مدارهای منطقی مجتمع متوسط

مدارهای منطقی مجتمع مقیاس متوسط – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه کامپیوتر

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

چگونگی سفارش مقاله

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.

مدارهای منطقی مجتمع در مقیاس متوسط

مقدمه

در این آزمایشگاه چگونگی کار با مدارهای منطقی مجتمع در مقیاس متوسط (MSI) را فرا خواهید گرفت. علاوه بر این، برخی از مدارهای مورد استفاده در توسعه قطعات کامپیوتر (نظیر سوئیچهای ارتباطی، حافظه فقط خواندنی، و موارد دیگر)  بشما معرفی خواهد شد.

اهداف آزمایش:

• فراگیری ساخت و استفاده کدبردارها/ دیمالتیپلکسر یا مقسمها/ سلکتورها یا انتخابگرهای خروجی

• فراگیری ساخت و استفاده از مالتیپلکسر یا تسهیم کننده/ سلکتورهای داده

• تداوم کسب تجربه با سیستم تخته مدار دیجیتال سبد بیتی و شبیه‌سازی دیجیتال توسط LogicWorks

• ارتقای مهارتهای ارتباطات حرفه‌ای، شامل ارزیابی داده‌ها با استفاده از اینترنت

حضور در آزمایشگاه:

مدارک مربوط به گذراندن دوره آزمایشگاه مقدماتی را بهمراه داشته باشید.

مدارهای منطقی مجتمع متوسط

تئوری: مدارهای منطقی مجتمع در مقیاس متوسط

کدبردارها / دیمالتیپلکسرها:

سیستمهای دیجیتالی معمولا دارای مجموعه‌ای از دیوایسها یا ادوات مربوطه می‌باشند، که از این میان، یکی از این دیوایسها می‌بایست فعال باشد. بطور مثال، به هنگامی که رایانه‌ای از چیهای حافظه، داده‌ای را می‌خواند، دقیقا یکی از محلهای حافظه می‌بایست انتخاب و فعال شود.

یک کدبردار، سوئیچی می‌باشد که برای «روشن کردن» یک قلم اطلاعاتی و بجریان انداختن آن از یک مجموعه بکار گرفته می‌شود. کدبردار ساخته شده از ۳-ورودی گیتهای-AND  در شکل ۱ نشان داده شده است. سیگنالهای ورودی در حقیقت سیگنال فعال EN و دو خط انتخاب S0 و S1 می‌باشند.

بواسطه آنکه سیگنال فعال کننده بطور مستقیم به چهار گیت AND  متصل می‌باشد، به هنگامی که EN=0 باشد، کلیه خروجیها غیرفعال (۰) خواهند بود. از طرف دیگر، چنانچه EN=1 باشد، خطوط انتخاب بگونه‌ای متصل می‌شوند که دقیقا یک گیت بر اساس مقدار S0 و S1  روشن (ON) باشد. بطور مثال نگاهی به گیت AND که به Y1 متصل گشته بیاندازید. ورودی بالایی (نظیر کلیه دیگر گیتها) به EN متصل می‌باشد. ورودی میانی نیز بطور مستقیم به S0 متصل بوده و ورودی پایینی نیز از طریق یک مبدل به S1 متصل است. از اینرو،   می‌باشد، (نقطه‌ها معرف فانکشن AND منطقی هستند). این بدان معناست که Y1 به هنگامی که (S1,S0) = (0,1) باشند (معرف باینری عدد ۱) فعال بوده و EN نیز فعال است. گیتهای باقیمانده نیز به همین گونه متصل شده و به هنگامی که عدد مناسب در خطوط انتخاب S0  و S1 قرار گرفت فعال می‌شوند.

طراحی کدبردار نشان داده شده در شکل ۱ بنام کدبردار ۲ به ۴ (۴-۲) خوانده می‌شود. دلیل این امر بواسطه وجود خطوط انتخاب دوتایی و خطوط خروجی چهارتایی ۲^۲=۴ می‌باشد. بدین روش کدبردارها از طریق اندازه معرفی می‌شوند (n به ۲ⁿ).

