48

3. КОМБИНАЦИОННЫЕ УСТРОЙСТВА

Все комбинационные устройства представляют собой логические схемы без памяти. Выходные переменные Y однозначно определяются значениями входных переменных X. Связь между входными и выходными переменными задается с помощью таблиц истинности или логических функций. Примерами комбинационных схем являются рассмотренные в разделе 2.1 логические элементы.

3.1. Преобразователи кодов

3.1.1. Шифраторы

Шифратор служит для преобразования унитарного кода в двоичный код. Если число входов шифратора, т.е. длина унитарного кода равна m , то число выходов n , определяющее разрядность выходного двоичного

кода, должно соответствовать условию 2n ≥ m .

Типичным примером преобразователя унитарного кода в двоичный является шифратор клавиатуры для ввода данных в цифровые устройства. При не нажатых клавишах на всех входах шифратора нейтральный уровень (например, нулевой). Нажатая клавиша подает активный уровень (единичный) на соответствующий вход шифратора. На выходе шифратора формируется двоичный код номера нажатой клавиши. Для того, чтобы отличить случаи, когда нажатая клавиша с нулевым номером и когда не нажато ни одной клавиши, вырабатывается уведомительный сигнал (его обозначают GS ). Сигнал GS формируется при нажатии любой клавиши.

Рассмотрим принципы построения схемы шифратора на примере преобразователя 4-разрядного унитарного кода в 2-разрядный двоичный. Анализируя таблицу истинности такого шифратора (табл. 3.1), нетрудно убедиться, что выходные переменные могут быть рассчитаны следующим образом:

y0 =x1+x3 ; y1 = x2 + x3 ; GS = x0 + x1 + x2 + x3 .

Схема, соответствующая приведенным логическим функциям, показана на рис. 3.1.

ЦИФРОВЫЕ УСТРОЙСТВА И МИКРОПРОЦЕССОРЫ. ЧАСТЬ 1

50

входа и выхода разрешения позволяет наращивать разрядность входного кода с сохранением приоритетности. На рис. 3.3 показана схема шифратора шестнадцатеричной клавиатуры, построенная на двух ИС К155ИВ1 и четырех логических элементах.

Рис. 3.2. Приоритетный шифратор К155 ИВ1

Рис. 3.3. Шифратор для шестнадцатеричной клавиатуры

3.1.2. Дешифраторы

Дешифратор служит для преобразования двоичного кода в унитарный. Это преобразование является обратным по отношению к операции, выполняемой шифратором. Дешифраторы применяются в

ЦИФРОВЫЕ УСТРОЙСТВА И МИКРОПРОЦЕССОРЫ. ЧАСТЬ 1

52

Работу дешифратора можно пояснить еще и следующим образом. Десятичный эквивалент входного кода дешифратора определяет номер выхода (адрес), на котором появляется активный уровень (на остальных выходах - нейтральный уровень). Поэтому информационные входы дешифратора называют также адресными.

Задача увеличения разрядности входных и выходных кодов может быть решена с использованием только одних дешифраторов. Пример дешифратора на 8 выходов показан на рис. 3.5. Схема иллюстрирует общий принцип наращивания разрядности. Младшие разряды входного кода поступают параллельно на все основные дешифраторы, а старшие - на дополнительный управляющий дешифратор. Выходы дополнительного дешифратора подключены ко входам стробирования и последовательно разрешают работу одного из основных дешифраторов в зависимости от значений старших разрядов входного кода.

Рис. 3.5. Дешифраторы: наращивание разрядности

Схемы рис. 3.4 и 3.5 иллюстрируют также принцип применения дешифратора для программного управления. К выходам дешифратора,

имеющего n входов, можно подключить до m= 2n устройств, выполняющие некоторые операции. Команда на выполнение операции - активный уровень на соответствующем выходе. Двоичный эквивалент числа, равного номеру выхода, представляет собой код операции. Каждая операция будет выполнена тогда, когда на входе дешифратора появится ее код. Например, дешифратор на 10 выходов можно использовать в схеме цифровой индикации c помощью газоразрядных индикаторов.

