DENEY 2: VERİ SEÇİCİ (MUX), VERİ DAĞITICI (DEMUX), KODLAYICI (ENCODER), KOD ÇÖZÜCÜ (DECODER) ve KOD DÖNÜŞTÜRÜCÜ (CODE CONVERTER) DEVRELERİ Deneyin Amaçları Veri seçici ve veri dağıtıcı devrelerinin çalışma prensiplerini öğrenmek. Kodlayıcı ve kod çözücü devrelerinin çalışma prensiplerini öğrenmek. Kod dönüştürücülerin ne olduğunu, gray kodunu ve BCD ye nasıl çevrildiğini öğrenmek. Deney Malzemeleri 7486 entegresi, 7447 entegresi, 74155 entegresi, Ortak Anot 7-segment display, 330 Ohm Direnç, LED Teorik Bilgi Veri Seçici (Multiplexer): Sayısal elektronikte veri seçmenin önemi büyüktür. Çünkü seçilecek veri doğru kaynağa ulaştığında doğru işlem yapılabilecektir. Bu tip seçme işlemini yapan devrelere veri seçici ya da multiplexer denilmektedir. Giriş değerlerinden hangisinin çıkışa aktarılacağını seçici uçlardan girilen kod belirler. Veri seçicilerde birden fazla veri girişi ve bir adet veri çıkışı bulunmaktadır. Şekil 1. Veri seçici (Multiplexer) blok şeması İki girişli (A ve B) bir veri seçicinin verileri bir bitlik seçici (S) ile kontrol edilebilir. Şekil.2 de böyle bir devre ve doğruluk tablosu verilmektedir. Burada S=0 iken DEĞİL çıkışı 1 olacak ve A girişine ait kapı aktif olacak ve A değerini çıkışa verecektir. S=1 iken ise B girişine ait kapı aktif olacak ve B değeri çıkışa verilecektir. A B Y S (Seçici) Y (Çıkış) 1 A 0 B S Şekil 2. 2 girişli veri seçici devresi, blok diyagramı ve doğruluk tablosu
Veri Dağıtıcı (Demultiplexer): Giriş bilgisini N sayıdaki çıkışlardan yalnızca birine aktaran devreye veri dağıtıcı (Demultiplexer) denir. Genel olarak kod çözücü entegreler veri dağıtıcı olarak kullanılır. Veri dağıtıcılar veri seçicilerin tersine işlem yapar. Yani giriş olarak tek veri vardır ve bu veri birden fazla olan çıkışlardan birine aktarılır. Veri dağıtıcı devrelerde girişteki bilginin hangi çıkışa aktarılacağını seçici girişler belirler. Şekil 3. 4 Çıkışlı Veri Dağıtıcı (Demultiplexer) blok şeması ve lojik devresi Yukarıdaki şekilde verilen 1:4 (birden dörde) veri dağıtıcı incelendiğinde 1 giriş ve 4 çıkış olduğu görülmektedir. Seçici işlemi için ise iki bitlik bir seçme girişi bulunmaktadır. Burada seçici uçlardan gelen değerlerin her ikisi de 1 olduğu kapıda giriş aktif ucu aktif olacak ve giriş değeri o kapının bağlı bulunduğu çıkışa verilecektir. Devreye ait doğruluk tablosu ise Şekil.4 de verilmektedir. Giriş Seçiciler Çıkışlar E S1 S0 Y3 Y2 Y1 Y0 0 X X 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 Şekil 4. 1:4 Demultiplexer doğruluk tablosu Kod Çözücü (Decoder): Decoder, N giriş hattından oluşan binary giriş bilgisini 2 N çıkış hattına çevirebilen kombinasyonel devredir. Decoderler şekilde görüldüğü gibi yapı olarak N binary giriş hattını M çıkış hattına çevirdiklerinden dolayı NxM ya da N-M decoder olarak adlandırılır. Burada M=2 N ilişkisi söz konusudur. Şekil.5 NxM Decoder Genel Görünüşü Genel olarak decoderlar IC paketler içerisinde 2x4,3x8,4x10,4x16 şeklinde düzenlenmiş olarak bulunurlar. Aşağıdaki şekilde de decoder devresi ve doğruluk tablosu görülmektedir. Decoder devresi görüldüğü gibi A, B veri girişlerine ve girişleri Enable yapan E bağlı olarak 5 kombinasyonlu dört çıkışa sahiptir. 2
