которых М=2N;
2.Неполные шифраторы, имеющие число входов М<2N.
По уровням входных и выходных сигналов выделяют:
1.Шифраторы высокого уровня, активные сигналы на входах и выходах которых имеют уровень логической единицы;
2.Шифраторы низкого уровня, активные входные и выходные сигналы которых соответствуют уровню логического нуля.
По функциональной значимости входов шифраторы разделяют на две группы:
1. Шифраторы с равнозначными уровнями входов, в которых все входы равноценны и при подаче на любой из них активного уровня сигнала на выходе формируется двоичный код. В таких шифраторах нельзя подавать несколько входных сигналов одновременно от разных источников, т.е. должна соблюдаться очередность подачи сигналов от разных источников. Если на один из входов шифратора подан сигнал, остальные входы шифратора должны быть заблокированы;
2. Приоритетные шифраторы, в которых возможна одновременная подача на входы сигналов от разных источников, однако только один из них, имеющий больший приоритет, выполнит функцию формирования выходного кода. Как правило, наивысший приоритет назначается входу с самым высоким порядковым номером.
На рис.3.1 приведено условное графическое обозначение приоритетного шифратора низкого уровня К555ИВ1.
Рисунок 3.1 Шифратор К555ИВ1
Технические характеристики шифратора низкого уровня К555ИВ1 приведены в таблице 3.1.
Таблица 3.1 Технические характеристики шифратора К555ИВ1
Напряжение питания (Vcc) |
+5В ±5% |
Входной ток ("0"), не более |
0,40мА |
Входной ток ("1"), не более |
20мкА |
Ток потребления (статический), max |
20мА |
Нагрузочная способность |
10 входов ТТЛ (К555) |
Выходной уровень "0" |
< 0,4В |
Выходной уровень "1" |
> 2,5В |
Рабочий диапазон температур |
-10oC..+70oC |
Корпус |
DIP-16 |
Импортный аналог |
74LS148 |
Данная интегральная микросхема имеет следующий набор входных и выходных сигналов:
восемь информационных входов Х0, Х1 … Х7;
три информационных выхода Y0, Y1, Y2;
вход разрешения работы данного шифратора ЕI;
выход разрешения работы других шифраторов при каскадировании EO;
выходной сигнал группового переноса G;
Работа дешифратора разрешена при подаче нуля на вход разрешения EI (enable input). При этом на выходах кода Y0, Y1, Y2 формируется инверсный двоичный код номера активной входной линии. При одновременном поступлении нескольких входных сигналов формируется выходной код 111. Единичный сигнал на входе Е запрещает работу шифратора (все выходные сигналы устанавливаются в единицу).
На выходе G обрабатывается нуль при приходе любого активного входного сигнала. Это позволяет отличить ситуацию поступления сигнала на вход Х0 от ситуации отсутствия сигналов на всех входах.
Выход E0 становится нулевым при отсутствии входных сигналов, если при этом разрешена работа шифратора нулевым сигналом на входе Е.
Работа устройства иллюстрируется таблицей состояний таблица 3.2.
Таблица 3.2 Таблица состояний
Входы |
Выходы |
|||||||||||||
Е1 |
Х7 |
Х6 |
Х5 |
Х4 |
Х3 |
Х2 |
Х1 |
Х0 |
Y2 |
Y1 |
Y0 |
G |
E0 |
|
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 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
|
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
x |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
|
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
x |
x |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
|
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
x |
x |
x |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
x |
x |
x |
x |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
|
0 |
1 |
1 |
0 |
x |
x |
x |
x |
x |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
|
0 |
1 |
0 |
x |
x |
x |
x |
x |
x |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
|
0 |
0 |
x |
x |
x |
x |
x |
x |
x |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
Примечание: символ х указывает на то, что состояние соответствующего сигнала не имеет значение, т.е. не влияет на состояние выходного кода.
Сигналы EI и E0 используются для наращивания разрядности шифратора.
На рис. 3.2 приведена схема построения шифратора 16х4 на основе двух шифраторов 8х3.
Рисунок 3.2 Схема построения шифратора 16х4
Стандартное применение шифраторов состоит в сокращении количества сигналов. Например, в случае шифратора К555ИВ1 информация о восьми входных сигналах сворачивается в три входных сигнала.
Это очень удобно, например, при передаче данных по информированным каналам. Шифраторы также могут быть использованы при организации клавиатуры для формирования кода нажатой клавиши. При этом каждому входу шифратора соответствует отдельная клавиша. Если ни одна из них не нажата, об этом свидетельствует единичное значение сигнала G. При нажатии на какую-либо клавишу выход G переходит в единичное состояние, а на информационных выходах формируется код нажатой клавиши. При использовании приоритетного шифратора в случае одновременном нажатии нескольких клавиш формируется код клавиши с наибольшим приоритетом.
Дешифратором называют комбинационное устройство с М входами и N выходами, преобразующее M-разрядный двоичный код в N-разрядный унитарный код.
В дешифраторах высокого уровня унитарный код содержит единственную 1, в дешифраторах низкого уровня – единственный 0.
Максимальное число выходов N=2M соответствует всем возможным наборам сигналов на входе дешифратора или M-разрядным двоичным кодам.
Дешифратор с максимальным числом N=2M выходов называется полным (Mx2M), а с числом выходов N<2M – неполным. Так, например, дешифратор, имеющий, 4 входа и 10 выходов, будет неполным, а дешифратор, имеющий 2 входа и 4 выхода, будет полным.
На рис. 3.3 приведено условное обозначение дешифратора 2х4 типа К531ИД14.
На входы Х0, Х1 можно подать 4 комбинации логических уровней: 00,01,10,11, схема имеет 4 выхода, на одном из которых формируется нулевой сигнал, а на остальных единичный. Номер этого единственного выхода, на котором формируется нулевой уровень, соответствует числу М, определяемому состоянием входов Х0, Х1, следующим образом:
M=21· Х1+20·Х0
Помимо информационных входов Х0, Х1 дешифратор имеет дополнительные входы управления Е. Сигналы на этих входах разрешают функционирование дешифратора или переводят его в пассивное состояние, при котором, независимо от сигналов на информационных входах, на всех выхода установится единичный сигнал. Можно сказать, что существует некоторая функция разрешения, значение которой определяется состояниями управляющих входов.
Разрешающий вход дешифратора может быть прямым или инверсным. У дешифраторов с прямым разрешающим входом активным уровнем является уровень логической единицы, у дешифраторов инверсным входом – уровень логического нуля. Дешифратор, представленный на рисунке 3.3 имеет один инверсный вход управления.
Рисунок 3.3 Условное обозначение дешифратора 2х4
Существуют дешифраторы с несколькими входами управления. Для таких дешифраторов функция разрешения, как правило, представляет собой конъюнкцию всех разрешающих сигналов управления. Например, для дешифратора КР555ИД7 с одним прямым входом управления Е1 и двумя инверсными Е2 и Е3 функция Е имеют вид:
Е=Е1^Е2^Е3
Работа дешифратора описывается с помощью таблицы 3.3.
Таблица 3.3 Таблица состояния