Дешифраторы используются также для создания многофазных последовательностей тактовых импульсов. Пример схемы, позволяющей получить двухфазную последовательность импульсов, разделенных постоянными интервалами, показан на рис. 3.6. Необходимые для работы формирователя входные сигналы могут быть получены с помощью счетчиков, которые будут рассмотрены в последующих разделах.

ЦИФРОВЫЕ УСТРОЙСТВА И МИКРОПРОЦЕССОРЫ. ЧАСТЬ 1

Рис. 3.6. Формирователь двухфазной последовательности тактовых импульсов: а – схема; б – временные диаграммы

Схема рис. 3.6 иллюстрирует использование дешифраторов в качестве универсальных комбинационных схем, т.е. схем, реализующих произвольную таблицу истинности. При сложных таблицах истинности реализация проектируемых устройств на логических элементах может привести к слишком громоздкой схеме. Использование дешифраторов позволяет упростить схему, особенно в тех случаях, когда необходимо получить несколько одновременно действующих выходных сигналов. Схему рис. 3.6 можно считать реализацией логических функций, заданных таблицей истинности (табл. 3.3). Сопоставление таблицы и схемы позволяет сформулировать принцип использования дешифратора для реализации произвольной таблицы истинности. Выходные переменные формируются на выходах дополнительных элементов ИЛИ. К каждому элементу ИЛИ подсоединяются те выходы дешифратора, номера которых равны десятичному эквиваленту двоичной комбинации входных переменных в строках таблицы с единичным значением соответствующей выходной переменной.

Таблица 3.3

Таблица истинности схемы рис. 3.6

54

Примеры ИС:

К555ИД3 - дешифратор 4-16 с двумя входами стробирования.

К555ИД4 - два дешифратора 2-4 с объединенными адресными входами и раздельными входами стробирования (рис. 3.7).

К555ИД1 - дешифратор 4-10 с открытыми коллекторными выходами для управления газоразрядными индикаторами.

Все дешифраторы имеют входы с активными единичными и выходы с активными нулевыми уровнями.

Наличие нескольких входов стробирования расширяет функциональные возможности дешифраторов. Например, на одной ИС К155ИД4 можно построить дешифратор на 8 выходов и со входом стробирования без дополнительных элементов.

Рис. 3.7. Дешифратор К155ИД4 ( DA, GA и DB, GB - входы стробирования секций А и В соответственно)

3.1.3.Дешифраторы - преобразователи двоично-десятичного кода в код семисегментного индикатора

Для индикации цифровых данных, представленных в десятичной системе, широко используются семисегментные индикаторы (например, светодиодные). Семь сегментов, обозначенных буквами от А до G, расположены в виде цифры 8 (рис. 3.8). Свечение сегментов в разных комбинациях позволяет индицировать любую цифру от 0 до 9. Десятичная запятая обозначается буквой Н. Схемы для управления такими индикаторами часто называют дешифраторами, хотя они по существу являются преобразователями двоично-десятичного кода в код семисегментного индикатора, или семисегментный код, который устанавливает связь между индуцируемой цифрой и уровнями сигналов, подаваемых на входы индикатора. Связь между входными и выходными переменными преобразователя указана в табл. 3.4.

ЦИФРОВЫЕ УСТРОЙСТВА И МИКРОПРОЦЕССОРЫ. ЧАСТЬ 1

Примеры ИС:

КР514ИД1 - дешифратор с открытыми эмиттерными выходами для семисегментных индикаторов с общим катодом (рис. 3.9).

КР514ИД2 - дешифратор с открытыми коллекторными выходами семисегментных индикаторов с общим анодом.

Выходы ИД1 подключаются непосредственно ко входам индикатора, выходы ИД2 - через токоограничительные резисторы.

Дешифраторы имеют входы гашения BL индикаторов.

Рис. 3.8. Светодиодные индикаторы:

а – расположение светодиодов, б – УГО АЛС 324А;

в – УГО АЛС 324Б;

г– схема с общим катодом; д – схема с общим анодом