Лекция 9.

I Комбинационные логические схемы

Комбинационные схемы (преобразователи кодов) предназначены для пре­образования n-разрядного параллельного двоичного кода на входе в m-разрядный код на выходе. Связь между входными и выходными сигналами можно задать таблицами истинности или логическими функциями. Рассмотрим наиболее распространенные виды преобразователей кодов.

9.1. Шифратор

Шифратор (кодер) преобразует единичный сигнал на одном из входов в n-разрядный двоичный код. Наибольшее применение он находит в устройствах ввода информации (пультах управления) для преобразования десятичных чисел в двоичную систему счисле­ния. Предположим, на пульте десять клавиш с гравировкой от 0 до 9. При нажатии любой из них на вход шифратора подается единичный сигнал (Х0, ..., Х9). На выходе шифратора должен появиться двоичный код (Y0, ..., Y3) этого десятичного числа. Как видно из таблицы истинности (табл. 9.1), в этом случае нужен преобразователь с десятью входами и четырьмя выходами.

Таблица 9.1

На выходе Y0 единица должна появиться при нажатии любой нечетной клавиши X1, ХЗ, Х5, Х7, Х9, т. е. Y0=Х1ХЗХ5Х7Х9. Состояние остальных выходов определяется логическими функ­циями: Y1=Х2ХЗХ6Х7, У2=Х4Х5Х6 Х7, УЗ=Х8УХ9. Сле­довательно, для реализации шифратора понадобится четыре элемен­та ИЛИ: пятивходовый, два четырехвходовых и двухвходовый (рис. 9.1,а). Условное обозначение такого шифратора представлено на рис. 9.1,б.

Всерии К155 есть один шифратор типа К155ИВ1, производя­щий преобразование еди­ничного кода на одном из восьми входов в трех­значный двоичный код (рис. 9.1,в). Эта микро­схема имеет вход стробирования V. Стробирова­нием называется выделение сиг­нала в определен­ный момент времени. В данном случае это появление выходного сигнала в мо­менты, когда на входе стробирования есть разрешаю­щий уровень V=0. На выходе G этой ИМС появляется сигнал (с нулевым уровнем) при подаче единичного сиг­нала на любой из входов 0, ..., 7.

В ус­ловно-графическом обозна­чении шиф­ратора применяется символ СD (от англ. соdег—шифратор).

9.2. Дешифратор

Д

Рис. 9.1. Схема и условные обозначения шифраторов

ешифратор (декодер) —это узел, преобразующий код, посту­паю­щий на его входы, в сигнал только на одном из его выходов. Дешифра­торы широко применяются в устройствах управле­ния, в системах цифровой ин­дикации с газоразрядными индикаторами, для построения распределителей импульсов по различным цепям и т. д. В условно-графическом обозначении дешифратора исполь­зуется символDС (от анг. dесоdег —дешифратор).

Д

Рис. 9.2. Схема и условное обозначение дешифратора

ешифратор двоич­ногоn-разрядного кода имеет 2ⁿ выходов, так как каждому из 2ⁿ значений входного кода должен со­ответ­ствовать единичный сигнал на одном из выхо­дов дешифратора. Таб­лицу истинности для дешифра­тора четырехразрядного двоичного кода десятич­ных цифр можно получить из таблицы 9.1, если счи­тать двоичный код ХЗ, ..., Х0 входным словом, а де­сятичный — выходным. Логические функции, опи­сывающие работу такого де­шифратора, весьма просты: Y0=ХЗХ2Х1Х0, Y1=ХЗХ2Х1Х0, Y2=Х3Х2Х1Х0, ..., Y15=ХЗХ2Х1Х0. Условно-графическое обозначение такого дешифратора двоичного кода в код «1 из 16» типа К155ИДЗ, а также часть его принципиальной схемы изобра­жены на рисунке 9.2. Как видно из схемы, четыре входа каж­дого пятивходового элемента И -НЕ используются для реализации логи­ческой функции дешифрирования, а пятый вход нужен для стробирования выходных сигналов.

Разнообразные дешифра­торы есть во всех развитых сериях мик­росхем. Например, дешифра­торы К155ИД10 и К176ИД1 пре­обра­зуют двоичный код в код «1 из 10». Цоколевка этих микросхем приве­дена на рисунке 9.3,а,б,в.

Наличие входов стробиро­вания расширяет функцио­нальные воз­можности дешифра­торов. Так, благодаря им на двух ИМС К155ИДЗ можно собрать дешифратор на 32 выхода (рис. 9.3, г), а на четы­рех — на 64 вы­хода.

