Коммутация или преобразование данных из одного кода в другой – одна из довольно частых операций в технике построения логических схем. Такие устройства называют кодировщиками, шифраторами, дешифраторами. Кроме того, если при помощи такого устройства коммутируется большое количество входных сигналов на небольшое число выходов, такие устройства называют коммутаторами или мультиплексорами. Если информация с небольшого числа входов распределяется на большое число выходов, то устройства называется демультиплексором, или распределителем.
Управление этими устройствами осуществляется через преобразователи кодов – шифраторы и дешифраторы. Рассмотрим некоторые из этих устройств.
Дешифратор – устройство, у которого каждой комбинации логических сигналов на входах соответствует логической 0 или 1 на одном определенном выходе, все остальные выходы имеют противоположное состояние (соответственно 1 или 0).
Примеры:
· Печатающее устройство, где каждому состоянию на 8 входах соответствует включение одного тягового магнита, приводящего в движение молоточек с соответствующей буквой.
· Коммутатор, коммутирующий несколько источников сигнала на вход одного измерительного устройства.
· Управление последовательными операциями, не совпадающими во времени.
Шифраторы бывают линейные и прямоугольные (матричные).
Линейный дешифратор – логическое устройство, имеющее всего лишь одну ступень преобразования кодов.
Схема дешифратора на 3 разряда.
|
А 22 |
В 21 |
С 20 |
Номер выхода с лог.0 |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
|
0 |
0 |
1 |
1 |
|
0 |
1 |
0 |
2 |
|
0 |
1 |
1 |
3 |
|
1 |
0 |
0 |
4 |
|
1 |
0 |
1 |
5 |
|
1 |
1 |
0 |
6 |
|
1 |
1 |
1 |
7 |
В данном случае на одном из выходов логический нуль, на всех остальных – лог. 1.
Линейный дешифратор является наиболее быстродействующим. Количество разрядов дешифрируемого слова определяется числом входов m примененного логического элемента и нагрузочной способностью элементов регистра, которых нагружен дешифратором. Для линейного дешифратора на m разрядов справедливы соотношения:
Число входов n
Число логический элементов 2n
Нагрузочная способность регистра
источника сигнала 2n - 1
Задержка дешифратора t вентиля
Чаще всего ограничение на размер линейного дешифратора накладывается нагрузочной способностью регистра – источника сигнала (2n !). При проектировании дешифратора надо учитывать ложные его срабатывани в случае неодновременного переключения разрядов регистра или счетчика – источника сигнала. Для устранения ложных выбросов на выходах дешифратора применяется стробирование. При этом выход дешифратора блокируется на время переходных процессов в источнике сигнала.
Прямоугольный дешифратор применяется при большом числе разрядов. В нем осуществляется ступенчатая дешифрация сигналов (состояний) по следующему принципу:
Входное, необходимое для дешифрации слово с выхода регистра или счетчика делится на две части, каждая из которых снабжается линейным дешифратором. Выходы линейных дешифраторов подаются на основной прямоугольных дешифратор, выполненных на двухвходовых элементах. Применение 2-х стпенчатых дешифраторов особенно удобно в устройствах, построенных из набора счетчиков с различными коэффициентами пересчета или регистров с различной разрядностью.
Пример построения дешифратора для 5 / 32.
Для 2-ух каскадного прямоугольного дешифратора при одинаковом числе разрядов m в обеих группах требуется:
Число элементов в выходных каскадах 2m
Нагрузочная способность выходов линейного дешифратора 2m/2
Нагрузочная способность разряда регистра 2m/2 - 1
Задержка дешифратора t вентиля + t линейного дешифратора
При большем числе разрядов в дешифрируемом слове n>6 и ограниченной нагрузочной способности элементов регистра иногда используются и 3-х каскадные схемы. При этом входное слово разбивается на 3 части, каждое слово дешифрируется линейным дешифратором, а выходы этих дешифраторов подаются на входы схем 3И.
1. В схемах индикации дешифраторы используются для преобразования рабочего кода счетчика или регистра в код, необходимый для работы индикатора: десятичный, восьмеричный.
2. Для управление последовательностью работы устройств, элементов, в мультиплексорах.
Мультиплексоры служат для коммутации любого из нескольких входов схемы с ее выходом . Номер коммутируемого входного сигнала определяется логическими уровнями шин адреса.
Например 555КП7 – мультиплексор 8/1 со стробированием. При адресном коде 000 на выход коммутируется вход В0, при коде 001 – вход В1 и т.д., при коде 111 на выход коммутируется вход В7.
При лог.1 на входе стробирования С на выходе В всегда 0.
Демультиплексоры осуществляют обратную функцию Они позволяют скоммутировать вход схемы на один из выходов в зависимости от состояния адресных шин.
Демультиплексор 4/16.
Шифраторы осуществляют
преобразование логических сигналов обратное дешифраторам. Только на одном из
входов шифратора одновременно может быть уровень лог. 1 или лог.0. На всех
остальных входах – противоположные состояния (0 или 1). В шифраторах сейчас
часто используют логические элементы. В схеме (шифратор 8 – 3) нажатие одного
из ключей шифруется уровнями логических сигналов на 3-х шинах.
Кодировщики могут иметь произвольное число входов и выходов. Причем каждой комбинации логических сигналов на его вход соответствует определенная комбинация логических уровней на выходе. Кодировщики служат для взаимного преобразования внутренних кодов устройств управления или арифметических устройств. Десятичного – в код Джонсона и обратно, двоичного в код Грея и обратно, двоично-десятичный в код семисегментного индикатора и т.д.
Кодировщики можно рассматривать, как запоминающие устройства (ЗУ) двоичной информации, где в зависимости от кода адреса ЗУ на выходе его устанавливается некоторая информация. Если входы адреса ЗУ подключены к счетчику или регистру, то выходы его ЗУ можно использовать для программного управления устройствами. Для этого подходят постоянные запоминающие устройства (ПЗУ). В зависимости от технологии у изготовленной микросхемы ПЗУ при всех комбинациях на входных адресных шинах, на выходах все лог.0 или лог.1. Перед установкой такой микросхемы на плату в интегральную схему должна быть записана информация в соответствии с заданной таблицей состояний.
ППЗУ
– однократно программируемые ПЗУ. При записи информации в кристаллах микросхем
происходят необратимые физические процессы, после чего информация, записанная в
них, сохраняется неограниченно долго.
На схеме программирование происходит при разрушении плавких перемычек, включенных последовательно с диодами матрицы.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.