مدارهای منطقی مجتمع متوسط

بواسطه آنکه کدبردارها غالبا در سیستمهای دیجیتالی مورد استفاده قرار می‌گیرند، سازندگان TTL اقدام بفروش کدبردارهای آماده و بسته‌بندی شده نظیر ۷۴۱۵۴ ،   شکل ۲، نموده‌اند. توجه داشته باشید که این مدل یک کدبردار ۴ به ۱۶ است. ورودیهای این دستگاه عبارتند از: D,C,B,A.  جائیکه D با ارزش‌ترین بیت محسوب می‌شود (بدین صورت که، D=1 به معنای آن است که یکی از خطوط ۸، ۹، …، ۱۵ انتخاب شده‌ است). همچنین توجه کنید که ۷۴۱۵۴ دارای دو خط فعال‌کننده G1 و G2 می‌باشد. این ورودیها در داخل ۱۵۴ متصل بوده بگونه‌ای که هر دوی این ورودیها برای عمل نمودن چیپ می‌بایست فعال باشند. این بدان معناست که، چیپ تنها در صورتی فعال خواهد بود که:  باشد.

توجه داشته باشید که خروجیهای ۷۴۱۵۴ بصورت Active Low  می‌باشند، بدان معنا که، بجز کدبردار ۴-۲ مثال فوق، ۷۴۱۵۴ از گیتهای NAND  ساخته شده و از اینرو خروجی فعال آن ۰  و کلیه خروجیهای غیرفعال آن ۱ می‌باشد. (در کلیه مدارهای دیجیتال، کنترل وضعیت Active Low  و Active High  بودن خروجیها یا ورودیهای مشخص شده مهم می‌باشد. وضعیت Active Low  یک ورودی/خروجی (I/O) بطور معمول از طریق مدار باز نظیر پینهای ۱۹-۱ در سیستم کدبردار ۱۵۴ ، شکل ۲، مشخص می‌گردد.

مدارهای منطقی مجتمع متوسط

حافظه فقط خواندنی (ROM)

یکی از موارد استفاده کدبردارها در طراحی حافظه فقط خواندنی (جدول مراجعه‌ای) می‌باشد. چیپهای حافظه فقط خواندنی غالبا در مواقعی استفاده می‌شوند که کامپیوتری نیاز داشته باشد داده‌های خود را حتی در زمان قطعی برق ذخیره نماید. اقدامی که می‌تواند انجام پذیرد OR نمودن باهم خروجیهای کدبردار بگونه‌ای است که مقادیر مورد نظر بر روی خروجیها پدیدار گردد. بطور مثال، فرض نمائید به یک جدول مراجعه‌ای با داده‌های جدول ۱ نیاز است.

جدول۱٫ جدول مراجعه‌ای ROM  برمبنای کدبردار

در این مثال، جدول مراجعه‌ای ROM دارای چهار ورودی می‌باشد. هر ردیف در جدول ۱ یک ورودی بشمار می‌آید، (خطوط انتخاب n=2 بمعنای آن است که شما می‌توانید یکی از ردیفهای ۲ⁿ=4 را انتخاب کنید) که همراه با دو بیت در هر ورودی می‌باشد. هدف داشتن خروجی (A1,A0) آن هم به هنگامی است که ردیف منطبق با آن بوسیله (S1,S0) انتخاب شده باشد. این امر را می‌توان در مدار شکل ۳ عملی نمود. از آنجائیکه یک گیت OR برای فعال شدن ، به منظور بجریان انداختن یا روشن ساختن خروجی، نیازمند فعال‌شدن یک ورودی می‌باشد، این مدار تنها با اتصال یک سیم منطبق با هر ۱ در جدول ساخته می‌شود. بطور مثال، به هنگامی که S1 = S0 = 1، Q3 فعال گردیده (Q3=1) و دیگر خطها صفر می‌شوند.

