Таб..7.1

Преобразователь кодов.

В цифровой технике применяются различные виды кодов для обработки и передачи информации (прямой, обратный, дополнительный, двоично-десятичный, коды Грэя, коды Хемминга и т.д.). Преобразование кодов на аппаратном уровне выполняют комбинационные устройства – преобразователи кодов. К этим устройствам относятся также различные преобразователи управления шкальными, матричными и семисегментными индикаторами. Обозначаются преобразователи кодов через Х / У. Преобразователь кодов часто реализуют по схеме дешифратор – шифратор. Каждый тип преобразователя характеризуется соответствующей таблицей истинности. Частным случаем преобразователей кодов являются шифраторы и дешифраторы. На рис.7.24 показан преобразователь двоично-десятичного кода в код семисегментного индикатора.

Рис.7.24.

Мультиплексор.

Мультиплексор – комбинационное устройство, обеспечивающее передачу цифровой информации, поступающей на несколько входов, на один выход в соответствии с заданным кодом на управляющих входах. По сути это управляемый коммутатор. Также между числом управляющих входов n и числом информационных входов действует соотношение m = 2 ⁿ для полного мультиплексора, и неполного m < 2 ⁿ. Мультиплексоры обозначают MUX или MS. На рис.7.25 показана функциональная схема двухвходового мультиплексора, условное обозначение и таблица коммутации.

Рис.7.25.

На рис.7.26 показан селектор-мультиплексор 8/1. В зависимости от комбинации сигналов управления Х ₁ Х ₂ Х ₃ он обеспечивает коммутацию одного из восьми входных сигналов D_i на выход У при V – разрешении, активный уровень низкий. Функциональное уравнение записывается в виде

(7.6).

Рис.7.26.

Мультиплексоры являются универсальными логическими устройствами, на основе которых создают различные комбинационные и последовательностные схемы. Они используются в делителях частоты, триггерных устройствах, сдвигающих регистрах, преобразователях параллельного кода в последовательный, реализации сложных логических функций.

Демультиплексор.

Демультиплексор – это цифровое устройство коммутации информационного входного сигнала в один из нескольких выходов в соответствии с заданным кодом на адресных входах. Демультиплексоры обозначают через DMX или DMS. Также по соотношению количества информационных выходов и адресных входов демультиплексоры бывают полными и неполными. На рис.7.27 приведена базовая схема двухвыходного демультиплексора, условное обозначение и таблица функционирования. На рис.7.28 показан демультиплексор четыре в один.

Функциональные уравнения, описывающие его работу следующие:

(7.7).

Рис.7.27.

Функции демультиплексоров сходны с функциями дешифраторов. Дешифратор можно использовать как демультиплексор. В этом случае информационные входы дешифратора будут служить адресными входами, а входы разрешения дешифратора – информационным входом. КМОП технология позволяет изготавливать двунаправленные ключи, на базе которых созданы объединённые устройства мультиплексоры – демультиплексоры (обозначение MX).

Рис.7.28.

Сумматор.

Сумматоры – это комбинационные устройства, предназначенные для сложения чисел. Таблица истинности для сложения двух одноразрядных чисел А и В будет

А	В	S	P

где S – значение суммы, Р – значение переноса в старший разряд. Работа устройства описывается следующими уравнениями

(7.8).

Рис.7.29.

Видно, что сумма отвечает логической функции «исключающее ИЛИ» S = A Å B. Устройство, реализующее данную таблицу называют полусумматором и его структура показана на рис.7.29.

Рис.7.30.

Одноразрядный полный сумматор строится на основе двух полусумматоров. Его структура и условное обозначение приведены на рис.7.30. В отличие от полусумматора он имеет перенос из младшего разряда.

Таблица истинности для сумматора имеет вид

Pn-1	An	Bn	Sn	Pn

Для суммирования многоразрядных двоичных чисел сумматоры соединяют последовательно, а вывод переноса в младшем разряде соединяют с общим проводом. В виде интегральных схем выпускаются одно, двух и четырёх разрядные сумматоры. С помощью сумматора можно производить и вычитание двоичных чисел. В этом случае операция вычитания заменяется сложением уменьшаемого с вычитаемым в дополнительном коде

А – В = А + В _доп = А + В _обр+1 (7.9).

Рис.7.31.

На рис.7.31 показан вычитатель на основе четырёхразрядного сумматора. Число В инвертируется и складывается с А, а на перенос подаётся логическая единица.

Применение мультиплексоров и дешифраторов для построения КЦУ, осуществляющих заданную логическую операцию.

При большом числе переменных это позволяет уменьшить требуемое число корпусов. Если на управляющие входы мультиплексора подать входные сигналы х ₁, х ₂, … х _n, а на информационных входах D _o, D ₁, … D _m зафиксировать нулевые и единичные значения на основании наборов входных переменных таблицы истинности соответствующий таблице булевой функции, то на выходе мультиплексора «у» получим необходимое значение выходного сигнала. Для ещё большего упрощения можно на информационные входы мультиплексора кроме нулевых и единичных значений также подавать значения переменных «х». Рассмотрим логическую функцию

(7.11).

При использовании мультиплексора 8-1 на Х ₁ Х ₂ Х ₃ подаём входные сигналы, на D ₃ D ₅ D ₆ D ₇ - 1, на D ₀ D ₁ D ₂ D ₄ - 0. Но можно использовать только четырёхвходовой мультиплексор с двумя входами управления Х ₁ Х ₂, и информационными входами D ₀ D ₁ D ₂ D ₃ и положить D ₀=0; D ₁= X ₃; D ₂= X ₃; D ₃=1.

Для построения КЦУ можно использовать и дешифраторы. Так как активное значение сигнала на каждом выходе дешифратора определяет одну из комбинаций входных сигналов, то, объединяя с помощью соответствующих логических элементов некоторые входные сигналы дешифратора, можно реализовать КЦУ, заданное любой таблицей истинности, с числом наборов, не превышающих числа входов используемого дешифратора. Например - рис.7.32.

Рис.7.32.

Быстродействие КЦУ.

Логические элементы входящие в КЦУ, переключаются с задержкой t _зд=10^-8с. Длительность переходных процессов в КЦУ определяется числом последовательных логических элементов наиболее длинной цепочке. Поэтому оптимизация КЦУ кроме её упрощения повышает и её быстродействие.

Применение КЦУ в многоканальной связи.

Многоканальная электросвязь обеспечивает организацию по одной линии связи большого числа одновременно и независимо действующих каналов. Формирование и разделение цифровых сигналов в многоканальных системах и временным разделением может выполняться с помощью мультиплексоров и демультиплексоров. Входные сигналы, каждый из которых представляет некоторую последовательность единичных и нулевых значений поочерёдно передаются на выход мультиплексора, в котором формируется много канальный сигнал. На приемном конце с помощью демультиплексора выполняется разделение сигнала.

КЦУ широко используется во многих системах автоматики и управления