Şekil.6 2x4 Decoder Devresi ve Doğruluk Tablosu Burada; girişe uygulanacak bilginin her kombinasyonunda çıkışlardan sadece birinde lojik 1 seviye görülecek, diğer çıkışlar ise lojik 0 seviyeye sahip olacaklardır. NxM decoder devresi giriş ve çıkış hatlarından başka bir de ENABLE girişine sahiptir. Eğer, NxM decoder devresi gerekli olan ENABLE sinyaline sahip değilse yani Enable=0 ise; decoder devre yapması gereken işlemi yerine getiremez ve devre pasif durumdadır. Şekil.7 3 8 decoder block diyagamı Kodlayıcı (Encoder): Encoder bir decoderin tersi işlem yapan kombinasyonel bir lojik devredir. Bir encoder devre 2 N giriş hattına ve N çıkış hattına sahiptir. Çıkış hatlarından 2 N değişken giriş için binary kodlar üretir. Girişler M ve çıkışlar N olarak adlandırıldığında MxN ya da M-N encoder olarak tanımlanabilir. Şekil.8 MxN Encoder in Genel Görünüşü Kod Dönüştürücüler: İkili sayılar kodlayıcılarla belirli bir sistem içerisinde kodlanabiliyor. Ancak bu kodların zaman zaman birbirlerine dönüştürülmeleri gerekmektedir. Bu işlemler kod dönüştürücüler ile yapılmaktadır. Kod dönüştürücü, bir kodlama yönteminde ifade edilen bilgiyi, başka bir kodlama yöntemine çeviren lojik bir devredir. Kod dönüştürücü devrelere örnek olarak, BCD den yedi parçalı göstergeye, ikili den BCD ye, ikili den gray koda, gray kod dan ikili ye, BCD den ASCII ve EBCDIC ye veya tersine kod dönüşümleri verilebilir. Aslında kod çözücü de kodlayıcı da birer kod dönüştürücüdür. Sayısal sistemlerde bir koddan 3
diğerine dönüşüm sıkça kullanılmaktadır. Bazen bir sistemin çıkışı diğer sistemin girişi şeklinde kullanılabilir. Dönüştürücü bir devrenin, aynı bilgi için farklı kodlara sahip iki sistem arasında olması açısından önemlidir. Gray kod, sayısal sistemlerde sıkça kullanılan ve kod okuma sırasında en az hataya sebep olan kod türüdür. Gray kod un ikili kodlara göre avantajı, bir numaradan diğerine geçerken kod içerisinde bir bitlik bilginin değişmesidir. Bu sayede, bir seferde bir bitin değiştirilmesi büyük ölçüde hataların oluşmasını engeller. Standard binary sisteminde aynı anda birden fazla bit değişebilir. Örneğin 7 den 8 e geçerken ( 0111 den 1000) aynı anda dört adet bitin değişmesi gereklidir. Fakat, gray kod ile sadece bir bit değişir ve böylelikle hata ihtimali azaltılır. Özellikle optik okuyucularda sıklıkla kullanılır. Gray kodu her ne kadar az hata ile okuma yapmamıza yardımcı olsa da, sayısal sistemlerde sonucu decimal ya da hexadecimal olarak görmek isteriz. Bu sebeple BCD kodu binary koda dönüştürmek gerekmektedir. 