Рис. 9.3. Условные обозначения дешифраторов К155 серии

9.3. Преобразователь двоично-десятичного кода в код се­мисегментного индикатора.

Индикация чисел на табло и пуль­тах произво­дится, как правило, в десятичном виде. Известно, что для этого можно использовать семисегментные светодиодные или жидко­кристаллические индикаторы. Подавая управляющее напряжение на отдельные элементы индикатора и вызывая его свечение (светодиодные индикаторы) или изменяя его окраску (жид­кокристаллические индикаторы), можно получить изображение десятичных цифр 0, 1, ..., 9.

Для удобства перевода двоичной информации в десятичный вид часто используют двоично-десятичный код (или код 8421), т. е. представление десятичных чисел в виде четырехразрядных двоичных чисел. Например: 75₍₁₀₎=0111 0101; 910₍₁₀₎=1001 0001 0000.

З

Рис. 9.4. Преобразователи кодов на К155 серии

акон функционирования преобразователя двоично-деся­тичного кода в код семисег­ментного индикатора показан в таблице 9.2. Условно-графиче­ские обозначения некоторых микросхем - преобразо­вателей кода 8421 в. семисегментный —показаны на рисунке 9.4.

Таблица 9.2

Цифра	Двоично-десятич­ный код				Семисегментный код
	8	4	2	1		a	b	c	d	e	f	g
0	0	0	0	0		1	1	1	1	1	1	0
1	0	0	0	1		0	1	1	0	0	0	0
2	0	0	1	0		1	1	0	1	1	0	1
3	0	0	1	1		1	1	1	1	0	0	1
4	0	1	0	0		0	1	1	0	0	1	1
5	0	1	0	1		1	0	1	1	0	1	1
6	0	1	1	0		1	0	1	1	1	1	1
7	0	1	1	1		1	1	1	0	0	0	0
8	1	0	0	0		1	1	1	1	1	1	1
9	1	0	0	1		1	1	1	1	0	1	1

На микросхемы серии К.514 поступают входные сигналы уровней ТТЛ. Сигнал V служит для гашения индикации (низкий уровень). При нормальной работе V=1. Преобразователь кода К514ИД1 ра­ботает со светодиодными индикаторами, имеющими раздельные ано­ды, а микросхема К514ИД2— раздельные катоды. К155ПП5 предназначен для индикаторов с раздельными катодами и внешними токоограничительными резисторами.

К176ИД2 и К176ИДЗ являются преобразователями кода с вход­ным регистром памяти. Запись информации в память происходит по фронту тактового сигнала, подаваемого на вход С, при этом V=0. Если V=1, дешифратор блокируется. Управляющий вход М позволяет изменять выходной код дешифратора с прямого (M=0, на рабочие сегменты индикатора подается напряжение высокого уровня) на обратный (М=1, на рабочие сегменты—напряжение низкого уровня). К176ИД2 и К176ИДЗ предназначены для работы с жидкокристаллическими и люминесцентными индикаторами. Однако они могут работать и с экономичными светодиодными индикаторами, ток потребления которых не превышает 2—3 мА.

9.4. Мультиплексор

Мультиплексор — это узел, осуществляющий преобразование параллельных цифровых кодов в последовательные. В устройствах вычислительной техники его применяют для последовательного или адресного опроса заданного числа источников информационных сигналов и передачи этих сигналов на один выход.

У

Рис. 9.5. Схема и условное обозначение мультиплексора на 4 вх.

словное обозначение муль­типлексора с четырьмя информа­цион­ными входами и его принци­пиальная схема показаны на ри­сунке 9.5. Мультиплексор имеет два вида входов: информационные (D) и кодовые, или адресные (A). Выбор информационной линии производится кодом, поступаю­щим на адресные входы. Поэтому на выход Q такого устройства пе­редается логический уровень того информационного входа D, номер которого i соответствует двоич­ному коду на адресных входах А1, А2. Из принципиальной схемы следует, что Y=D0•A2•A1VD1•A2•A1VD2•A2•A1VD3•A2•A1.

Число информационных входов может быть увеличено, но при этом придется увеличить и раз­рядность адреса.

Винтегральном исполнении выпускаются мультиплексоры на два входа (четыре элемента в одном корпусе), на четыре входа (два в корпусе), на восемь и шестнадцать входов. Условно-графи­ческие обозначения некоторых из них показаны на рисунке 9.6. Все они имеют стробирующий вход V (низкий уровень). Вход V позволяет создавать устройства с большим числом информацион­ных входов. Так, на двух ИМС типа К155КП7 можно собрать мультиплексор на 16 входов. Студенты могут нарисовать эту схему самостоятельно, используя пример подобного решения, приведенный на рисунке 9.3,г.