逻辑电路设计与应用进阶篇.docVIP

邏輯電路設計與應用（二） 進階篇 一、實驗目標 瞭解多工器和解碼器的操作原理，並進而練習如何使用這兩種元件。 二、實驗提示及操作練習 在這次實驗中，我們的重點將放在多工器（multiplexer）和解碼器（decoder），這兩種元件在目前微算機系統（microprocessor system）佔有很重要的位置，利用多工器和解碼器，我們可以輕易地控匯排流（data bus）資料存取或多個輸入/輸出系統。事實上，多工器和解碼器可以說一體兩面，前者是從多輸入訊號中、選擇一個訊號送至輸出端，後者則是將n bits的binary code轉換成2n個輸出端。以下，我們將這兩種元件做一概略介紹： 1. 解碼器（decoder） 解碼器，顧名思義，是將輸入端的組合，解譯成可以控制輸出端系統的控制碼；這種解譯方式，我們也可以利用各種邏輯閘的給合來達成，但是，為了節省空間和簡化線路，所以，利用IC製成技術，將整個轉譯過程製成一單晶片。解碼器的應用範圍非常廣泛，舉例來說，我們在上一次實驗所使用到的IC 7447，就是一個4-to-8 line解碼器。IC 7447是將4-bit binary input bits轉換成24=16個decimal number變化（雖然其中有6個數字是不顯示的或是顯示方式不為日常生活中所見到數字型式）。除此之外，在microprocessor system中，資料位址的存取，也常利用decoder來處理。對一個2-to-4 line decoder，它的工作模式可以以下圖來描述： Fig. 1-1 2-to-4 Line Decoder with Enable 多工器（multiplexer） 多工器又稱為資料選擇器（Data Selector），可以節省資料傳遞時所需的傳線數。它的功能相常於一個多段開關，活動臂扳到什麼位置，輸出的資料就相同於該位置的輸入資料。至於活動臂會在什麼位置，是由腳位Select所控制。多工器和多段開關不同的是，多段開關的輸入端和輸出端可顛倒使用，但，多工器不行。如下圖Fig. 1-2為16-to-1多段顯示開關，Fig. 1-3為4-to-1 line多工器。與多工器模式相反的是解多工器（Demultiplexer），它的工作模式和decoder極為類似。 Fig. 1-2 多段顯示開關 Fig. 1-3 4-to-1 line Multiplexer 為了能夠同時控制多個輸入系統，在目前的微算機系統中，多工器是不可或缺的元件，利用它，我們便可以同時控制多組printer、monitor、data bus或是其它介面（interface）。 注意事項 在動手做實驗前，同樣地，我們仍在這裏再次提醒你：請將上一次實驗講義中所附之注意事項（p.2-9）詳讀，以降低不幸事件發生的可能性。 邏輯電路設計與應用（二） 進階篇 PRELAB 班級： 組別： 姓名： 學號： 同組組員： 學號： 預習一：Keypad Detector—數字鍵盤模擬 目前常見的101鍵電腦鍵盤，在它的右側通常設有一組數字鍵，用以表示數字或是方向。當我們按下某鍵時，它會將其對應位置傳送至電腦中、再利用multiplexer、decoder等元件解讀此位置所表示的數字、並顯示在螢幕上。在這個實作，我們將請同學們模擬這個線路，自行設計一個Keypad Detector。為了幫助同學們更容易瞭解這個線路的特性，我們將它的結構圖繪製如下： Fig.1-5 其中，數字鍵盤的結構為： Fig.1-6 原理說明： 由鍵盤的結構圖來看，直的三條線，在你未按下任何鍵之前，它只接了一個電阻到地，因為沒有電流流動的關係，它的電壓也會等於0v；此時，若將橫的線接上Vdd的話，只要按下任何一個鍵，將其中一條橫線與其中一條直線接通，電流就會開始流動，而被接通的那條直線就會因為電阻的關係而被拉至Vdd，我們就可以知道有按鍵被按下去了。問題是，你怎麼知道到底那個鍵被按下去了呢？我們採用的方法是利用多工器和解碼器的特性，再加上一個不停運轉的counter，只有當counter數到這個數字，而這個數字也剛好被按下去的時候，才把這個數字顯示出來；因此七段顯示器並不是一直顯示你所按下的那個數字，而是當counter數到那個數字時才顯示，但是只要counter數得夠快，你是感覺不出來的。 請參考Fig.1-6及查閱所使用IC的相關data sheets，設計一個數字鍵盤模擬線路，使得當鍵盤分別按下1、2、…、0、?時，分別顯示1、2、…、0、?於七段顯示器上，當按下空白鍵時，不顯示。請將你的設計過程寫下來，並將結果畫成Schematics圖。（注意：由於本實驗提供每組的IC數量有限，請將你所