7447 Entegresi (7-Segment Display Kod Çözücü): 7447 girişi BCD, çıkışı ortak anotlu 7- segment displayi süren bir entegredir. Çıkışı L aktif olduğu için displayin ortak bağlantısı + (+5V) beslemede olmalıdır. Aşağıda 7447 entegresi blok şeması ve doğruluk tablosu verilmektedir.dijital sistemlerde devreler, kombinasyonel (combinational) ve ardışık (sequential) devreler şeklinde kurulmuş olabilirler. Kombinasyonel devreler lojik kapılardan oluşurlar ve herhangi bir andaki çıkışları o andaki girişlerinin durumlarına bağlıdır. Ardışık devreler ise lojik kapıların yanı sıra bellek elemanlarını (flip-flop) da kapsarlar. Buna bağlı olarak ardışık devrenin çıkışları bellek elemanlarının durumlarına ve harici girişlerime bağlıdır. Bu deney çalışmasında kombinasyonel lojik devrelerden decoder ve encoder devreleri incelenecektir. Blok şemada yer alan A,B,C ve D BCD girişleridir. LT, RBI ve BI/RBO karartma giriş ve çıkışlarıdır. Birden fazla sayı için, birden fazla kod çözücü kaskat bağlanarak kullanılır. BI girişi, bir önceki entegrenin RBO çıkışına bağlanır. Normal fonksiyon için bu girişler H (Lojik- 1) seviyesinde olması gerekir, L (Lojik-0) olması durumunda ise display karartılır. Girişler Çıkışlar LT RBI RBO D C B A Des. Qa Qb Qc Qd Qe Qf Qg X 0 X X X X X - 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0-1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 X X X X - 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 2 0 0 1 0 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 3 0 0 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 4 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 5 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 6 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 7 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 8 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 9 0 0 0 1 1 0 0 Şekil 9. 7 segment display blok şeması ve doğruluk tablosu 7-segment displayler, içerisinde birer uçları ortak bağlı 7 adet led bulunan dijital göstergelerdir. 4
Tekli bir 7-segment display 0-9 aralığındaki sayıları gösterebileceği için tabloda 9 a kadar olan sayılar verilmiştir. Şekil 10. Ortak anot ve ortak katotlu 7 segment displaylerin bağlantı ve iç yapısı 74138 Kod Çözücü Entegresi: 74138 entegresi üç bitlik girişi, sekiz bitlik çıkışı olan bir kod çözücü entegresidir. Bu entegrede 3 adet ENABLE girişi vardır ve bu girişlerden ikisi (G2A ve G2B) L (yani lojik 0) aktif iken diğeri (G1) H (lojik 1) ile aktiftir. Bu kontrol girişleri bazen başka bir devrenin durumuna göre kod çözücünün işlem yapması gerektiğinde kontrol biti olarak kullanılır. Şekil.11 74138 entegresi 74151 Veri Seçici Entegresi: Sekiz girişi (D0-D7) seçecek olan girişleri kodlayabilmek için en az 3 bitlik seçme girişi bulunması gerekmektedir. Normalde sekiz girişli bir seçici devresini tasarlamak için en az 6 adet entegreye ihtiyaç duyulmaktadır. Ancak 74151 entegresi bu işlemi tek başına yapmaktadır. 74151 entegresi bir adet yetki ucu, bir adet terslenmiş çıkışı bulunan ve 8 girişten birini seçen bir MUX entegresidir. Burada A,B ve C seçici girişleri, Y çıkış, W çıkışın terslenmişi ve G yetki ucudur. Ayrıca, G yetki ucu L (GND) aktiftir. 5