مدارهای منطقی مجتمع متوسط

مالتیپلکسرها:

مدارهای دیجیتال معمولا از یک تک سیم برای اتصال ادوات مختلف بهم استفاده می‌کنند. بطور مثال، پردازنده کامپیوتر از طریق دسته‌ای از سیمهای واحد به چیپهای حافظه، سی‌دی‌رام، درایو دیسک، و غیره اتصال می‌یابد. به منظور کنترل آنکه کدام یک از این ادوات می‌خواهند با پردازنده ارتباط برقرار کنند، لازم است با استفاده از یک سوئیچ‌برد نسبت به مدیریت این ارتباطات اقدام نمائیم.

یک مالتیپلکسر (که بنام انتخابگر داده نیز خوانده می‌شود) بعنوان سوئیچی، برای اتصال چندین خطوط ورودی به یک خط خروجی واحد، مورد استفاده قرار می‌گیرد. بطور مثال، ۷۴۱۵۱ در شکل ۴ می‌تواند برای سوئیچ نمودن بین ۸ ورودی، اعداد ۰ الی ۷، مورد استفاده قرار گیرد، که قابلیت اتصال به خروجی Y را خواهد داشت (W خروجی معکوس محسوب می‌شود). مالتیپلکسر دارای خطوط انتخاب داده (A,B,C) می‌باشد که برای انتخاب آنکه کدام خط ورودی به خروجی متصل است بکار می‌آیند. یک خط ورودی اضافه،  نیز برای فعال یا غیرفعال نمودن چیپ بکار گرفته می‌شود. به هنگامی که این خط فعال باشد (=۰)، مالتیپلکسر خروجی Y را به خط ورودی مشخص شده، بوسیله خطوط انتخاب، متصل می‌سازد. به هنگام غیرفعال بودن (=۱)، بدون توجه به دیگر مقادیر ورودی، Y=0 خواهد شد.

خطوط انتخاب بعنوان عدد باینری ۳ بیتی مورد استفاده قرار می‌گیرد تا مشخص سازد کدامیک از خطوط ورودی به خروجی Y متصل می‌باشد. C با ارزش‌ترین بیت بشمار آمده و پس از آن B قرار داشته و نهایتا A کم‌ارزشترین بیت محسوب می‌شود. از اینرو، CBA=110 بدان معناست که خط ورودی ۶ به خروجی Y متصل شده است.

مالتیپلکسرها نیز با اندازه آنها شناخته می‌شوند، نظیر مالتیپلکسرهای «n به ۱»، جائیکه n=2ⁱ  به توان ۲ می‌رسد. بطور مثال، ۷۴۱۵۱ فوق‌الذکر، یک مالتیپلکسر ۸ به یک (یا ۱-۸) بشمار می‌آید. یک مالتیپلکسر معمولا دارای خطوط انتخاب log₂(n)  می‌باشد. ۷۴۱۵۱ از خطوط انتخاب log₂(8)=3  بهره می‌جوید. یک مالتیپلکسر ۱-۴ دارای دو خط انتخاب بوده و یک مالتیپلکسر ۱-۱۶ نیز دارای چهار خط انتخاب می‌باشد.

دیمالتیپلکسرها:

یک دیمالتیپلکسر، عملیات معکوس مالتیپلکسر را انجام می‌دهد. دیمالتیپلکسر یک خط ورودی واحد را دریافت داشته و آن را دقیقا به یک خط خروجی متصل می‌سازد. در این زمان، کلیه خطوط خروجی دیگر غیرفعال می‌باشند. در صورتی که نگاهی به کدبردار ۴-۲ در شکل ۱ کنید، خواهید دید به هنگامی که از خط EN بعنوان سیگنال ورودی استفاده می‌کنید، این کدبردار در حقیقت می‌تواند نقش یک دیمالتیپلکسر ۴-۱ را ایفا نماید. بطور مثال، در نظر گرفته شود که S1=1  و S0=0  بگونه‌ای باشد که خط خروجی Y2 انتخاب گردیده و دیگر خروجیها غیرفعال شوند. در صورتی که EN=1  شود، خروجی Y2 نیز ۱ خواهد شد. بطور معکوس، در صورتی که EN=0 شود، Y2 نیزصفر خواهد گشت. بعبارت دیگر دیمالتیپلکسر و کدبردار دقیقا یک چیز واحد هستند.

نگاه دیگری به چیپ کدبردار ۷۴۱۵۴ ۴-۱۶ ، شکل ۲، بیندازید. این چیپ، نه دارای یک خط، بلکه دارای دو خط فعال‌کننده یا آغازگر می‌باشد. دلیل این امر ساده است. در صورتی که چیپ مذکور بعنوان دیمالتیپلکسر مورد استفاده قرار گیرد، یکی از ورودیهای فعال‌کننده برای ورودی سیگنال استفاده شده و ورودی دیگر نقش آغازگر را خواهد داشت. از طرف دیگر، چنانچه این چیپ بعنوان کدبردار مورد استفاده قرار گیرد، این دو ورودی می‌توانند بهم متصل شده تا نقش یک آغازگر واحد را ایفا نمایند.

کد‌کننده‌ها:

کدکننده با برونداد یک عدد باینری، مشخص می‌سازد که کدام یک از ورودیهای آن فعال می‌باشند. در صورتی که بیش از یک ورودی فعال باشد، خروجی وابسته به اولویتی است که بر اساس آن کدکننده، برای نسبت دادن خطوط ورودی، طراحی گشته است. (کدکننده‌ها در این آزمایش مورد استفاده قرار نگرفته‌اند.)

مدارهای منطقی مجتمع متوسط

سوالات آزمایشگاه مقدماتی (۱۰ نمره)

قبل از ورود به آزمایشگاه سوالات زیر را پاسخ داده و به هنگام ورود آن را تحویل دهید. شما می‌توانید پاسخها را در کاغذ مجزا انجام دهید (بطور مثال ممکن است خواسته باشید کار خود را بوسیله یک کامپیوتر انجام دهید)، ولی باید نتیجه را بدین برگه منضم نموده و تحویل دهید.

• از مبدلها و گیتهای_AND برای طراحی یک کدبردار ۸-۳ ، با ورودیهای    active high ،  استفاده کنید. طراحی می‌بایست تمیز و پاکیزه بهمراه لبه‌های صاف باشد. بجای رسم دستی می‌توانید از برنامه LogicWorks  استفاده نموده و پس از تایید کارکرد آن اقدام به پرینت نمائید.

• یک حافظه‌ فقط خواندنی بر مبنای- کدبردار، مشابه با شکل ۳ ، را با استفاده از جدول مراجعه‌ای زیر طراحی کنید.

• از طریق اینترنت برگه‌های اطلاعاتی مربوط به مالتیپلکسر ۷۴۱۵۱ و دیمالتیپلکسر ۷۴۱۵۴ را تهیه نمائید. این داده‌ها از هر شرکت و هر نوع قابل قبول می‌باشد، ولی در نظر داشته باشید که در این اطلاعات می‌بایست شرح یا عملکرد پینها برای بسته‌های DIP ذکر شده باشد (۱۶ پین برای ۱۵۱، ۲۴ پین برای ۱۵۴). پس از تایید برگه‌ها توسط آموزشیار مربوطه می‌بایست آنها را در این آزمایش مورد استفاده قرار دهید. نکات کمکی: به وب سایت تگزاس‌اینسترومنتز به آدرس ti.com رفته و *۷۴*۱۵۱ و *۷۴*۱۵۴ را جستجو کنید. علامت * کاراکترهای عام یا جایگزین‌شونده بوده و برای هر رشته از کاراکتری بکار برده می‌شود. البته تمامی برگه‌های اطلاعاتی دارای کیفیت یکسان نمی‌باشند. برخی از انواع قدیمی این اطلاعات چندان قابل درک و خوانا نمی‌باشند. برگه‌های اطلاعاتی خانواده TI’s HC ، AS  و ALS  بسیار بهتر از نوع قدیمی S  و LS  می‌باشند.