74155 Veri Dağıtıcı Entegresi Şekil 12. 4 girişli veri seçici entregresi 74155 entegresi 2 den 4 e kodd çözücü ya da veri dağıtıcı olarak kullanılmaktadır. Kod çözücü çalışırken kullanılan 2 bitlik giriş; veri dağıtıcı olarak kullanımda seçici bitler olarak kullanılır. Bu entegre içerisinde; birbirinden bağımsız ve seçici uçları ortak kullanan iki adet 1 den 4 e dağıtıcı vardır. Entegre blok şeması incelendiğinde iki adet giriş ve dörder çıkışı bulunan bağımsız 2 grup çıkışı olan bir entegredir. Burada 1C birinci grubun girişini, 1G birinci grubun yetki girişini, 1Y0-1Y3 girişleri de bu grubun çıkışlarıdır. Aynı durum ikinci grup için de geçerlidir. A ve B girişleri ise her iki grup için ortak seçici girişlerdir. İkinci grubun veri girişi terslenerek girişte terslenerek işlem görmektedir. 1G yetki girişi 1 olduğunda A, B ve 1C girişi ne olursa olsun tüm çıkışlar 1 dir. Veri dağıtıcı olarak kullanmak için yetki girişi 0 olmalıdır. Not: Deneyden önce deneyde kullanılacak entegrelerin datasheetleri ve doğruluk tablolarını inceleyiniz. 6
KMÜ ELEKTRİK ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ SAYISAL ELEKTRONİK-II LABORATUVARI GRUP NO 1. Öğrencinin Numarası Adı-Soyadı 2. Öğrencinin Numarası Adı-Soyadı DENEYSEL ÇALIŞMA ve SONUÇLAR 1C 1G A B Deney Adımları 1. Aşağıda verilen 74155 veri dağıtıcı devresini board üzerine kurunuz ve sonuçları aşağıdaki tabloda yerine yazınız. U1 Seçici Yetki Veri Girişler Girişi Girişi Çıkışlar 1 1C 1Y0 7 2 1Y1 6 B A 1G 1C 1Y3 1Y2 1Y1 1Y0 ~1G 1Y2 5 1Y3 4 X X 1 X 13 A 3 B R4 R3 R2 R1 0 0 0 1 15 ~2C 2Y0 9 14 ~2G 2Y1 10 330Ω 330Ω 330Ω 330Ω 2Y2 11 0 1 0 1 2Y3 12 1 0 0 1 74155N 1 1 0 1 1Y3 1Y2 1Y1 1Y0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 KONTROL: 2. Aşağıda verilen kod dönüştürücü devresini board üzerine kurunuz ve sonuçları aşağıdaki tabloda yerine yazınız. V1 5V CA U3 G0 G1 G2 7486N 7486N 7 1 2 6 3 5 4 U2 A OA B OB C OC D OD OE ~LT OF ~RBI OG ~BI/RBO 13 12 11 10 9 15 14 R5 A B C D E F G G3 7486N 7447N 330Ω D C B A DENEY KONTROL SORULARA CEVAP
Gray Kod Girişleri G3 G2 G1 G0 Desimal Karşılığı LED Çıkışları D C B A 7- Segment Çıkışı 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 2 0 0 1 0 3 0 1 1 0 4 0 1 1 1 5 0 1 0 1 6 0 1 0 0 7 1 1 0 0 8 1 1 0 1 9 KONTROL: DENEY SORULARI 1. Veri seçici ve veri dağıtıcı devrelerinin kullanım amaçları nedir ve nerelerde kullanılabilir araştırınız. 2. Sadece NAND kapıları kullanarak 4 girişli veri seçici devresi çiziniz. 3. 4x1 MUX lar yardımı ile 16x1 MUX devresini gerçekleştiriniz. 4. 3x8 decoderler kullanarak 4x16 ve 5x32 decoder devreleri nasıl oluşturulur araştırınız. 5. Föyde verilen 2x4 decoder devresine benzer şekilde, lojik (Ve, Veya, Not gibi) kapıları kullanarak 4x2 lik Encoder Devresi tasarlayınız. 6. N girişli bir kod çözücü devresinde en çok kaç çıkış olabilir? 7. 0 dan 15 e BCD den Gray koduna çeviren devreyi lojik kapılar ile tasarlayınız. 8. 8 4-2 -1 kodundan BCD ye dönüştüren kod çevirici için doğruluk tablosunu yazınız. 8